甲酸鉀鉆井液體系的應(yīng)用

李永超

摘要：針對乍得Bongor盆地地層水敏性強(qiáng)，泥巖易縮徑，頁巖易垮塌的特點(diǎn)，采用甲酸鉀（PFA）鉆井液體系提高對泥頁巖的抑制、防塌能力，增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性。現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，甲酸鉀體系的配制及維護(hù)方法簡單，性能優(yōu)越，成本適中，井壁穩(wěn)定性好，井徑擴(kuò)大率僅為2.25%。

關(guān)鍵詞：Bongor盆地 泥頁巖 井壁失穩(wěn) 甲酸鉀 抑制 防塌

0 引言

乍得H區(qū)塊是中國石油天然氣集團(tuán)公司（簡稱“中國石油”）在海外面積最大的高風(fēng)險(xiǎn)勘探區(qū)塊， Bongor盆地是H區(qū)塊內(nèi)一個(gè)完整的沉積盆地[1]， 每年在這里施工的油井有百余口。由于該地區(qū)地層中水敏性強(qiáng)的泥頁巖較多，而原有Bio-Pro體系的抑制、防塌能力又有所不足，導(dǎo)致井壁縮徑、掉塊問題嚴(yán)重，時(shí)常出現(xiàn)起鉆超拉、井壁垮塌的情況，一旦處理不當(dāng)很可能造成卡鉆、鉆具被埋等更加嚴(yán)重的事故。甲酸鉀是一種新型的泥頁巖防塌抑制劑，以甲酸鉀為基液配制而成的甲酸鉀鉆井液體系具有防塌抑制能力強(qiáng)、流變性能優(yōu)越、降失水能力好等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文著重介紹了甲酸鉀鉆井液體系在乍得Bongor盆地Pavetta-1井的現(xiàn)場使用情況，將其與使用Bio-Pro體系的Baobab NE-22等其它三口井進(jìn)行了對比，并對甲酸鉀鉆井液體系在該地區(qū)的鉆井液技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。

1 甲酸鉀作用機(jī)理

甲酸鉀的作用機(jī)理主要有四點(diǎn)：離子交換，K+可以置換出蒙脫土中的Na+形成不易膨脹分散的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；晶格固定，K+的大小剛好嵌入伊利石相鄰晶層間氧原子網(wǎng)格形成的空穴中，形成鍵合，從而限制了相鄰晶層的膨脹和分離；電荷中和，甲酸鉀溶液中離子濃度高，能夠壓縮粘土膠體顆粒雙電層，使粘土負(fù)電性大大減弱，水化膨脹能力降低；低活度，加入甲酸鉀后會減少鉆井液中的自由水，產(chǎn)生一定的滲透壓差，有利于阻止壓力傳遞到泥頁巖中，從而抑制泥頁巖水化膨脹、分散[2-6]。

2 鉆井液工藝技術(shù)

2.1 配制工藝

配方：水+0.5～1.0%土粉+0.1～0.2%NaOH +1～1.5%PAC-LV+0.05～0.1%XC+5%PFA+BaSO4。

工藝一：向罐中打入適量清水，將一個(gè)罐獨(dú)立，在其中將配漿所需PFA全部加入。在其他罐中打入適量清水后依次加入0.5～1.0%土粉、0.1～0.2%NaOH、1～1.5%PAC-LV。將二者均勻混合，充分?jǐn)嚢瑁尤?.05～0.1%XC，測量性能符合要求后將鉆井液加重至要求密度。

工藝二：保留一開所用5%的土漿10～15m3，用水稀釋至70～120m3，攪拌均勻，依次加入0.1～0.2%NaOH、1～1.5%PAC-LV。在一個(gè)單獨(dú)的罐中加水30m3，將配漿所需PFA全部加入。余下步驟同工藝一。

2.2 維護(hù)處理工藝

2.2.1 鉆進(jìn)至R層鉆井液的維護(hù)

膠液配制：水+0.8～1.2%NH4HPAN+1～1.5%PAC-

LV+5%PFA+0.05～0.1%NaOH+0.05～0.1%XC+0.3～0.5%K-PAM。正常鉆進(jìn)中保證PFA、K-PAM有效含量，確保鉆井液的包被、抑制性。前期盡量保持較低的固含及般含，為后期保留出足夠的空間。

