董平華，黃新平

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部 天津300457)

綜合陽離子鉆井液體系在JZ25-1SA區(qū)塊的研究及應(yīng)用

董平華，黃新平

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部 天津300457)

針對JZ25-1SA區(qū)塊難點(diǎn)，先后嘗試了PEC、PEM鉆井液體系，后期引進(jìn)陽離子體系，經(jīng)過不斷的細(xì)化和優(yōu)化，形成了綜合陽離子體系及針對 JZ25-1SA區(qū)塊的操作工藝。綜合陽離子體系具有優(yōu)良的攜砂、防塌、封堵性能和合適的抑制性能。

JZ25-1SA區(qū)塊 綜合陽離子體系 攜砂性能 防塌封堵性能 抑制性能

JZ25-1SA區(qū)塊是渤海遼東灣的高產(chǎn)區(qū)塊，但是由于此區(qū)塊井貫穿層位較多且各個(gè)層位都有自己鮮明的特點(diǎn)，給鉆井工程方面造成了起泥球、垮塌、鉆進(jìn)期間蹩抬鉆具、倒劃眼時(shí)憋壓蹩扭矩、起下鉆困難等復(fù)雜情況。針對本區(qū)塊難點(diǎn)，先后嘗試了 PEC、PEM鉆井液體系，陽離子體系，經(jīng)過不斷的細(xì)化和優(yōu)化，最終形成了綜合陽離子體系及針對 JZ25-1SA區(qū)塊的操作工藝。綜合陽離子體系具有優(yōu)良的攜砂、防塌、封堵性能和合適的抑制性能。

1 地層特點(diǎn)及鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

①明化鎮(zhèn)組，淺灰色砂礫巖、細(xì)砂巖夾少量綠灰色泥巖。巖性疏松，孔隙度高，滲透性好，易滲漏，易形成大肚子井眼，造成攜砂困難，為形成泥球留下隱患。②館陶組，淺灰色、灰色含礫中砂巖，砂巖夾少量深灰色泥巖?？紫抖雀撸瑵B透性好，由于地層壓力的不同，特別是長裸眼的情況下，在館陶組易形成壓差厚泥餅，造成假縮徑及起下鉆阻卡現(xiàn)象，甚至造成卡鉆事故。③東營組，大段綠灰色、深灰色泥巖。東營組泥巖分散性強(qiáng)，鉆井液的流態(tài)由于有害固相的侵入而不穩(wěn)定，而且層理發(fā)育，由于濾液的侵入以及應(yīng)力的變化，易形成垮塌現(xiàn)象。④沙河街組，灰色泥巖、褐灰色泥巖與灰色粉砂巖不等厚互層。沙河街組的砂泥巖互層造成地層的可鉆不均質(zhì)性，在鉆進(jìn)的過程中易形成臺(tái)階。同時(shí)，沙河街組泥巖造漿能力強(qiáng)，易水化膨脹，砂巖的滲透性高，造成了沙河街組的井眼不規(guī)則，倒劃眼起鉆過程中憋壓、蹩扭矩現(xiàn)象嚴(yán)重。

2 鉆井液體系的選擇和優(yōu)化

2.1 本區(qū)塊使用的體系及各自體系的特點(diǎn)

本區(qū)塊先后使用了 PEM、PEC、陽離子和綜合陽離子鉆井液體系，其各自表現(xiàn)出了其本身的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1.1 PEM鉆井液體系

此體系抑制性強(qiáng)，流變性能穩(wěn)定，能有效防止泥包，達(dá)到較好的封堵性能，失水較小，鉆井液濾液侵入淺。但抑制性較強(qiáng)，造成井徑相對規(guī)則，井壁較硬脆，起下鉆過程中憋扭矩現(xiàn)象明顯，容易形成剝落掉塊，動(dòng)切力及三六轉(zhuǎn)粘度較低，隨著井斜以及井深的增加，不能及時(shí)有效地將巖屑攜帶干凈，造成巖屑滯留井內(nèi)，以致鉆進(jìn)過程中有憋壓、憋扭矩現(xiàn)象，起下鉆時(shí)劃眼困難。

