中拐-瑪南地區鉆井液體系優化與防漏堵漏技術研究

宋波凱 謝建安 阮彪

摘 ?????要： 針對中拐-瑪南地區鉆井地層巖石強度高，可鉆性差，機械鉆速慢;井壁穩定性差，鉆井阻卡多;地層裂縫發育，井漏嚴重等問題，評價優選鉆井液關鍵處理劑，優化鉆井液體系配方;開展漏失機理、堵漏材料的選擇、堵漏材料對易漏層的適應性、防漏堵漏方法及工藝技術研究。研究結果表明，攻關井平均單井漏失量減少145.2 m3（下降53.6%），漏失明顯減少，防漏堵漏取得良好成效。

關 ?鍵 ?詞：鉆井液;防漏;堵漏;中拐-瑪南地區

中圖分類號：TE 28 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）01-0135-06

Abstract： There are some serious well drilling problems in Zhongguai-Manan region， such as poor drillability of high strength formation rock， slow penetration rate of the mechanical drilling， poor borehole wall stability， serious well loss and so on. In this paper， the key treatment agents for drilling fluid was evaluated and optimized， the formulation of drilling fluid system was optimized. And some researches were carried out， such as research of loss mechanism， selection of plugging materials， adaptability of leak proof materials to leaky layer， leak prevention and plugging methods. The results showed that the average single well loss in the well was reduced by 145.2 m3 （53.6%） after using loss prevention and control technology.

Key words： Drilling fluid; Lost circulation control; Plugging; Zhongguai-Manan region

中拐-瑪南地區勘探工作始于20世紀50年代，20世紀70年代二疊系下烏爾禾組、夏子街組油氣勘探獲重大突破，發現了八區“烏爾禾組”油藏和530井區“烏爾禾組”油藏;20世紀90年代二疊系上烏爾禾組油氣勘探取得重大進展，發現了如五區南、克79井、克82井等多個二疊系上烏爾禾組油藏;2011年又發現了金龍2井區塊和金龍7井區塊油藏。2012年瑪湖1井鉆探過程中出現的良好油氣顯示，充分展現了東斜坡勘探巨大的勘探潛力與廣闊的勘探前景。中拐-瑪南地區為準噶爾盆地西部隆起的一個二級構造單元，其范圍北起克百斷裂帶，南抵沙灣凹陷，西到紅車斷裂帶，東至盆1井西凹陷。含油面積451 km2，地質儲量3.39億t，未鉆探圈閉21個，資源量約2億t，是新疆油田重要的勘探開發區域[1，2]。

中拐-瑪南地區上部地層水化分散性強，下部地層易掉塊、坍塌，鉆井阻卡多：侏羅系三工河組、八道灣組泥巖水化分散性強，易擴徑;三疊系克拉瑪依組、百口泉組、烏爾禾組硬脆性泥巖井壁失穩嚴重，易發生掉塊、坍塌，造成鉆井阻卡多。上部地層漏失層段多、漏失壓力低、漏失量大、防漏堵漏難度大，下部地層坍塌壓力高：八道灣組煤層微裂縫發育、底礫巖膠結差、白堿灘上部砂巖地層承壓能力低以及克拉瑪依組夾煤層發育，非均質性強，易反復漏失;三疊系克拉瑪依組、百口泉組砂泥巖井壁穩定性差，地層坍塌壓力高[3]。下部P1f直劈裂縫發育，容易造成失返性漏失。因此，筆者通過對常用鉆井液處理劑、防漏堵漏材料評價研究，優化形成了強抑制防塌鉆井液及防漏堵漏體系配方，保障了長裸眼段井眼穩定，降低了鉆井液漏失。

