郭　康，王國慶，高　潔

川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018

老井側(cè)鉆水平井是提高單井產(chǎn)量，挖潛低壓低產(chǎn)井剩余儲(chǔ)量、改善區(qū)塊開發(fā)效果的有效手段之一，可以有效利用原井的上部井眼和地面管網(wǎng)，大幅降低投資成本。蘇里格氣田隨著開發(fā)時(shí)間的延長，長停井、低產(chǎn)井比例逐年增加，氣田穩(wěn)產(chǎn)難度加大，而側(cè)鉆技術(shù)作為下步穩(wěn)產(chǎn)工藝主體技術(shù)方向，潛力巨大[1-3]。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1　原料和儀器

有機(jī)胺G301、有機(jī)鹽YJY-1、生物油潤滑劑G303、納米剛性封堵劑A、可變形微米級(jí)封堵劑B，均為工業(yè)級(jí)。

頁巖膨脹儀，型號(hào)150-80-1，美國OFITE公司；滲透性封堵儀，型號(hào)171-84-01，美國OFITE公司。

1.2　鉆井液技術(shù)難點(diǎn)分析

1)PDC鉆頭泥包：由于“雙石層”為不成巖的軟泥巖，易黏附于鉆頭表層造成鉆頭泥包；地層中泥頁巖雖成巖，但易水化分散，使井眼內(nèi)泥質(zhì)或固相含量增加，吸附于鉆頭表面造成鉆頭泥包[4]。在該井段需大量滑動(dòng)也易造成泥包另一原因。

2)井壁穩(wěn)定性及儲(chǔ)層保護(hù)：雙石層存在大段泥巖，易井塌形成大肚子井眼，造成劃眼困難；在斜井段和水平段鉆遇泥巖條件下，如何有效保護(hù)產(chǎn)層及保障裝有裸眼封隔器的完井管串安全、順利下入預(yù)定位置也是一大難題。

3)滑動(dòng)鉆進(jìn)托壓：斜井段和水平段滑動(dòng)鉆進(jìn)中，由于泥漿泵排量、鉆井液流變性能等造成攜砂不好，井壁上形成巖屑床；或由于鉆井液泥漿中劣質(zhì)固相不能及時(shí)清除，導(dǎo)致泥漿黏切上升，形成粗糙泥餅，摩阻過大造成滑動(dòng)鉆進(jìn)托壓，鉆時(shí)慢，增斜率差。長時(shí)間滑動(dòng)鉆進(jìn)易造成黏卡等[5-6]。

1.3　強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液技術(shù)研究與對(duì)策

要適應(yīng)蘇里格氣田老井側(cè)鉆水平井，研究的鉆井液應(yīng)具有較強(qiáng)的防塌能力、良好的潤滑性能及流變性能，既滿足斜井段安全快速鉆進(jìn)的基本要求，也滿足水平段儲(chǔ)層保護(hù)的需要。

實(shí)驗(yàn)中加入有機(jī)胺抑制劑和有機(jī)鹽以增強(qiáng)鉆井液防塌性，采用可變形微米級(jí)封堵劑和納米級(jí)剛性顆粒協(xié)同作用以增強(qiáng)對(duì)泥巖微裂縫的封堵性；采用天然改性淀粉控制失水，降低地層坍塌壓力，再輔助以提高鉆井液密度的力學(xué)措施實(shí)現(xiàn)井壁穩(wěn)定和井控安全。優(yōu)選環(huán)保型生物聚合物控制鉆井液流變性，實(shí)現(xiàn)井眼攜砂帶砂井眼凈化。通過降低有害固相、改善泥餅質(zhì)量、混入生物油潤滑劑降低鉆具與井壁的摩擦阻力實(shí)現(xiàn)潤滑減阻，并在蘇里格氣田老井側(cè)鉆水平井成功地進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。

