陽離子烷基糖苷鉆井液在高橋46－118H1井的應用

王忠瑾，司西強，趙 虎，劉 超，謝盛華

(1.中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院，河南濮陽，457001;2.中原油田普光分公司天然氣凈化廠，四川達州，635000;3.中原石油工程有限公司鉆井二公司供應站，河南濮陽，457331)

高橋46－118H1井是部署在鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的一口叢式水平開發井，目的層為古生界二疊系中統盒8下，設計井深4 229 m/垂深3 064 m，實際完鉆井深4 271 m/垂深3 065 m，造斜段長478 m，水平段長1 069 m。鉆進平均機械鉆速為3.41 m/h，地層溫度70～90℃。所采用的鉆井液類型為CAPG鉆井液體系，實際完鉆鉆井液密度為1.30 g/cm3，較好地解決了長水平段鉆井的攜巖帶砂、井壁穩定和潤滑防卡等技術難題。

1 地質和工程概況

1.1 地質巖性描述

高橋46－118H1井轉換CAPG型鉆井液后鉆遇石千峰組合石盒子組實鉆錄井巖性分析如下:2 750～3 117 m:主要巖性為棕紅色泥巖，棕褐色砂質泥巖伴有灰色泥巖和灰色細砂巖等;3 117～4 271 m:主要巖性為灰白色細砂巖，淺灰色細砂巖和深灰色砂質泥巖等。

1.2 工程概況

高橋46－118H1井二開φ177.8 m技術套管自地面下至3 220 m，三開采用φ152.4 mm鉆頭鉆至4 271 m，實施完井，完井下φ114.3 mm套管至4 260 m(2 950～4 260 m)。

2 鉆井液技術難點與施工技術思路

2.1 技術難點

1)井眼清潔難度大。高橋46－118H1井設計水平段1 000 m，井身結構為多級套管組合，表套直徑273.0 mm，環空較大;技套直徑為177.8 mm，環空較小;三開水平段鉆頭直徑為152.4 mm，井眼比較小。鉆井液既要滿足上部大環空低返速下的帶砂能力，又要滿足水平段小井眼排量受限下的攜砂和懸浮固相能力。必須選用合理的鉆井液流變參數和合適的排量，一方面盡可能降低循環壓耗，另一方面保持良好的攜砂和懸浮能力，保持井眼清潔才可滿足鉆井工程的需要。

2)水平井段長，對潤滑性要求高。鉆進過程中扭矩增大、阻卡問題均是由于井眼清潔差而形成的巖屑床、井壁不穩定、鍵槽和壓差過大等因素引起的。當這些復雜情況被排除后，鉆井液潤滑與防卡性能成為關鍵。實際在定向造斜過程中，若隨時更改垂深和位移，會給定向工作帶來了一定的難度，如:由原入A點靶點垂深3 062.76米提前到3 057米，垂深上調5.76米，靶前位移由300米提前到273米，最大狗腿度27.34°/100 m。這就要求鉆井液有更好的潤滑性，能有效地降低摩擦阻力與扭矩。

3)地層巖性交錯，井壁穩定要求高。造斜段地層棕紅色泥巖，棕褐色砂質泥巖伴有灰色泥巖和灰色細砂巖等，巖性變換交錯;水平段鉆遇長段泥巖(3 610～3 891 m)，地層中的泥巖易吸水膨脹剝落、掉塊，對鉆井液的防塌能力提出了較高的要求。

2.2 施工技術思路

1)井眼清潔。根據多級套管組合和長水平井段鉆井需求，采用合理的鉆井液流變參數和合適的排量，鉆井液黏度可控制在40～70 s以內。實鉆過程中，因膨潤土含量偏高造成的鉆井液黏度上升，可適當補充流型調節劑改善鉆井液，提高攜巖帶砂能力。

2)潤滑防卡。APG可以改善泥餅質量，具有較好的潤滑性?？紤]到防塌效果和經濟性評價，從造斜段開始復合使用3%CAPG和3%APG，鉆進過程中，根據地層巖性變化和水平段的加長及時補充，即可滿足鉆井工程的需要。

3)井壁穩定。造斜段及水平段地層巖性變換交錯及部分井段的泥巖地層要求鉆井液具有較好的防塌能力。在泥巖含量較高的層段及時提高鉆井液密度，有效支撐井壁;保持一定濃度的CAPG，通過多羥基吸附拉近黏土和巖石晶片的結構，限制黏土分散，保持鉆井液的抑制能力;復合使用硅甲基防塌劑等材料，提高鉆井液的封堵能力，達到穩定井壁的目的。