1 ?強抑制防塌鉆井液體系優化研究

1.1 ?降失水劑的評價與優選

對新疆油田常用的降失水劑進行常溫API失水測定及高溫高壓失水劑測定，見圖1。

從圖1可以看出，各種處理劑在其最優加量下的常溫常壓和高溫高壓條件下的降失水能力相差較大。鉆井液的失水量越低，降失水劑的降失水能力越強。其中，降失水劑Redu1的API失水和高溫高壓失水量均較低，表明降失水劑Redu1的降失水能力為本次評價實驗中8種處理劑中最強，降失水劑 MAN101和JT-888為其次。降失水劑Redu1和MAN101對鉆井液的增黏效果最顯著，其作用機理主要是通過增加鉆井液黏度實現的[4]。SMP-1對鉆井液增黏效果不明顯。

實驗評價表明，提高鉆井液的黏度，可選擇降失水劑Redu1、SY-3、MAN101和JT-888。其中MAN101加量為1%;Redu1加量少時黏度低，要加量至1.5%時才會達到理想的降失水效果，故Redu1加量為1.5%;JT-888的最佳加量為1.5%。

1.2 ?包被劑的評價與優選

聚合物包被劑是一種大分子量的鉆井液添加劑，可以多點吸附在鉆屑或者粘土顆粒上，起到包裹阻水作用[5]。評價方法類似于抑制性評價方法，主要有三種常用方法：線膨脹實驗評價、粒度分布評價和流變性評價[6]。

1.2.1 ?泥巖膨脹實驗

在濃度為0.5%時，不同的包被劑抑制泥巖水化膨脹的效果不同，其中IND10、JB66和FA367的抑制膨脹的效果優于其它的包被劑。FA367、JB66、IND10三種包被劑只有FA367在1%濃度時的膨脹率小于0.5%濃度時的膨脹率，另外兩種包被劑都是在0.5%濃度時膨脹率最小。圖2為濃度為1%的三種包被劑作用下的泥巖膨脹曲線。

從圖2可以看出，在1%濃度下，三種包被劑的膨脹率都隨著時間遞增，在1小時之內膨脹率有個急劇的增加，然后膨脹率趨于平緩;在1%濃度時，FA367的膨脹率最小。

實驗評價表明，針對1%濃度的FA367和0.5%濃度的IND10的膨脹率的大小情況比較可知，包被劑IND10和FA367的抑制泥巖水化膨脹的效果是基本相當的，在1 h以內1%濃度的FA367的膨脹率較小，1 h以后0.5%濃度的IND10的膨脹率較小一些。

1.2.2 ?膨潤土膨脹實驗

膨潤土的膨脹率隨著作用時間的增加而遞增，濃度為0.5%和1%的包被劑FA367對膨潤土的包被抑制作用相當，說明FA367包被抑制膨潤土的最優加量為0.5%。濃度為0.5%和1%的IND10作用下巖樣膨脹率在16 h前幾乎相當，濃度為1%的IND10作用24 h后的膨潤土的膨脹率最小。不同濃度的JB66在膨脹初期的膨脹率相當，但隨著作用時間的增加，濃度為1%的JB66的包被效果好。0.2%濃度的包被劑抑制水化的效果一般，而相對于1%濃度的包被劑，0.5%介于0.2%和1%之間，更具有參考價值。圖3為濃度為0.5%的各種包被劑作用下的膨潤土膨脹曲線。

從圖3可以看出，在0.5%濃度下的不同包被劑的抑制水化的效果不同，在16小時以前IND10和PMHA-2的抑制膨潤土膨脹的效果相當，比80A51、JB66、MAN104的效果要好，相對于IND10和PMHA-2，FA367從1 h以后比所有的包被劑的抑制效果都要好，而且在16 h以后，效果遠遠優于其他的包被劑。

實驗評價表明，包被劑FA367抑制膨潤土的最優加量為0.5%，而包被劑IND10抑制膨潤土的最優加量為1%，濃度為0.5%的FA367對膨潤土的包被作用優于濃度為1%的IND10。

