焦 小 光

(中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司鉆井液公司，北京 100101)

Goumeri油田位于尼日爾東北部的Agadem地區(qū)，在該地區(qū)鉆井時(shí)，在平均地層1 550～1 690 m之后鉆遇Sokor泥巖，在2 300 m后見低速泥巖。從這2種泥巖的理化性能分析，其組成大致是伊-蒙混層占53%，高嶺石占44%，伊利石占3%。在伊 - 蒙混層中，伊利石占60%，蒙脫石總含量?jī)H有21%，且只存在于伊-蒙混層中。這種巖性組分決定了該地層泥巖不易分散，造漿性不強(qiáng)，但淺部軟泥巖容易水化膨脹引起縮徑；深部硬脆性泥巖容易剝落造成坍塌、掉塊。Goumeri區(qū)塊2年的鉆井實(shí)踐也表明，這一地區(qū)鉆井施工的主要難題是鉆遇Sokor泥巖和低速泥巖時(shí)的坍塌、掉塊及縮徑現(xiàn)象。

2010年11月，Goumeri油田首次進(jìn)行定向井施工。相較直井而言，定向井鉆井施工難度更大，井塌、卡鉆等復(fù)雜情況更多，對(duì)鉆井液的要求也更高，選擇合適的鉆井液對(duì)定向井的施工至關(guān)重要。從已有文獻(xiàn)分析，定向井，特別是大斜度定向井，多采用穩(wěn)定井壁能力較強(qiáng)的鉆井液體系，如油基鉆井液、合成基鉆井液等[1-2]。然而，這類鉆井液通常配制成本較高，僅用于地質(zhì)情況極為復(fù)雜的鉆井施工，尚未大范圍使用。

KCl聚合醇鉆井液是一種強(qiáng)抑制性、防塌水基鉆井液體系，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛研究和應(yīng)用[3]。KCl聚合醇鉆井液是在KCl聚合物鉆井液的基礎(chǔ)上，引入聚合醇防塌劑，將無(wú)機(jī)鹽KCl、多元聚合醇配伍使用，利用它們的協(xié)同防塌機(jī)理，共同起到增強(qiáng)抑制性、穩(wěn)定井壁的作用。經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和Goumeri區(qū)塊實(shí)鉆井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，使用KCl聚合醇鉆井液完全可以滿足該地區(qū)的地質(zhì)要求。同時(shí)針對(duì)定向井鉆井過(guò)程中易黏卡等問(wèn)題，在斜井段使用優(yōu)選的液體潤(rùn)滑劑RH8501，并混入柴油，改善鉆井液潤(rùn)滑性，降低發(fā)生卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際鉆井結(jié)果表明，使用KCl聚合醇鉆井液，2口定向井均順利鉆達(dá)目的層。其中，第1口井Goumeri-9完鉆井深2 985 m，最大井斜角29.8°，水平位移761.7 m；第2口井Goumeri-11完鉆井深2 995 m，最大井斜角29.9°，水平位移750.7 m。

1 技術(shù)難點(diǎn)

2口定向井均為二開井，其在鉆井施工中的鉆井液技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

(1) 鉆穿Sokor泥巖和低速泥巖時(shí)的坍塌、掉塊及縮徑現(xiàn)象。

(2) 定向井井眼軌跡不成直線，鉆具管柱在井內(nèi)受力復(fù)雜，與井壁接觸面積大，極易發(fā)生壓差卡鉆(黏附卡鉆)、扭矩過(guò)大等事故。尤其是Goumeri-9井在2 101 m之后又開始降斜，施工難度進(jìn)一步增大，對(duì)鉆井液的潤(rùn)滑性提出了考驗(yàn)。

(3) 在斜井段，巖屑在上返過(guò)程中將沉向井壁下側(cè)，堆積形成“巖屑床”，不易被清洗攜帶。

(4) 斜井段井徑不規(guī)則處易形成鍵槽導(dǎo)致電測(cè)纜線及套管難以下入。

2 技術(shù)措施

針對(duì)存在的技術(shù)難點(diǎn)，使用KCl聚合醇強(qiáng)抑制性防塌鉆井液體系，優(yōu)化鉆井液性能，解決Sokor泥巖和低速泥巖地層的坍塌、掉塊和縮徑問(wèn)題，滿足斜井段巖屑攜帶要求。同時(shí)在斜井段分多次混入潤(rùn)滑劑及適量柴油，改善鉆井液及泥餅潤(rùn)滑性，防止黏卡。在完井階段，配制潤(rùn)滑封閉鉆井液封閉造斜點(diǎn)以上100 m至井底的裸眼段，保證完井作業(yè)成功率。