3 CAPG鉆井液體系

3.1 APG 鉆井液

APG與水有良好的互溶性，因分子鏈的長短差異抗溫在150～180℃，其水溶液幾乎不受無機鹽的影響。在鉆井液中可增大鉆井液的屈服值和凝膠強度，提高鉆井液的攜巖能力;降低鉆井液的摩擦系數，提高鉆井液的潤滑性;可有效降低鉆井液的水活度，阻止與鉆井液接觸的頁巖水化和膨脹，降低儲層的水鎖效應［1－3］，APG 鉆井液在中原油田的非常規水平井上應用3口井，該鉆井液具有較好地攜巖帶砂、潤滑防卡和抗溫抗污染能力，可滿足長水平段鉆井的施工需要［4］，但抑制性能力有待提高，不能有效解決長段泥頁巖的井壁掉塊問題，且加量大，成本較高。

3.2 CAPG 鉆井液

針對烷基糖苷鉆井液存在的問題，自主研發了新型鉆井液處理劑陽離子烷基糖苷。陽離子烷基糖苷在秉承了烷基糖苷較好潤滑性的基礎上，抑制性能顯著提高，能夠有效解決泥頁巖及砂泥巖等易坍塌地層的井壁失穩問題。CAPG分子本身帶正電，結構上含有一個親油的烷基、三個親水的羥基(—OH)、一個親水的醚鍵(C—O—C)和一個強吸附的季銨陽離子(R1R2R3R4N+Cl－)。抑制機理是多種化學和物理作用的共同體現［5－10］，主要包括:1)靜電吸附成膜及拉緊晶層;2)羥基吸附成膜;3)季銨基團吸附成膜及嵌入去水機理;4)降低水活度;5)形成封固層。從而大大加強了CAPG的抑制能力，保留了APG的潤滑和抗溫抗污染能力，加量顯著降低。同時優選封堵材料，優化體系配方，協同作用解決水平段泥頁巖的井壁穩定問題，在陜北地區進行現場試驗。

4 CAPG鉆井液現場應用

4.1 CAPG鉆井液的配制

CAPG鉆井液配方為:3%CAPG+3%APG+(0.5%～1.5%)降濾失劑 +(2%～3%)封堵劑+(0.6%～1.2%)流型調節劑 +(0.2%～0.4%)燒堿。配制 CAPG鉆井液前，保留老漿120 m3，清理循環罐;按照配方配制新漿CAPG鉆井液60 m3，邊鉆進邊循環均勻，CAPG鉆井液轉換完成，轉換前后鉆井液性能見表1。

表1 CAPG鉆井液轉換前后鉆井液性能

4.2 鉆井液維護處理

4.2.1 流變性控制和井眼清潔

在轉換為CAPG鉆井液后，為了保證造斜段的沖刷帶砂和上部環空的懸浮帶砂，鉆井液應保持合理的流變性，鉆井液的黏度控制在35～60 s，動切力為2～8 Pa，靜切力為1～3 Pa/2～5 Pa較為合理，使用聚合物增黏劑可提高鉆井液的黏度;在膨潤土含量較低的情況下可用生物聚合物黃原膠提高動切力和靜切力，補充APG可提高黃原膠的抗溫穩定性;若下鉆劃眼較多，可用黃原膠或增黏劑HP配置20～30 m3稠塞液清砂。

4.2.2 濾失量和泥餅質量控制

降低鉆井液的濾失量可適當補充降濾失劑，硅甲基防塌劑、瀝青粉等封堵材料也有一定的降濾失效果，也可以改善濾餅質量。補充APG和CAPG可明顯改善泥餅質量。

4.2.3 鉆井液的防塌措施

保持合理的鉆井液密度，有效支撐井壁，是保持井壁穩定的前提，鉆遇泥巖或泥質含量較高的井段可適當提高鉆井液的密度。轉換CAPG鉆井液(轉換井深2 546 m)后密度為1.13 g/cm3，造斜段(造斜井深2 750 m)主要巖性為泥巖，為保證其井壁穩定，密度逐步提高到1.24 g/cm3，中完密度提升至1.26 g/cm3，三開水平段鉆至3 610 m時鉆遇大段泥巖，γ＞180，泥質含量升高，密度提高到1.30 g/cm3。保持≥3%的CAPG含量可有效保證鉆井液的抑制性，在泥巖含量較高的井段補充瀝青等封堵材料可提高鉆井液的封堵能力。

4.2.4 潤滑防卡措施

APG鉆井液潤滑能力強，保持APG和CAPG總量≥6%，隨著水平段的加長，可適當提高濃度，可有效降低鉆井液的摩阻;同時必須加強固相控制，控制鉆井液含砂量≤0.3%，是保障長水平段鉆井工程的需要。