2.2.2 鉆進(jìn)至K層鉆井液的維護(hù)

膠液配制：水+ 0.5～1% NH4HPAN + 0.5～1.0%PAC-LV +5%PFA+0.05～0.1%NaOH+0.3～0.5%K-PAM+1～2%PolycoL-I+BaSO4。隨著井深的增加逐步減少NH4HPAN和PAC-LV的加量，并適時(shí)加入Polycol-I，加強(qiáng)封堵能力，降低失水，同時(shí)控制合理密度、保證抑制性。

2.2.3 鉆進(jìn)M層鉆井液的維護(hù)

膠液配制：水+0.5～1.0%NH4HPAN+0.5～1.0%PAC-

LV+5%PFA+0.05～0.1%NaOH+0.3～0.5%K-PAM +1.5～2%Polycol-I+1～1.5%SMP-I+1～1.5%SPNH +BaSO4。根據(jù)地層及巖性的變化，可適當(dāng)增加PFA、K-PAM的加量，進(jìn)入M層之后向泥漿中補(bǔ)充SMP-I和SPNH進(jìn)一步降低失水，改善泥餅質(zhì)量，加強(qiáng)封堵能力。

2.2.4 鉆進(jìn)至P層鉆井液的維護(hù)

膠液配制：水+0.5%PAC-LV+5%PFA+0.05～0.1%

NaOH+0.1～0.2%K-PAM+1.0%PolycoI-I+1%SMP-I+

1%SPNH+0.2%HFX-101。該段可鉆性較差，鉆時(shí)慢，體系容易受鉆頭重復(fù)切削的影響造成固相含量增加，維護(hù)時(shí)以包被劑和地面固控設(shè)備相結(jié)合。

2.2.5 鉆進(jìn)至基巖層鉆井液的維護(hù)

膠液配制：水+0.5～1.0%PAC-LV +0.05～0.1%NaOH+0.5～1%Polycol-I +1.0 ～1.5%SMP-1。該段以紅色花崗巖為主，地層致密，可鉆性差，平均鉆時(shí)1m/h左右。該段易漏，鉆進(jìn)中以防漏為主。

3 地質(zhì)概況及井深結(jié)構(gòu)

Bongor盆地位于乍得西南部、中非剪切帶中段北側(cè)，是受中非剪切帶影響發(fā)育起來的中一新生代陸內(nèi)裂谷盆地[1]，其構(gòu)造地質(zhì)分層及巖性描述如表3.1中所示。表3.2是Pavetta-1井及其它三口井的井深結(jié)構(gòu)簡介。

4 結(jié)論與建議

①現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，甲酸鉀鉆井液體系的抑制、防塌能力強(qiáng)，流變攜砂性能及降失水能力優(yōu)越，成本合理，井徑規(guī)則，事故率低。

②通過使用甲酸鉀鉆井液體系較好的解決了乍得Bongor盆地強(qiáng)水敏性底地層的縮徑及垮塌問題。

③正常鉆進(jìn)中，嚴(yán)格控制體系的固含和般含，否則增稠效應(yīng)明顯，導(dǎo)致后期粘度切力不易控制，現(xiàn)場可多做小型實(shí)驗(yàn)以確定適合本井的固含和般含。

④本體系中甲酸鉀的含量盡量不低于5%，以保證其具有較強(qiáng)的防塌抑制效果。由于蒙脫石對K+的需求量大于伊利石，因此當(dāng)鉆遇蒙脫石含量較高的地層時(shí)，可適當(dāng)增加甲酸鉀的加量。

⑤使用具有包被抑制能力的聚合物配合甲酸鉀一起使用，利用協(xié)同防塌的機(jī)理，效果比單純使用甲酸鉀要好很多。

⑥甲酸鉀及其它聚合物處理劑應(yīng)以膠液的形式加入，以免造成鉆井液性能大幅度波動。

參考文獻(xiàn)：

[1]竇立榮，肖坤葉，胡勇，等.乍得Bongor盆地石油地質(zhì)特征及成藏模式[J].石油學(xué)報(bào)，2011，32（3）：380.

[2]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].山東東營：中國石油大學(xué)出版社，2001.

[3]王森，陳喬，劉洪，王麗莎.頁巖地層水基鉆井液進(jìn)展[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2013，13（16）：4599.