聚醚多元醇鉆井液技術在梁X15井的應用

王春雷，宋碧濤，孫紅雨，楊小敏

（1.中國石化石油工程公司江蘇分公司，江蘇揚州 225009；

2.中國石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇揚州 225009）

梁X15井是江蘇油田部署于江蘇省東臺市梁垛鎮高姚村的一口施工難度較大的預探井，鉆探目的主探K2t1、E1f3，兼探E1f1含油氣情況。本井設計最大井斜 50.13°，斜深 3 511.34 m，垂深 2 850 m，水平位移1 578.05 m，井身軌跡直-增-穩-增-穩，穩斜段（50.13°）長達1 500多米。針對該井的工程情況以及本區塊巖性較為復雜的特點，經過室內研究和配方優選，本井采用聚醚多元醇鉆井液體系。現場應用施工順利，無復雜情況。

1 地質工程簡況

1.1 地質特點

該區塊地層發育齊全，依次鉆探第四系東臺組、新近系鹽城組、古近系三垛組和阜寧組、白堊系泰州組和浦口組，且上部鹽城組、三垛組主要以棕紅色以及灰綠色泥巖為主，蒙脫石含量高，極易水化造漿，上部井段易縮徑、易泥包；下部阜寧組、泰州組以及浦口組以深灰色泥巖和細、粉砂巖為主，灰色泥巖性脆極易剝落垮塌，砂巖滲透性好易形成厚泥餅。

1.2 工程概況

該井一開使用Ф425鉆頭鉆至井深83 m，下入Ф339.7 mm表層套管至井深82 m；二開使用Ф311 mm鉆頭鉆至井深1 485 m，下入Ф244.5 mm技術套管至井深1 481.25 m；三開使用Ф216 mm鉆頭鉆至井深3 473 m，因未鉆遇油層，接通至裸眼完井。該井實際完鉆井深 3 473 m（斜深），最大井斜51.58°×2 950.05 m，造斜點：1 000 m，水平位移1 404.27 m。

2 鉆井液技術難點

2.1 流變性控制

流變性與坂土含量、相關處理劑、化學環境及體系的熱穩定性有著密切的關系。在實際應用中采取的方法是控制合適的坂含，認清化學環境，選擇相匹配的高效處理劑，使體系具有良好的熱穩定性來達到穩定流變性的目的[1]。該區塊上部鹽城組、三垛組極易造漿，稍有不慎即會對鉆井液造成極大的污染。而上部井段基漿性能如若不控制在合理的范圍內，勢必會對下步施工造成極大的困擾。

2.2 井壁穩定

井斜的增大勢必增加了地層坍塌的風險，且該區塊巖性復雜，鉆井液必須有效對地層微裂縫進行封堵以及控制泥頁巖水化分散、膨脹，從而降低坍塌風險，絕不能單一的從密度方面考慮來保持井壁穩定。

2.3 潤滑防卡

本井的井身軌跡決定了施工過程中粘卡的風險極大，要求鉆井液必須保證合理的流變性能、優質的泥餅質量以及優良的潤滑性能，否則大段鉆具將會陷進沉積的巖屑和泥餅里，發生粘卡，造成井下復雜。

3 聚醚多元醇的室內評價試驗

聚醚多元醇利用其濁點效應來起到改變鉆井液性能的目的：當井溫低于其濁點溫度時，聚醚多元醇呈水溶性，其表面活性使其吸附于鉆具和固體顆粒表面，抑制泥頁巖水化分散，降低鉆具的扭矩和摩阻，防止鉆頭泥包；當井溫高于其濁點溫度時，多元醇從鉆井液中析出，形成類似油相的分子膜，吸附于井壁和鉆具上，從而使鉆井液的潤滑性大大增加，同時參與泥餅的形成，封堵巖石孔隙，阻止水分進入地層，實現穩定井壁的作用[2]。