4.3 應用效果

在整個鉆進過程中，鉆井液性能穩定、井下安全、起下鉆暢通無阻、電測及完井作業均一次成功，未出現井下復雜情況，達到了穩定井壁、保護儲層及井下安全的目的，為地質資料的完整錄取和鉆井施工地順利進行提供了技術保障?，F場具體應用效果如下:

1)抑制性強，保障了井壁穩定。保持合理的鉆井液密度，有效支撐井壁，保持≥3%的CAPG含量可有效保障鉆井液的抑制性，及時補充超細鈣和瀝青等封堵材料提高鉆井液的封堵能力。通過降濾失劑降低鉆井液濾失量，提高了井壁穩定性。本井造斜段泥巖和砂質泥巖含量達44%，未出現掉塊等井壁失穩現象。施工過程中CAPG鉆井液較好地解決了的鉆屑水化分散和污染鉆井液的問題，鉆井液性能穩定。應用段鉆井液性能見表2。

表2 高橋46－118H1井應用段鉆井液性能

2)潤滑性好，滿足定向施工，有利于降低循環壓耗、提高機械鉆速。該井水平段為6"井眼，鉆進過程中排量為16 L/s，泵壓為17～19 MPa，起下鉆和拉井壁平均摩阻為7～9 t，二開直井段和定向段共用時26.08 d。比設計提前3.92 d，高橋46－118H1井僅用32.63 d鉆完井深4 271 m，在同區塊屬最快的一口開發水平井。

3)剪切稀釋好、攜巖能力強，保證了井眼清潔。施工過程中，鉆井液性能穩定，流變性好，有較好的攜巖帶砂能力，保證了井眼的清潔。起下鉆正常未出現復雜事故，說明鉆井液具有良好的攜砂能力，將鉆屑及時攜帶出井筒。保證了鉆井過程的快速、安全。

4)有利于油氣層保護和環境保護。CAPG與APG可有效降低鉆井液的水活度，形成理想隔離膜，阻止與鉆井液接觸的泥頁巖水化和膨脹，有效地維持井眼的穩定，降低儲層的水鎖效應，實現對儲層的保護;鉆井液中膨潤土含量低，亞微米固相顆粒含量少，三開使用加重材料為石灰石，有利于酸化解堵，保護儲層。APG及配伍處理劑生物毒性低，可自然降解，環境保護壓力低。

5 結論

1)APG鉆井液體系在攜巖帶砂能力、潤滑能力、濾失造壁性等方面較好，抗溫穩定性較高;CAPG鉆井液體系提高了鉆井液的抑制性，可滿足更多地層長水平段鉆井的需要。

2)CAPG鉆井液技術在高橋46－118H1井水平段的應用較為成功，未出現井下復雜情況?？筛鶕鄳沃贫ㄣ@井液密度，在長段泥巖地層，及時補充CAPG的含量，復合使用超細鈣和瀝青，保障井壁穩定;優化鉆井液配方，對同類材料作經濟性評價，在滿足鉆井工程需要的前提下，降低鉆井液的成本;應進一步加強固相控制，及時清除鉆井液的有害固相，進一步提高機械鉆速。

［1］ 丁彤偉，鄢捷年.新型MEG鉆井液體系的研究［J］.石油天然氣學報，2005，27(6):750－752.

［2］竇紅梅，許承陽.甲基葡萄糖苷－超低滲透鉆井液性能評價［J］.鉆井液與完井液.2006，23(6):36 －38.

［3］劉嶺，高錦屏，郭東客.甲基葡萄糖苷及其鉆井液［J］.石油鉆探技術.1999，27(1):49 －51.

［4］趙虎，甄劍武，王中華，等.烷基糖苷無土相鉆井液在衛383-FP1井的應用［J］.石油化工應用.2012，31(8):6－9.

［5］司西強，王中華，魏軍，等.陽離子烷基糖昔的合成及應用［J］.精細石油化工進展.2011，12(11):27 －30.

［6］司西強，王中華，魏軍，等.鉆井液用陽離子甲基葡萄糖苷［J］.鉆井液與完井液.2012，29(2):21 －23.

［7］Si Xiqiang，Wang Zhonghua，Wei Jun，et al.Study on synthesis of cationic methyl glucoside which was used in drilling fluid［C］.The 243rd ACS National Meeting.Sam Diego:Curran Associates，2012，57(1):102 －103.

［8］司西強，王中華，魏軍，等.鉆井液用陽離子烷基糖苷的合成研究［J］.應用化工，2012，41(1):56 －60.

［9］司西強，王中華，魏軍，等.陽離子烷基糖苷的綠色合成及性能評價［J］.應用化工，2012，41(9):1526 －1530.

［10］王中華.2011～2012年國內鉆井液處理劑進展評述［J］.中外能源，2013，18(4):28 －35.