快速鉆井液技術的研究與應用——以準噶爾盆地車排子—中拐地區為例

張偉 楊洪 蔣學光 季川新 彭松喬

中國石油新疆油田公司勘探公司

快速鉆井液技術的研究與應用
——以準噶爾盆地車排子—中拐地區為例

張偉 楊洪 蔣學光 季川新 彭松喬

中國石油新疆油田公司勘探公司

針對準噶爾盆地車排子—中拐地區鉆井過程中井壁坍塌嚴重、鉆井液固相含量高、鉆頭泥包嚴重、鉆井速度低等問題，優選出一種快鉆劑，在此基礎上研發出一套快速鉆井液體系。評價結果顯示：快鉆劑KSZJ與現場鉆井液體系配伍性好，能很好地吸附于鉆柱、井壁及鉆屑表面，改善鉆井液的潤滑性能及抑制性能。現場應用結果表明：該快速鉆井液體系具有抑制能力強，性能穩定（抗溫達160℃，抗鹽10%，鉆屑回收率超過80%），潤滑、防卡、防塌、防泥包和減阻性能好，機械鉆速快等優點；與鄰井相比，使用該快速鉆井液的井平均機械鉆速提高了60%以上，明顯減少了井下復雜情況，顯著降低了鉆井風險和綜合成本，對及時發現該區油氣資源和保護油氣儲層也起到了良好的作用。

準噶爾盆地 車排子—中拐地區 快鉆劑 快速鉆井液體系 吸附 潤滑 抑制 機械鉆速

車排子—中拐地區（以下簡稱車—拐地區）位于準噶爾盆地西北緣的西南角，構造位置處于紅山—車排子斷裂帶上，自上而下鉆遇的地層為新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系及石炭系。該區鉆井過程中普遍出現地層機械鉆速低，鉆井速度慢、周期長等現象，嚴重影響了油氣勘探開發進程，究其原因如下：①車—拐地區白堊系、侏羅系、三疊系等巖層為大段泥巖與泥質粉砂泥巖，地層水敏性強，易水化分散膨脹導致縮徑和井塌；②普通鉆井液在使用過程中黏度和切力較高，易發生鉆頭泥包、提鉆掛卡嚴重等復雜情況；③鉆井液固相含量較高；④個別井段密度窗口窄。為此，開展了快速鉆井液技術的室內研究。

1 快速鉆井液作用機理及配方優選

快速鉆井液技術是利用現有鉆井機械設備，在不改變鉆井水力參數、鉆具結構和不影響鉆井液應具有的攜屑、懸浮、穩定井壁性能的條件下，通過減小壓持效應、提高巖石可鉆性、增大井壁穩定性、減小環空壓力降、增大鉆頭水馬力等手段，最終達到大幅度提高機械鉆速的效果［1－9］。

快鉆劑是一種表面活性劑，由于不同快鉆劑與鉆井液體系的配伍性不同，因而筆者選擇3種快鉆劑并室內評價了它們與現場常用的2種鉆井液的配伍性。鉆井液配方如下：

1號：4%膨潤土＋0.35%K－PAM＋0.5%CSW－1＋2%LY－102＋2%SPNH＋3%SMP－1＋2%PSC。

2號：4%膨潤土＋0.2%Na2CO3＋0.2%NaOH＋0.6%MAN104＋0.6%MAN101＋0.5%NH4HPAN＋3%陽離子乳化瀝青＋1%低熒光潤滑劑＋2%～3% JCM－102。

通過室內試驗，3種快鉆劑對鉆井液流變性影響均不大，但其中快鉆劑KSZJ對鉆井液表觀黏度（AV）、動切力（YP）、初切力和終切力（G1／G10）的影響最小；其潤滑系數（Mf）和黏滯系數（Kf）最小，潤滑性最好；其濾失量（FL）也最小，降濾失作用最好。因此，選擇快鉆劑KSZJ及2號鉆井液作為快速鉆井液體系。

2 快速鉆井液性能評價

2.1 抗溫性

該實驗主要考察溫度對快鉆劑在膨潤土表面上吸附是否有影響，以及溫度是否引起快鉆劑降解而導致鉆井液潤滑性下降。從表1的實驗結果可見，2號鉆井液體系及2號＋0.5%KSZJ快速鉆井液的表觀黏度、動切力和靜切力隨溫度的升高而下降，且下降幅度基本相同，潤滑系數和黏滯系數略有下降，表明快鉆劑KSZJ的抗溫性較好。

表1 溫度對快速鉆井液性能的影響表

2.2 抗鹽性

由于KSZJ是一種表面活性劑，無機鹽對其在黏土及鉆柱上的吸附有影響，影響程度與處理劑結構有關。因此，室內評價了NaCl加量對快速鉆井液性能的影響。從表2的實驗結果可看出，快速鉆井液表觀黏度、動切力和靜切力隨NaCl加量的增加先上升后下降，濾失量隨加量的增加不斷上升。加量在10%以內時變化都不大，基本性能都能滿足安全鉆井要求。加量大于10%時則需加入其他的處理劑進行調整。

表2 NaCl加量對快速鉆井液性能的影響表

2.3 抑制性

分別取快速鉆井液、4%膨潤土基漿400 m L于老化罐中，加入30 g 6～10目現場鉆屑，然后放入滾子爐里，在120℃下加熱滾動16 h后，取出老化罐，待其冷卻后用40目篩子過濾，收集未分散的鉆屑，放入烘箱中，在103℃下烘干并稱重，計算鉆屑回收率。快速鉆井液兩次分別回收24.5 g、23.7 g，回收率為81.67%、82.33%；而4%膨潤土基漿的回收率則只有32%、34%，該試驗表明快速鉆井液抑制性強。