2.1.2 PEC鉆井液體系

此體系可提供較好的攜砂和懸浮能力，對地層及巖屑實(shí)行軟抑制，機(jī)械鉆速較快，井壁及巖屑較軟，減小了倒劃眼起鉆的難度。但是 PEC鉆井液抑制性相對較弱，不能有效抑制東營組泥巖的分散，粘度和密度上漲明顯，鉆井液流變性能變化較大，不易控制，增加工作量，同時(shí)巖屑較粘軟，易粘結(jié)成團(tuán)和粘附井壁，導(dǎo)致鉆進(jìn)過程中及倒劃眼起鉆時(shí)常有憋壓、憋扭矩現(xiàn)象。正電膠的加入以及有害固相的侵入也會(huì)導(dǎo)致PEC鉆井液的失水偏大。

2.1.3 陽離子鉆井液體系

引入 PF-CPI(改進(jìn)型，Mutif)為主劑，對粘土采取部分抑制，部分分散的措施。本體系可提供較好的攜帶能力，返砂較PEC體系有所改善，抑制性較PEC體系稍強(qiáng)，增加了鉆井液流變性能的可操作性，但仍不能有效抑制東營組泥巖的分散，粘度和密度易上漲，流變性能不易控制。巖屑較粘軟，易粘結(jié)成團(tuán)和粘附井壁，導(dǎo)致鉆進(jìn)過程中及倒劃眼起鉆時(shí)常有嚴(yán)重的憋壓、憋扭矩現(xiàn)象。而且 PF-CPI的加入引起粘切上漲，失水增大，并且失水不易降低。

2.1.4 綜合陽離子鉆井液體系

針對陽離子體系出現(xiàn)的問題，我們對陽離子體系做了進(jìn)一步的改進(jìn)，引入 K＋和聚合醇，配合陽離子抑制劑，進(jìn)一步提高鉆井液的抑制性；適當(dāng)降低 PFCPI的加量，引入適量正電膠調(diào)節(jié)切力；引入非離子降失水劑進(jìn)一步降低失水，并對鉆井液施工工藝做了些微調(diào)整，逐步形成了現(xiàn)在的綜合陽離子體系的操作方案。K＋和聚合醇配合陽離子抑制劑，進(jìn)一步加強(qiáng)了抑制性，鉆井液流變性能穩(wěn)定，易于控制和調(diào)整，鉆進(jìn)過程中的返砂增多，且?guī)r屑成型，倒劃眼過程中的憋卡問題得到明顯改善；推遲轉(zhuǎn)化深度，使砥礪巖階段的起下鉆情況有所改善，材料配伍性明顯，實(shí)現(xiàn)較好的封堵性能，失水得到有效的控制。

2.2 材料的選擇和作用

2.2.1 聚合醇的選擇

本體系充分利用了聚合醇的抑制、防塌、潤滑性能，通過穩(wěn)定井壁、抑制鉆屑水化分散而達(dá)到穩(wěn)定鉆井液性能、降低鉆具扭矩、保護(hù)油氣層的目的。聚合醇是一種非離子表面活性劑，具有濁點(diǎn)效應(yīng)，當(dāng)溫度高于濁點(diǎn)溫度時(shí)，發(fā)生相分離而從水中析出，形成憎水膜聚集在粘土表面，抑制泥頁巖的水化膨脹。聚合醇可增大濾液的粘度、降低濾液的化學(xué)活性，抑制頁巖的水化分散。同時(shí)聚合醇吸附于固體顆粒與鉆具表面類似油相的分子膜，可以改善鉆井液的潤滑性能，且有效降低鉆井液的塑性粘度，對鉆井液的流變性能調(diào)節(jié)起到了一定的作用。

2.2.2 無機(jī)鹽氯化鉀的選擇

本體系加入少量無機(jī)鹽氯化鉀，利用無機(jī)鹽和聚合醇的協(xié)同增效效應(yīng)，增強(qiáng)鉆井液的弱抑制和防塌效果。

2.2.3 陽離子抑制劑的選擇

本體系采用陽離子抑制劑PF-CPI和包被抑制劑PF-PLH對巖屑進(jìn)行有效的包被，防止巖屑的粘結(jié)和分散。

2.2.4 有機(jī)正電膠的選擇

本體系保留 PEC體系中的正電膠，但是其加量減至最低，在加量很小的情況下，它便可以給鉆井液提供一定的微弱結(jié)構(gòu)，故它的主要作用為調(diào)節(jié)鉆井液的粘切，以最大限度地保證攜砂。

