聚合鹽鉆井液體系在吉木薩爾地區的應用研究

李 俊，王越之，蘇小健，陳 瀝 (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023)

劉佩軒 (中石油新疆油田分公司勘探公司，新疆 克拉瑪依 834000)

聚合鹽鉆井液體系在吉木薩爾地區的應用研究

李 俊，王越之，蘇小健，陳 瀝 (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023)

劉佩軒 (中石油新疆油田分公司勘探公司，新疆 克拉瑪依 834000)

闡述了準噶爾盆地吉木薩爾地區地層特點和聚合鹽鉆井液體系的作用機理，針對該地區地層不穩定、易縮徑、垮塌和卡鉆等問題，進行鉆井液室內加重試驗以及抗粘土侵、抗鹽和鈣侵試驗，開展具有強抗污染能力的聚合鹽鉆井液體系的研究。室內研究表明，聚合鹽鉆井液具有較強的流變性、抗粘土侵和抗鹽抗鈣侵能力；現場應用表明，聚合鹽鉆井液顯著減少了吉木薩爾地區的鉆井復雜情況，降低了井徑擴大率，提高時效，縮短了鉆井周期，節約成本，井眼良好，表明聚合鹽鉆井液體系可以滿足該地區鉆井安全施工的需要。

準噶爾盆地；吉木薩爾地區；鉆井液；聚合鹽；抗污染性能；應用

準噶爾盆地東部吉木薩爾地區經歷多次強烈構造運動，斷裂和裂縫發育，各層系剝蝕程度不一，地層厚度存在較大差別，部分區域地層傾角較大，受構造運動影響，地層構造應力較強，在鉆井時體現為地層易坍塌。從地層和已鉆井資料看，該地區表層第四系的砂礫石層未成巖，易出現漏失和井塌卡鉆等復雜情況；新近系和古近系的膏質、灰質泥巖發育，遇水易膨脹、縮徑，進而造成卡鉆；侏羅系西山窯組、八道灣窯組等地層煤層發育，井壁易垮塌，造成卡鉆和遇阻；三疊系下統燒房溝組、韭菜園子組和二疊系梧桐溝組為紅褐色泥巖地層，易吸水后造漿，造成井眼垮塌、縮徑，同時易造成對鉆井液的污染；侏羅系和二疊系梧桐溝組破裂壓力較低，裂縫發育，易發生井漏，儲層發育段和石炭系局部孔洞、裂縫發育，易引起井漏和溢流。針對以上該地區的地層特點，為防止以上復雜情況的出現，筆者對聚合鹽鉆井液體系在吉木薩爾地區的應用進行了研究。

1 聚合鹽鉆井液作用機理

聚合鹽是以低分子量有機鹽化合物為結構重復單元，通過一定條件的化學反應，聚合出具有較大回旋半徑的高分子鹽類結構，分子量為(2～6)×106[1-2]。聚合鹽體系將聚合物與無機鹽或有機鹽在鉆井液中各自的特殊抑制作用集于一體，通過調整聚合鹽在鉆井液中的含量以及合理的控制聚合鹽自身的分子量大小，形成在鉆井液體系中以聚合鹽為主，輔之以相關鉆井液性能的其他添加劑[3]，實現深井以及復雜井鉆井過程中鉆井液體系的統一性、抑制能力的連續性和高密度情況下始終具有良好流變特性。

聚合鹽具有高分子聚合物的特性，溶液粘度隨著加量或分子量的改變而明顯變化，同時聚合鹽具有鹽類物質的特殊性質，即水溶性強、隨著加量的提高溶液密度增加、過飽和情況下鹽析，同時電離出大量的Na+和K+，使得回旋半徑增大，增加鉆井液的粘度，使得流變性和抑制性結合在一起。

2 聚合鹽鉆井液體系的室內評價

試驗中使用的聚合鹽為膠體，代號為JN-2，其干基有效濃度為25%。試驗基漿配方如下：4%土般土漿+0.2% NaOH+3% RSTF(抗鹽降濾失劑)+5% PHT(防卡降濾失劑)+20% JN-2(聚合鹽抑制劑)+1% LV-CMC(低粘羧甲基纖維素鈉鹽)+7% KCl+1.5% MFG(有機硅穩定劑)+普通重晶石粉。

2.1加重評價試驗

加重試驗結果如表1所示。由表1可知，聚合鹽鉆井液體系加重后，漏斗粘度FV、塑性粘度PV、屈服值YP都有所增加，但泥漿流變系數變化小,說明該鉆井液體系具有較好的流變性能。