表1 聚醚多元醇（JMC-60）在不同溫度條件下的回收率試驗

3.1 抑制性評價

優選EO/PO比例合適的聚醚，配以適當聚乙二醇，配制濁點溫度在55～65℃的聚醚多元醇JMC-60，篩選相適應的消泡劑XP-T20，采用巖屑滾動回收率考察其抑制粘土水化分散抑制能力，從表1可以看出，JMC-60在KCl的作用下，在不同溫度下均體現出非常優良的抑制頁巖分散能力，而且隨著溫度升高，其回收率有增加趨勢，其二次相對回收率為100%，表明聚醚多元醇和KCl復合作用在泥巖上，形成了更強的結構，進一步降低了其繼續水化分散的能力。

鉆井液配方優化實驗結果（見表2），可見聚醚多元醇JMC-60能較大幅度抑制粘土水化分散，且在較低濃度的K2CO3的協同作用下，其抑制性可進一步增強，而不必使用過高的KCl或K2CO3濃度，以減輕氯離子的副作用。

3.2 抗溫性評價

通過大量室內實驗，調配出綜合性能優異的聚醚多元醇鉆井液配方：5%基漿+0.3%MMCA+0.5%NH4HPAN+0.3%LV-CMC+2%JMC-60+0.2%XPT20+0.5%KCl+2%QS-4+2%OSAM-K；使用Fann50L高溫高壓流變儀測試其在不同溫度條件下的流變性能，使用OFI公司的WTF170-50高溫高壓動濾失儀測試不同溫度情況下的濾失性能，實驗結果（見表3）。可以看出，隨著溫度的升高，聚醚多元醇鉆井液粘度呈現先降后升再降低的過程，而隨著溫度的升高，聚醚多元醇逐步從液相中析出，參與泥餅的形成，高溫高壓失水量呈現逐步降低的趨勢，有利于降低因濾液侵入導致的泥頁巖井壁失穩問題。

3.3 潤滑性評價

圖1 聚醚多元醇加入井漿后高溫高壓下潤滑性評價

為了考察聚醚多元醇在高溫高壓下的潤滑性改善效果，使用現場鉆井液，加入3%的聚醚多元醇JMC-60，使用LEM4100HPHT潤滑性測試系統開展了相關測試。試驗所用井漿為聯38-1井2 500 m處鉆井液，未添加植物油、乳化石蠟等潤滑劑。鉆井液密度為1.25 g/cm3，測試溫度為室內慢慢升高到160℃，升溫過程控制在2 h，測試鋼-鋼摩擦的軸向壓力為150 kgf，鉆井液在測試系統中循環流動，保持壓力3 MPa，測試時旋轉速度定在60 r/min，模擬正常鉆進過程中鉆具所受的摩擦力。其摩擦系數隨溫度的變化（見圖1），可見隨著溫度的升高，聚醚多元醇逐步從液相中析出，形成油相潤滑膜，其潤滑性逐步顯現，達到濁點溫度之上后潤滑性能穩定。

表2 聚醚多元醇鉆井液抑制性評價

表3 聚醚多元醇鉆井液綜合性能評價

4 現場應用

4.1 二開段：東臺組至鹽城組（86～1 487 m，鉆頭直徑311 mm）

為保證全井鉆井液優良的流變性能，全井就樹立控制將鉆井液的坂含固含控制在合理范圍內。為保證基漿良好的性能，本井清水一開，二開用土粉1.5 t配漿80 m3，充分水化，使用水化好的土粉漿進行二開。