2.2.5 降失水材料的選擇

本體系采用陽離子淀粉 PF-FLOCAT和非離子型降失水劑PF-CPA作為主要降失水劑，盡量保證鉆井液體系的陽離子環(huán)境，降低鉆井液的濾失量。同時(shí)體系中加入磺化瀝青 PF-DYFT和成膜封堵劑 PFLPF，加強(qiáng)鉆井液的封堵性能。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 綜合陽離子鉆井液體系典型配方(見表1)

表1 綜合陽離子體系典型性配方Tab.1 Typical formula for the integrated cation drilling fluid system

3.2 操作工藝

3.2.1 平原及明化鎮(zhèn)組鉆進(jìn)

上部平原組和明化鎮(zhèn)組地層，砂巖為主，結(jié)構(gòu)松散，井眼容易出現(xiàn)垮塌，形成大肚子井眼，采用高粘度高切力的膨潤土漿，提高攜砂能力，穩(wěn)定井眼，有利于安全鉆進(jìn)，配合 PF-SEAL和 PF-SZDL預(yù)防滲漏，保持高的pH值，促進(jìn)少量泥巖的分散，以便及時(shí)清除。

3.2.2 館陶組鉆進(jìn)期間

館陶組為沙礫巖，機(jī)械鉆速緩慢，利用這段時(shí)間轉(zhuǎn)化鉆井液體系為綜合陽離子體系，加強(qiáng)封堵，為進(jìn)入東營組做好準(zhǔn)備。鉆穿館陶前 30～50,m開始轉(zhuǎn)化泥漿，轉(zhuǎn)化前控制搬含小于 40,g/L，首先在一個(gè)循環(huán)周內(nèi)均勻加入PF-PAC HV和PF-XC H對海水膨潤土漿護(hù)膠，之后同樣在一個(gè)循環(huán)周內(nèi)補(bǔ)充剪切稀釋好的轉(zhuǎn)化膠液。轉(zhuǎn)化完成后調(diào)整鉆井液性能，鉆井液中加入 PF-SZDL，提高承壓能力，出館陶前提高密度到1.26,g/cm3。密度到位后，用PF-JMH-YJ提粘切，控制粘度在 65,s/qt以內(nèi)，及時(shí)向井漿中加入 PF-LUBE、PF-JLX C，并一次性提高含量至 3%以上，提高泥漿的潤滑性、抑制性，KCl以膠液形式加入，控制 K＋大致在5,000,mg/mL左右。

3.2.3 東營組鉆進(jìn)期間

主要調(diào)節(jié)鉆井液對東營組泥巖的有效抑制性和攜帶性能，保證鉆井液的清潔，同時(shí)控制失水，保證泥餅質(zhì)量，穩(wěn)定井壁。維持膠液正常補(bǔ)充，維持 PFLUBE、PF-JLX C 的含量，維持 K＋在 7,000～8,000,mg/mL，維持 PF-PLH和 PF-CPI的有效含量，以對東營組泥巖進(jìn)行有效弱抑制，粘度控制在 55～65,s范圍內(nèi)，動(dòng)切力大于12,Pa，動(dòng)塑比0.38以上，保證優(yōu)良的攜砂性能，如粘切偏低，可點(diǎn)入少量 PFJMH YJ，提高粘切。

3.2.4 沙河街組鉆進(jìn)期間

流變性能相對容易控制，但是砂泥巖互層容易形成不規(guī)則井眼，提高對泥巖抑制性的同時(shí)要加強(qiáng)封堵，隨著井深的增加，保持優(yōu)良的流變性能，維持動(dòng)塑比，以保證攜帶。所以在進(jìn)入沙河街之前，可適當(dāng)降低膠液中 PF-PLH 含量至 4～5,kg/m3，K＋含量5,000～6,000,mg/mL，依然維持 PF-JLX C 的含量不低于3%，同時(shí)加大封堵材料PF-DYFT和PF-LPF的含量，為配合排量降低可適當(dāng)調(diào)整粘度在 62～65,s/qt。

4 應(yīng)用效果

4.1 適當(dāng)有效的抑制性

體系采用弱抑制的理念，主要應(yīng)用聚合醇、PFCPI和 PF-PLH的抑制作用，同時(shí)配合適量無機(jī)鹽氯化鉀，利用其和以上材料的協(xié)同作用，控制鉆井液流變性能，對巖屑進(jìn)行弱抑制，防止泥球、掉塊的形成，避免井壁硬脆現(xiàn)象，保證井壁穩(wěn)定，倒劃眼起鉆期間的蹩扭矩現(xiàn)象有明顯改善，大大提高了起下鉆時(shí)效。