2　強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液體系配方優(yōu)選

2.1　抑制劑

室內(nèi)優(yōu)選出有機(jī)胺G301，黏土中Si─OH與有機(jī)胺G301中─O─、─OH、─NH等基團(tuán)形成牢固的化學(xué)吸附， R─基團(tuán)向外，形成疏水膜，減少水進(jìn)入地層。另外，有機(jī)胺獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)使其嵌在黏土層間，并將相鄰的黏土層束縛在一起，有效控制黏土的水化分散和膨脹；有機(jī)鹽可壓縮黏土顆粒表面的擴(kuò)散雙電層，使水化膜變薄，ξ電位下降，降低黏土分散度，使鉆井液中黏土具有適度的分散狀態(tài)。這兩者協(xié)同抑制泥頁巖水化膨脹分散和地層造漿，從而達(dá)到穩(wěn)定井壁的目的[7]。

在基漿基礎(chǔ)上，將有機(jī)胺G301和有機(jī)鹽YJY-1進(jìn)行復(fù)配，考察其防塌抑制性，基漿組分：3.0%膨潤土+清水，結(jié)果見表1。

表1　鉆井液體系泥頁巖回收率試驗(yàn)結(jié)果

AV為表觀黏度。

從表1看出，G301和YJY-1復(fù)配后，大幅提高了鉆井液體系的抑制泥頁巖分散性能。一次回收后的巖屑在清水中浸泡后，測(cè)得頁巖二次回收率高達(dá)84.8%，說明復(fù)配抑制劑能牢固吸附在井壁上，有效防止井壁失穩(wěn)。

利用頁巖膨脹儀考察不同鉆井液對(duì)膨潤土巖心線性膨脹率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1　鉆井液對(duì)巖心線性膨脹率的影響

從圖1看出，膨脹時(shí)間8 h時(shí)，膨潤土在強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液中線性膨脹率為15.1%，在鉀鹽聚磺鉆井液中線性膨脹率達(dá)30.4%，在清水中線性膨脹率達(dá)57.45%。這表明G301和YJY-1復(fù)配后，能有效抑制泥頁巖的

水化膨脹和分散，減少對(duì)儲(chǔ)層的損害。

2.2　潤滑劑

在基漿中加入不同潤滑劑，評(píng)價(jià)其潤滑效果，結(jié)果見表2。

表2　不同潤滑劑的潤滑效果

FL為濾失量，PV為塑性黏度，YP為動(dòng)切力，Kf為摩阻系數(shù)。

從表2看出，生物油潤滑劑G303的潤滑效果最好，選擇G303為主體潤滑劑。

考察生物油潤滑劑G303加量對(duì)Kf的影響，結(jié)果見圖2。

圖2　生物油潤滑劑G303加量對(duì)Kf的影響

從圖2看出，隨著生物油潤滑劑G303加量增加，鉆井液體系Kf降低，加量大于1.5%，Kf值可控制在0.052 4內(nèi)，滿足現(xiàn)場施工要求。

3　強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液性能評(píng)價(jià)

3.1　封堵性能

在大量實(shí)驗(yàn)中篩選出納米剛性封堵劑A和可變形微米級(jí)封堵劑B，封堵劑A可有效封堵硬脆性泥頁巖納米級(jí)自身孔喉;同時(shí)其與封堵劑B復(fù)配使用時(shí)，能在井壁形成超低滲透內(nèi)外泥餅，阻止壓力傳遞，控制鉆井液濾液進(jìn)入地層，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定井壁。在鉆井液基本組分中加入A/B復(fù)配封堵劑，采用滲透性封堵儀測(cè)試鉆井液在砂盤上高溫高壓濾失量，基本組分為：基漿+1.0%G301+6.0%YJY-1+1.5%G303，考察其封堵性能，結(jié)果見圖3。

圖3　強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液的封堵性能

由圖3可知，加入A/B復(fù)配封堵劑后的鉆井液高溫高壓濾失量大大小于基漿的。濾失量曲線趨于平緩，表明此時(shí)鉆井液在砂盤上形成了致密封堵層，基本隔絕鉆井液對(duì)巖層的侵入。