2.1 增強(qiáng)抑制性，提高防塌能力

KCl聚合醇鉆井液體系的顯著特點(diǎn)就是無(wú)機(jī)鹽KCl與聚合醇復(fù)配使用時(shí)，能利用K+穩(wěn)定泥頁(yè)巖原理[4]和聚合醇的“濁點(diǎn)”效應(yīng)[5]，起到增強(qiáng)抑制性，封堵井壁裂縫，防止井壁垮塌的作用。就這2口定向井而言，有以下要點(diǎn)：

(1) 進(jìn)入Sokor泥巖后，保證Cl-質(zhì)量濃度大于30 000 mg/L，并逐步提高聚合醇的質(zhì)量濃度達(dá)到30 kg/m3以上。大分子聚丙烯酰胺鉀鹽(KPAM)是該鉆井液體系的主要包被劑和頁(yè)巖抑制劑，鉆進(jìn)中保證其有效含量在5 kg/m3以上，確保體系具有強(qiáng)抑制性和較好的防塌能力。

(2) 下部地層表現(xiàn)為硬脆性泥巖，有微裂縫，易剝落掉塊，應(yīng)加大聚合醇防塌劑的用量。

2.2 增強(qiáng)鉆井液潤(rùn)滑性

針對(duì)定向井施工易發(fā)生黏卡、托拉的特點(diǎn)，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出液體潤(rùn)滑劑RH8501。該潤(rùn)滑劑可在泥餅上形成液相保護(hù)膜，顯著降低鉆井液摩擦系數(shù)。造斜開始后，可以以2%～3%的體積加量慢慢混入鉆井液中。同時(shí)，在斜井段分多次向鉆井液中混入柴油，直至最后體積分?jǐn)?shù)達(dá)到5%～10%，進(jìn)一步增強(qiáng)鉆井液潤(rùn)滑性。此外，保證鉆井液API濾失量小于4 mL，形成薄而堅(jiān)韌的泥餅。

2.3 保持鉆井液理想流型，增強(qiáng)攜巖能力

(1) 使用聚丙烯酰胺鉀鹽(KPAM)或黃原膠XCD改善鉆井液流型，使其動(dòng)塑比保持在0.30～0.55(Pa/mPa·s)，確保巖屑能夠有效攜帶至地面。

(2) 保證鉆井液具有良好的觸變性，在井內(nèi)鉆井液靜止時(shí)能夠有效懸浮鉆屑，延緩鉆屑堆積。

(3) 必須采用足夠排量，保證較高環(huán)空返速，能及時(shí)清除下井壁巖屑床。鉆進(jìn)中每隔3-5柱或短起時(shí)泵入高黏鉆井液洗井。

2.4 制定詳細(xì)鉆井液完井措施

(1) 完鉆后必須執(zhí)行短起下鉆和長(zhǎng)起下鉆，修整井壁。

(2) 電測(cè)和下套管作業(yè)前，泵入潤(rùn)滑封閉泥漿，封閉造斜點(diǎn)以上100 m至井底的裸眼段。選用固體潤(rùn)滑劑塑料小球HJN101和液體潤(rùn)滑劑RH8501，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%和2%，確保裸眼段內(nèi)的鉆井液具有優(yōu)異的鉆屑懸浮能力和良好的潤(rùn)滑性能。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

3.1 鉆井液現(xiàn)場(chǎng)處理與維護(hù)

2口井二開所使用的KCl聚合醇鉆井液均由一開膨潤(rùn)土漿轉(zhuǎn)化而來(lái)?，F(xiàn)場(chǎng)使用小分子量的降濾失劑NPAN，抗高溫降濾失劑為PAC-LV、SMP-I、SMC、SPNH，其配方為：(2.5%～3.0%)預(yù)水化膨潤(rùn)土漿+1.0%NPAN+0.5%(PAC-LV)+1.0%(SMP-I)+1.0%SMC+1.0%SPNH+0.4%KPAM+(6.0%～8.0%)KCl+重晶石(根據(jù)需要確定比例)。

優(yōu)化后的KCl聚合醇鉆井液性能如表1所示。

表1 優(yōu)化后的KCl聚合醇鉆井液性能

注：ω膨潤(rùn)土為采用亞甲基藍(lán)測(cè)試(Methylene Blue Fest，簡(jiǎn)稱MBT)測(cè)得的鉆井液中膨潤(rùn)土的質(zhì)量濃度。