圖1 A4H井，東營組鉆屑，綜合陽離子體系Fig.1 A4H Well，drilling cuttings of Dongying formation created by the integrated cation drilling fluid system

從圖1我們可以看出，綜合陽離子體系抑制的鉆屑基本成型，但巖屑的硬度并不大，巖屑存在部分分散，但經(jīng)過固控設(shè)備可以清除，保證了鉆井液的穩(wěn)定。

4.2 良好的降失水和封堵性能

綜合陽離子體系主要降失水材料為非離子型降失水劑 PF-CPI，并配合 PF-DYFT、PF-LPF和 PFGRA，有效控制鉆進(jìn)液的失水，保證泥餅質(zhì)量，同時(shí)聚合醇增加濾液的粘度，降低濾液的活性，進(jìn)一步降低失水對井壁穩(wěn)定的影響。

圖2 JZ25-SA部分井的垂深失水曲線Fig.2 Filtration loss-vertical depth graph of some wells in JZ25-SA

由圖2我們可以看出，自轉(zhuǎn)化為綜合陽離子體系之后，鉆井液的失水基本控制在 3～5,mL，并隨著井深的增加，失水呈現(xiàn)下降趨勢。

4.3 優(yōu)良的流變性能

綜合陽離子體系的陽離子環(huán)境能夠保持鉆井液較高的動(dòng)切力和三六轉(zhuǎn)，同時(shí)聚合醇和潤滑油在細(xì)微顆粒間的吸附，可以降低鉆井液的塑性粘度，在較好的固控條件下，保證較大的動(dòng)塑比，對水平井?dāng)y砂起到關(guān)鍵作用。

表2 JZ25-1SA4H井鉆井液流變性能表Tab.2 Drilling fluid rheological properties of JZ25-1SA4H Well

圖3 J-Z25-1SA4H井綜合陽離子鉆井液流變性能曲線Fig.3 Integrated cation drilling fluid rheological property graph of JZ25-1SA4H Well

從表2和圖3我們可以看出，綜合陽離子鉆井液體系的粘度穩(wěn)定在 60,s/qt左右，隨著鉆進(jìn)井深的及鉆井時(shí)間的增加，動(dòng)切力和三六轉(zhuǎn)緩慢下降，塑性粘度緩慢增加，動(dòng)塑比有下降趨勢，但 YP依然維持在12,Pa以上，三六轉(zhuǎn)維持在5,mPa.s以上，動(dòng)塑比維持在0.36以上，總體表現(xiàn)出流變性能的穩(wěn)定性。

4.4 起下鉆效果明顯

經(jīng)過不斷的優(yōu)化和細(xì)化鉆井液方案，同時(shí)加上完善的鉆井工程措施配合，JZ25-1SA區(qū)塊起下鉆期間的憋壓、蹩扭矩及阻卡現(xiàn)象明顯減少，起下鉆時(shí)效得到明顯的改善。

從圖4可以看出，12 1/4"井段的平均起鉆速度有了大幅提高，提速效果顯著。

圖4 PEM和綜合陽離子鉆井液體系平均起鉆速度對比Fig.4 Average drilling speed comparison between PEM and the integrated cation drilling fluid system

5 總結(jié)及建議

針對JZ25-1SA區(qū)塊的地層特點(diǎn)及技術(shù)難點(diǎn)，綜合陽離子鉆井液體系進(jìn)行了合理的材料選擇和操作工藝的優(yōu)化，有效提高了鉆井時(shí)效及起下鉆時(shí)效，縮短了鉆進(jìn)井周期。

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Research and Application of an Integrated Cation Drilling Fluid System in JZ25-1SA Oilfield

DONG Pinghua，HUANG Xinping
(Oilfield Chemical Division of China Oilfield Services Ltd.，Tianjin 300457，China)

To tackle difficulties encountered in the JZ25-1SA Oilfield，PEC and PEM drilling fluid systemswere tried successively，and then a cation drilling fluid system was introduced. Through correction an optimization，an integrated cation drilling fluid system was formed and operating processes for the oilfield were developed. Thissystem features good capacity of sand-carrying and good properties of anti-sloughing，sealing and moderate rejection.

JZ25-1SA oilfield；integrated cation drilling fluid system；sand-carrying capability；anti-sloughing and sealing capability；rejection property

TE254

A

1006-8945(2014)10-0042-04

2014-09-10