高黏低固相鉆井液體系研究與應用

黃旭平，韓成福，陳明勇 (中石油川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西 西安 710018)

目前，中國逐步對水平穿越大段泥頁巖相關的鉆井液防塌及井壁穩定機理加強研究，但普遍認為應該以物理防塌為主，封堵抑制為輔，所以導致各復雜區域施工井鉆井液密度逐年升高[1,2]。近年來，隨著水平井的增多，在鄂爾多斯盆地多個構造水平段穿越長段泥頁巖時，發生了不同程度的井壁失穩，以致無法保證安全鉆進，成為制約鉆井提速的瓶頸[3,4]。近期，在位于長慶油田隴東伊陜斜坡多口水平氣井水平段應用高黏低固相鉆井液技術，通過對井壁穩定新技術研究和探索，創優效果明顯。

1 隴東氣田氣井水平段鉆井技術難點

圖1 山西組石英砂巖巖屑放大對比圖

目的層埋藏較深，井底溫度高。目的層山西組埋藏較深，垂深一般在4200～4300m之間。目的層鉆進過程中，井底溫度在120～130℃，高溫對鉆井液性能的影響大。山西組可鉆性差，施工周期長。山西組砂巖中石英含量高(圖1)，導致鉆頭磨損嚴重，單只鉆頭進尺少，起下鉆頻繁，鉆井周期長導致鉆井液維護難度大。水平段滑動頻繁，滑動進尺和純鉆時間長。近水平段氣層薄，泥巖鉆遇率高，軌跡調整頻繁，定向鉆進段多，5%的滑動進尺占用了20%的鉆進時效，長時間的滑動對鉆井液潤滑性能要求高。水平氣井完井方式多采用裸眼封隔器，井下安全要求高。因隴東水平氣井目的層較深，常規完井方式不能滿足試采需求，因此采用裸眼封隔器或懸掛尾管固井的方式完井，對井下安全、井眼軌跡、鉆井液性能要求高。

2 關鍵處理劑優選及性能評價

2.1 防塌封堵劑線性膨脹率測試

圖2 不同防塌封堵劑線性膨脹率測定

通過測量幾種防塌封堵劑的線性膨脹率變化，優選出主要防塌封堵劑。測試結果如圖2所示，3%FT-342和3%SFT-1的線性膨脹率最低，分別為38%、27%，綜合考慮抗溫、抗鹽能力，優選SFT-1為主要防塌封堵劑。

2.2 聚合物降濾失劑效果對比

鉆井液基漿：清水+0.2%聚陰離子纖維素PAC+0.1%燒堿+6%瀝青粉SFT+2%磺化酚醛樹脂SMP-2+4%超細鈣ZDS +10%重晶石。分別加入降濾失劑JMP-1、SH-1、JT-1進行試驗對比(表1)，SH-1的降濾失量效果最好，同時SH-1的表觀黏度最高，因此優選出SH-1作為成膜類降濾失劑。

表1 聚合物類降濾失劑降濾失性能評價

2.3 封堵性能優化

圖3 加入聚合物后泥餅對比圖

采用不同粒徑軟性粒子填充，在防塌同時形成優質泥餅，提高滑動施工效率。提高SFT質量分數，由常規的3%～5%提高至6%～8%。將瀝青、超細鈣、酚醛樹脂的質量分數由1∶1∶1調整到2∶1∶1。復配納米級石墨和超細鈣加強封堵，聚合物類膠體填充空隙，同時形成一層疏水的高分子膜，從而起到降摩減阻作用。圖3是加入聚合物后泥餅對比圖，體系中加入不同分子鏈聚合物在鉆井液中形成立體網狀膜結構，且隨著加量的增加，形成的膜結構更加致密，提高致密柔韌性，降低鉆井液滲濾作用。

2.4 體系配方確定

根據測試對比結果，確定配方為：清水+0.1%燒堿+0.2%聚陰離子纖維素PAC+0.2%提切劑XCD+0.2%降濾失劑SH-1+6%瀝青粉SFT-1+2%磺化酚醛樹脂SMP-2+4%超細鈣ZDS+重晶石。

2.5 滾動回收率分析

稱取粒徑為0.9～2.0mm的石千峰頁巖50g分別與高黏低固相鉆井液、聚磺鉆井液、復合鹽鉆井液混合，在130℃×16h條件下熱滾老化，用孔徑0.45mm篩網回收，100℃下烘干4h，冷卻稱量計算一次滾動回收率，用清水重復試驗并計算二次滾動回收率，結果如表2所示。高黏低固相鉆井液泥頁巖滾動回收率遠高于聚磺體系，略低于復合鹽體系，具有較強抑制水化分散能力。

表2 3種鉆井液體系泥頁巖滾動回收量及回收率

2.6 熱穩定性分析

測試高黏低固相鉆井液熱滾前后的性能，結果如表3所示。在室溫下具有較好的流變性能和較低的濾失量，在130℃老化后，其表觀黏度、塑性黏度、動切力稍有降低，但濾失量表現良好，該體系具有良好的熱穩定性。

表3 120℃滾動前后熱穩定性對比

3 高黏低固相鉆井液體系的應用

圖4 2種鉆井液體系應用對比

圖5 隴東氣田水平段鉆井參數對比

1)與聚磺有機鹽體系對比(圖4)，在同區域施工井中高黏低固相鉆井液密度保持穩定(1.09～1.16g/cm3)，漏斗黏度高(60～75s)。

2)在隴東氣田多口井水平段應用中，高黏低固相鉆井液體系有效弱化塌漏矛盾。水平段機械鉆速提高51.98%(圖5)。

4 結論與建議

1)高黏低固相鉆井液體系通過材料優選、配方優化逐步形成一套成熟體系和配套技術措施，有效地提高了機械鉆速。

2)通過配方調整提高封堵防塌能力，從而解決塌漏矛盾。

3)優選乳化瀝青，納米級石墨等軟性粒子填充形成泥餅，復配不同分子鏈的聚合物，有效封堵護壁。

4)高黏低固相鉆井液根據其特性，值得在塌漏共存區域通過改善泥餅加強封堵降低鉆井液密度來解決此矛盾。