2口井鉆進(jìn)時(shí)隨井深增加逐步提高鉆井液密度，進(jìn)入低速泥巖前，鉆井液密度提至1.25 g/cm3，平衡地層坍塌壓力。在保證有效攜巖的前提下，對(duì)鉆井液流變性的處理思路是維持低黏、低切，防止因鉆井液液相黏度過(guò)高而引起的鉆具黏卡、起鉆抽吸等事故，完鉆時(shí)漏斗黏度不超過(guò)60 s?？刂艫PI濾失量不超過(guò)4 mL。后期隨著井底溫度升高，加大抗高溫降濾失劑的用量，控制API濾失量維持在2～3 mL，確保泥餅薄而堅(jiān)韌。鉆進(jìn)時(shí)及時(shí)補(bǔ)充KCl，保證全井Cl-質(zhì)量濃度不低于30 000 mg/L。進(jìn)入Sokor泥巖后開始加入聚合醇防塌劑，并在鉆進(jìn)中及時(shí)補(bǔ)充，保證其質(zhì)量濃度在30 kg/m3以上。一定要保證KCl和聚合醇的用量，確保體系具有強(qiáng)抑制性和較高的防塌能力。鉆進(jìn)時(shí)一、二級(jí)固控設(shè)備必須正常運(yùn)轉(zhuǎn)，離心機(jī)間斷性運(yùn)轉(zhuǎn)，降低有害固相含量。2口井不同井段的鉆井液性能見表2。由表2可見，2口井在各個(gè)井段鉆井液性能均處于最優(yōu)范圍之內(nèi)，且鉆進(jìn)期間性能穩(wěn)定，保證了鉆井施工的順利進(jìn)行。

2口井均在造斜開始后混入液體潤(rùn)滑劑RH8501和柴油，其中RH8501的用量超過(guò)了2%，起到了良好的潤(rùn)滑作用。Goumeri-9、Goumeri-11全井混入柴油分別達(dá)30.0、29.5 m3，體積分?jǐn)?shù)均超過(guò)5%。每次混油前后都對(duì)鉆井液常規(guī)性能進(jìn)行測(cè)量，防止由于柴油的混入引起鉆井液性能出現(xiàn)較大的變化。對(duì)比結(jié)果如表3所示。從表3可以發(fā)現(xiàn)，混入柴油后鉆井液漏斗黏度明顯上升，其他性能無(wú)顯著變化。漏斗黏度的上升主要是因?yàn)椴裼头肿优c鉆井液中的高聚物分子相互作用，引起鉆井液結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的增加，造成液相黏度升高。但在鉆井液充分循環(huán)后，該效應(yīng)消失。從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析，混入柴油后，鉆井液潤(rùn)滑性能得到明顯改善，扭矩有所下降。

表2 2口定向井不同井段鉆井液性能

注：n值代表鉆井液的流性指數(shù)，為無(wú)因次單位；K值代表鉆井液的稠度系數(shù)。

表3 2口定向井混入柴油前后鉆井液性能對(duì)比

3.2 鉆井液現(xiàn)場(chǎng)使用效果

2口定向井使用KCl聚合醇鉆井液鉆進(jìn)期間，鉆井液性能優(yōu)異、穩(wěn)定，尤其是該體系特有的強(qiáng)抑制性和較高防塌能力，完全解決了在Goumeri地區(qū)Sokor泥巖和低速泥巖段出現(xiàn)的坍塌、掉塊及縮徑問(wèn)題?；烊霛?rùn)滑劑和柴油后，鉆井液潤(rùn)滑性能良好，沒(méi)有嚴(yán)重黏卡事故出現(xiàn)。2口井起下鉆均非常順利，最大起鉆超拉僅有18 t，說(shuō)明井壁光滑，井身質(zhì)量好。圖1是根據(jù)電測(cè)數(shù)據(jù)做出的2口井的井徑曲線。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在選定井段，除個(gè)別點(diǎn)井徑有所擴(kuò)大外，2口井總體井徑規(guī)則，平均井徑擴(kuò)大率分別只有7.0%和10.9%。

圖1 井徑曲線

4 結(jié) 語(yǔ)

(1) 強(qiáng)抑制性、防塌KCl聚合醇鉆井液性能優(yōu)異、穩(wěn)定，完全適應(yīng)尼日爾Goumeri油田的地質(zhì)要求，基本解決了該地區(qū)Sokor泥巖和低速泥巖坍塌、掉塊和縮徑問(wèn)題，滿足了定向井的鉆井技術(shù)要求。

(2) 向鉆井液中混入2%～3%的液體潤(rùn)滑劑RH8501及5%～10%的柴油，顯著改善了鉆井液的潤(rùn)滑性，解決了定向井施工中常見的黏卡、托拉現(xiàn)象。

(3) 強(qiáng)抑制性、防塌KCl聚合醇鉆井液在尼日爾Goumeri油田定向井施工中的成功應(yīng)用，為今后在該國(guó)其他類似油田進(jìn)行更為復(fù)雜的直井、定向井鉆井提供了范例。