3.2　儲(chǔ)層保護(hù)性能

針對(duì)盒8氣層，開展強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液體系對(duì)儲(chǔ)層的巖心傷害評(píng)價(jià)，將加入封堵劑的鉆井液體系進(jìn)行巖心傷害實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。封堵劑具有較強(qiáng)的封堵性，封堵率均達(dá)99%以上，巖心切端面1 cm，測(cè)定巖心滲透率，巖心傷害率均小于15%，達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層的目的。

表3　鉆井液巖心傷害評(píng)價(jià)結(jié)果

4　強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液體系現(xiàn)場應(yīng)用

蘇XX井是蘇里格區(qū)塊氣井φ139.7 mm套管開窗側(cè)鉆水平井之一，強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液體系在蘇XX井得到成功應(yīng)用，現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，該體系能有效解決“雙石層”的泥頁巖井壁失穩(wěn)、儲(chǔ)層保護(hù)、高摩阻大扭矩、井眼凈化、攜砂懸砂等系列技術(shù)難題，取得良好的試驗(yàn)效果。

4.1　井壁穩(wěn)定，井下事故減少

該井在第一次側(cè)鉆時(shí)采用鉀鹽聚磺鉆井液體系進(jìn)行鉆井，但在通井過程中由于井眼出現(xiàn)大量掉塊，無法通井到底，經(jīng)多次倒換鉆具組合后仍無法通過，填井側(cè)鉆。決定轉(zhuǎn)換體系，采用強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液體系進(jìn)行第二次側(cè)鉆，在應(yīng)用過程中，流變性良好，應(yīng)用井段未出現(xiàn)大掉快，井眼清潔，起下鉆順暢。優(yōu)良的鉆井液性能保證了通井，電測(cè)，下完井管柱等作業(yè)施工的順利。

4.2　潤滑減阻效果好

該體系現(xiàn)場潤滑減阻效果突出。該鉆井液體系始終保持優(yōu)良的潤滑性能，鉆井施工中盡可能控制有害固相量，改善泥餅質(zhì)量，根據(jù)摩阻、扭矩大小加入生物油潤滑劑，使之在井壁及鉆具表面形成抗壓潤滑膜，打鉆過程中滑塊摩阻系數(shù)維持在0.026 2～0.052 4之間，極壓潤滑系數(shù)在0.05～0.07間，通井后完井液潤滑性好，完井管柱斜井段下放摩阻2～4 t，水平段摩阻僅4 t，完井管柱順利下至井底預(yù)定位置。

4.3　儲(chǔ)層保護(hù)效果良好

強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液封堵效果好，降低了鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的侵入深度，減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害。該井試氣放噴點(diǎn)火火焰長度6～7 m，無阻流量達(dá)300 000 m3/d以上，證明該井在鉆井、壓裂等環(huán)節(jié)對(duì)油層損害程度較低，達(dá)到了保護(hù)油氣層的目的。

5　結(jié)論

1)強(qiáng)抑制高潤滑低傷害暫堵鉆井液體系能夠適應(yīng)蘇里格區(qū)塊氣井小井眼側(cè)鉆水平井的地質(zhì)特點(diǎn)和水平井鉆井施工要求，施工中井下安全、井壁穩(wěn)定，儲(chǔ)層保護(hù)效果好。

2)該技術(shù)為老井側(cè)鉆開發(fā)過程中的低成本開發(fā)和氣田穩(wěn)產(chǎn)進(jìn)行了有效探索，為長慶老井復(fù)產(chǎn)改造提供了技術(shù)支撐。

3)擴(kuò)大該鉆井液體系的應(yīng)用范圍，繼續(xù)加大該體系在小井眼側(cè)鉆井的應(yīng)用，通過實(shí)踐進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)鉆井液配方。

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