表1 加重試驗結果

2.2抗粘土侵試驗

在聚合鹽鉆井液中分別加入5%、10%、15%的膨潤土，在50℃和120℃試驗條件下測試鉆井液抗粘土侵性能，結果如表2所示。由表2可知，鉆井液體系中加入5%的三級土后基本性能沒有發生變化，隨著膨潤土加入量增多，FV、PV有所增大，但依然具有良好的流變性能，說明該鉆井液體系抗粘土侵的性能較強。

表2 抗粘土侵試驗結果

2.3抗鹽、抗鈣侵試驗

在基漿中分別加入10% NaCl和1% CaSO4，在50℃和120℃試驗條件下進行抗鹽抗鈣性能測試，結果如表3所示。由表3可知，加入10%NaCl和1% CaSO4之后，鉆井液體系的粘度和濾失量有所變化，但變化幅度不大(都在可調范圍內)，說明該鉆井液體系具有較強的抗鹽、抗鈣侵能力。

表3 抗鹽、鈣侵試驗結果

3 現場應用

作業現場使用如下聚合鹽鉆井液配方：4%土般土+0.2% KOH+15%～20% JN-2+5% PHT+1.5% LV-CMC+3% RSTF+7% KCl+1.5% MFG+普通重晶石。

使用工藝和技術要求如下：①按照上述配方轉化鉆井液，二開轉化時保持JN-2在鉆井液中的含量不低15%，KCl的含量達到7%，以防止泥巖的水化膨脹，保證聚合鹽鉆井液體系的強抑制性。②用LVCMC和RSTF控制鉆井液，使其API失水小于5ml，防止泥巖水化膨脹。③用MFG、KCl調整鉆井液流變性，增強井壁穩定效果。④按設計配方加入PHT、QCX-1(輕質CaCO3,暫堵劑)，改善泥餅質量，提高防塌、封堵和潤滑性能。⑤二開轉化時加入0.1% CaO進行預處理，利用同離子效應提高聚合鹽體系的抗鈣侵能力，避免鉆井液性能發生較大波動。⑥二開前在儲備罐中儲備JN-2+KCl膠液20m3備用。⑦新近系鉆進時參考鄰井資料，該段鉆井液密度控制為1.25～1.30g/cm3，同時依據井下實際情況結合dc指數[2]壓力監測數據的結果進行調整。

根據鄰井資料，針對實鉆地層情況和地層特點，進行現場小型試驗。在鉆進過程中適時增加或減少添加劑用量，有針對性地提高鉆井液的抑制性、堵漏能力和抗鈣侵能力等，從而充分體現聚合鹽鉆井液的性能。

表4所示為吉21、吉19和吉191井應用聚合鹽鉆井液的綜合性能指標。從表4可以看出：①聚合鹽鉆井液的剪切稀釋效果好，有很強的攜巖能力和靜止懸浮能力，從而可保證各井提下鉆正常;②聚合鹽鉆井液的抑制性和封堵能力強，采用合適的密度、粘度和切力，可以穩定鉆井液性能，抑制泥巖造漿，防止泥巖遇水膨脹或縮徑，而對有裂縫的硬脆性泥巖，可有效防止其坍塌，避免引起卡鉆等復雜情況;③聚合鹽鉆井液性能穩定，對維護長裸眼井段的井壁穩定可起到關鍵作用。

表4 聚合鹽鉆井液綜合性能指標

表5所示為使用聚合鹽鉆井液體系的吉19、吉191井與未使用該體系的鄰井吉15、吉17井的鉆井時效對比。從表5可知，吉19井和吉191井的平均機械鉆速、月速以及生產時效得到明顯提高。

表5 鉆井時效對比

4 結 論

1)聚合鹽鉆井液體系具有較強的流變性，抗粘土侵、抗鹽抗鈣侵能力強，有利于提高攜巖能力，提高井眼狀況。

2)采用合適的鉆井液參數，如密度、粘度、切力等，可以防止泥巖層段遇水膨脹、縮徑或者垮塌，提高鉆井液抑制性能。

3)使用聚合鹽鉆井液體系的井的生產時效、機械鉆速等技術參數都有大幅度提高，可縮短鉆井周期，有效降低鉆井成本。

[1]劉壽光，吳泓渝．聚合鹽鉆井液體系研究[J].鉆井液與完井液，2006，23(3)：19-22.

[2]鄢捷年.鉆井液工藝學[M].東營:中國石油大學出版社，2000.

[3]王平安，周世良.鉆井液處理劑及其作用原理[M].北京：石油工業出版社，2003.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.028

TE254.3

A

1673-1409(2012)04-N083-03

2012-02-19

李俊(1986-)，男，2009年大學畢業，碩士生，現主要從事鉆井工藝技術方面的研究工作。