本井段上部鹽城組主要為土黃色泥巖，極易污染泥漿，且極易發生縮徑現象。實鉆過程在500 m開始添加K2CO3，逐步補充鉀離子，增強鉆井液對上部井段泥巖的造漿控制，在900 m開始添加聚醚多元醇JMC-60，在1 500 m之前按照200 kg/d的速度添加，保持聚醚多元醇在鉆井液中的含量達到2%左右，增強鉆井液的抑制能力。同時大小分子聚合物配制成膠液正常維護，此外在實鉆過程中注意觀察循環槽鉆井液流型的變化，聚醚的加入往往會引起鉆井液中氣泡的增多，在現場應用過程中，加入聚醚的同時應加入一定的消泡劑XPT-20，同時要注意加藥的速度和區域。此外，加入聚醚后根據進尺補充一定量的聚合物和銨鹽進行護膠和調整流型。同時工程上要相互配合，每鉆進150 m進行短起下鉆，每次起下鉆完，開泵一定要緩慢。由于鹽城組較長，定期檢查清錐形罐和除砂罐，及時進行清理以降低有害固相含量。本井設計1 000 m開始定向，在311 mm的大井眼定向，做到上述鉆井液要點也基本滿足定向鉆進，同時采用螺桿加牙輪鉆頭的鉆具組合在一定程度上也有利于定向鉆進。

4.2 三開：三垛組～浦口組（1487～2323 m，鉆頭直徑216mm）

本井段三垛組巖性主要為棕紅色泥巖和暗棕色泥巖，地層易造漿，縮徑，要求鉆井液有很強的抑制性。三開鉆進中繼續補充JMC-60，1 500 m之后由于井斜增加，為降低摩阻，方便滑動鉆進，聚醚多元醇加量調整到800 kg/d，并根據現場鉆速的情況適當補充，保持聚醚多元醇在鉆井液中的含量達到2%左右,并配加適量NH4-HPAN、K2CO3，增強鉆井液的抑制性能和流變性能，控制棕色泥巖的造漿。嚴格控制鉆井液濾失量，減少濾液侵入地層。

本井下部井段阜寧組至浦口組巖性主要為灰色、深灰色、黑色泥巖且大井斜段均處于該段地層。較大的井斜不但增加了地層垮塌的風險，而且大段鉆具處于該井段進行定向復合鉆進。因此該段從提高鉆井液的抑制性、封堵性、防塌性以及潤滑性入手。進入阜寧組前調整好鉆井液性能，及時補充防塌劑進行防塌預處理，鉆進過程中，要間斷性的補充防塌劑并采用多種防塌劑協同作用封堵地層，增強鉆井液的封堵以及防塌效果。隨著井深井溫的增加，聚醚多元醇聚醚表現出一定的油溶性，吸附于井壁，使井壁潤濕反轉。鉆進過程中根據井下摩阻情況及時補充聚醚多元醇，維持2%～3%的量，提高鉆井液的潤滑性能，適當使用消泡劑控制好起泡，鉆進過程中定向復合鉆進較為順利。

4.3 應用效果評價

（1）聚醚多元醇鉆井液具有良好的抑制性，在本井上部造漿嚴重的鹽城組三垛組井段鉆進過程中，因為試用的離心機輔機燒毀兩次，固控不完善，但鉆井液性能基本穩定，返出的巖屑均勻、內部干燥，測得坂含未明顯上升；（2）井壁穩定性良好，通過聚醚多元醇復配有機硅腐殖酸鉀防塌劑保證了本井下部地層的穩定，返出巖屑未見明顯掉塊，全井未出現劃眼復雜現象；（3）利用聚醚多元醇的濁點效應，鉆井液潤滑防粘性良好，本井摩阻控制在可以接受的范圍內。

表4 梁X15井般含分析與摩阻數據

5 結論與認識

在本井所采用的聚醚多元醇鉆井液體系經現場應用顯示，該體系鉆井液抑制性突出，懸浮穩定性好，體系失水小，潤滑性滿足大斜度長穩斜段的鉆進，隨著聚醚含量增加，鉆井液出現了靜切力較大、流型變差的現象，但起下鉆開泵都很順利，說明該體系鉆井液觸變性較好，適合中深井的使用。

[1]鄢捷年.鉆井液工藝學[M］.北京：石油大學出版社，2000.

[2]呂開河，邱正松，徐加放，等.聚醚多元醇鉆井液研制及應用[J］.石油學報，2006，27（1）：101-105.