3 現場應用

在車峰5井第二次開鉆井段980～1 441 m首次采用該快速鉆井液體系技術進行了鉆井。鉆井液配方為：4%膨潤土＋0.2%Na2CO3＋0.2%NaOH＋0.6% MAN104＋0.6%MAN101＋0.5%復配銨鹽＋3%陽離子乳化瀝青＋1%低熒光潤滑劑＋2%～3%JCM－12。表3是在井深980 m加入KSZJ劑前后鉆井液性能的變化。可見鉆井液的漏斗黏度（FV）、泥餅厚度（K）等基本不變，僅動切力和濾失量略微下降。

車峰5井使用快鉆劑后效果明顯：鉆井液循環一周后，觀察振動篩上巖屑上附帶油花，巖屑顆粒變大；轉速迅速增加；鉆頭無泥包現象；該井第二次開鉆只使用了1個牙輪鉆頭，鄰井一般使用2～3個牙輪鉆頭；鉆井速度明顯提高。

在車峰5井試驗成功后，快速鉆井液技術又在車峰6、車峰7、車峰031、車排1、紅光4、沙門1和石橋1等井進行了推廣應用，使用快鉆劑前后提高機械鉆速的對比情況如圖1所示。

圖1表明使用快鉆劑的井機械鉆速明顯提高，其中車峰7井的鉆速高達26.9 m／h；在泥巖、砂泥巖井段能夠平均提高機械鉆速達60%以上，有效解決了車—拐地區白堊系、侏羅系、三疊系等巖層易垮塌、易縮徑阻卡、易鉆頭泥包、摩阻大、鉆速慢等問題，顯著降低了鉆井綜合成本。

表3 車峰5井鉆井液性能實驗測試結果表

圖1 使用快鉆劑與未使用快鉆劑的機械鉆速對比圖

石橋1井使用快鉆劑不僅提高了鉆速，而且鉆進中及時發現了天然氣層，這與快鉆劑的防堵塞、及時發現和保護油氣層的特性是有密切關系的。

4 結論

1）KSZJ快鉆劑與車—拐地區現場常用的鉆井液體系配伍性好，對鉆井液常規性能基本無影響。用其配制快速鉆井液的潤滑性能和抑制性能顯著提高，抗溫達160℃，抗鹽10%，鉆屑回收率超過80%。

2）現場應用表明，快速鉆井液性能穩定，使用后其固相含量相對減少，鉆屑變硬變粗，無鉆頭泥包，井壁穩定，摩阻和扭矩減小，轉速增大，機械鉆速提高，使用快鉆劑的井機械鉆速較鄰井平均提高60%以上，明顯減少了井下復雜情況，顯著降低了鉆井風險和綜合成本，對及時發現該區油氣資源和保護油氣儲層也起到了良好的作用。

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［4］張艷娜，孫金聲，王倩，等.國內外鉆井液技術新進展［J］.天然氣工業，2011，31（7）：47－54.

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Research and application of fast drilling fluids：A case study of Chepaizi－Zhongguai area in the Junggar Basin

Zhang Wei，Yang Hong，Jiang Xueguang，Ji Chuanxin，Peng Songqiao
（Exploration Department of Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 2，pp.60－62，2／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

This paper aims to solve many problems which easily occur in the drilling process in the Chepaizi－Zhongguai area of the Junggar Basin，such as wellbore collapse，a relatively high content of solid phase in the drilling fluids，bit balling，low penetration rates，etc.Thus，based on an optimized fast drilling additive，a fast drilling fluid system is developed.An evaluation and analysis shows that this fast drilling additive of KSZJ has a good compatibility with the on－site drilling fluids and can improve the lubrication and inhibition performance because it is easily adsorbed at the surface of drilling string，borehole wall，and drilling cuttings.Field application shows that this developed fast drilling fluid system has many good advantages including strong inhibition performance，steady properties with heat resistance up to 160℃，salt tolerance degree of 10%，and cuttings recovery rate of over 80%，as well as anti－sticking，anti－sloughing and anti－bit balling，a high drag reduction efficiency，and a high penetration rate.Compared to the neighboring wells，the average ROP of this pilot well with the developed fast drilling fluid system was enhanced by more than 60%，meanwhile the complicated downhole accidents were significantly reduced and drilling risk and comprehensive cost were decreased to a high degree.With all the above good results obtained，this newly developed fast drilling fluid system plays an important role in tapping more hydrocarbon resources timely and protecting reservoirs reasonably in this study area.

Junggar Basin，Chepaizi－Zhongguai area，fast drilling additives，fast drilling fluid system，adsorption，lubrication，inhibition，ROP

張偉，1967年生，高級工程師；1988年畢業于原江漢石油學院；現任中國石油新疆油田公司勘探公司副經理，主要從事石油地質研究與勘探現場管理工作。地址（834000）新疆維吾爾自治區克拉瑪依市天山路110號。電話：（0990）6887259。E－mail：zhangw－xj＠petrochina.com.cn

張偉等.快速鉆井液技術的研究與應用——以準噶爾盆地車排子—中拐地區為例.天然氣工業，2012，32（2）：60－62.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.014

2011－09－30 特約編輯 楊 斌編輯 居維清）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.014

Zhang Wei，senior engineer，born in 1967，is mainly engaged in petroleum geological studies and on－site management of oil exploration fields.

Add：No.110，Tianshan Rd.，Karamay，Xinjiang 834000，P.R.China

Tel：＋86－990－6887 259 E－mail：zhangw－xj＠petrochina.com.cn