1.3 ?抑制劑的評價與優選

針對KCl、NaCl、CaCl2、Weigh2、Weigh3和SIAT等常用抑制劑開展評價實驗，先評價篩選出各處理劑抑制分散及抑制膨脹的最優加量，對比最優加量條件下各處理劑的抑制能力，然后開展各抑制劑對瑪湖凹陷易失穩地層巖樣的抑制能力評價（表1）。

1.4.2 ?抗污染能力評價

鉆井過程中，容易出現鹽、鈣及鉆屑污染情況，優化出的鉆井液體系必須具備較強的抗鹽、抗鈣及抗鉆屑污染的能力[8]。因此，開展了鉆井液體系的抗鹽、抗鈣及抗鉆屑污染能力的室內評價實驗。

（1） 抗鹽能力評價

實驗測試了NaCl的加量分別為2%、5%、10%、15%、20%和25%時的鉆井液體系流變性能和失水造壁性數據，見圖4。圖4中左圖為黏度與NaCl濃度的關系，右圖為API失水與NaCl濃度的關系。可以看出，在NaCl的加量達到10%以后，鉆井液的黏度有明顯的上升，其API失水量也有明顯的增大趨勢，表明該鉆井液配方可抗鹽10%左右。

（2）抗鈣能力評價

實驗評價了CaCl2的加量分別為0.5%、1.0%和1.5%時的鉆井液體系流變性能和失水造壁性數據，見圖5。

圖5中左圖為黏度與CaCl2濃度的關系，右圖為API失水與CaCl2濃度的關系。可以看出，加入CaCl2后，鉆井液的黏度明顯降低，其API失水量也有明顯的增大趨勢，表明該鉆井液配方抗鈣能力較弱，大約為0.5%左右。

（3）抗鉆屑污染能力評價

實驗測試了鉆屑濃度分別為3%、5%、7%、9%、11%、13%和15%時的鉆井液體系流變性能和失水造壁性數據，見圖6。

圖6中左圖為黏度與鉆屑濃度的關系，右圖為API失水與鉆屑濃度的關系。可以看出，在鉆屑濃度為9%以前，鉆井液的黏度均變化較小，其API失水量變化較小且小于5 mL，表明該鉆井液配方可抗鉆屑濃度9%左右。

2 ?防漏堵漏技術研究

2.1 ?防漏堵漏材料評價與優選

2.1.1 ?隨鉆類堵漏劑優選評價實驗

選取隨鉆堵漏劑JCM-12、SD-601、TP-2、TP-6、APSEAL進行隨鉆堵漏室內評價實驗。該5種隨鉆堵漏劑90%以上可通過60目篩布，60%以上可通過80目篩布，取其復配進行堵漏效果評價實驗，見表5。

從表5可知，隨鉆堵漏劑JCM-12的加量超過2%，無更加明顯的封堵作用，最優加量為2%。SD-601、TP-2、TP-6、APSEAL的最優加量最高為3%，超過3%后堵漏效果無明顯增加。

2.1.2 ?封堵類材料優選評價實驗

因此，在鉆遇易漏地層之前提前加入3%左右KH-n或SDH，增強鉆井液的封堵造壁能力，預防井漏的發生。

2.1.3 ?凝膠類堵漏劑評價實驗

選取凝膠堵漏劑APGEL、APSORB、ZND-2、ZL進行室內評價實驗。其中屏蔽膜凝膠堵漏劑APSORB粒徑≥100目，在泥漿中吸水膨脹而不溶解，形成柔性凝膠粒子，其具有良好的變形性，且對鉆井液粘度影響較小，柔性凝膠粒子自身、凝膠與固相顆粒形成屏蔽膜堵漏。結構型凝膠堵漏劑APGEL，其工作液具有很強的剪切稀釋能力，粘切強，在靜止和低剪切下具有高強度、高粘度和高彈性，該凝膠是無固相流體，自聚集性好，能自動根據漏失層壓差大小，依次進入不同裂縫大小的漏失層，因而可一次完成對多處漏層的封堵[9]。評價效果見表7。

從表7可以看出，單獨使用凝膠封堵時承壓能力有限，這是因為凝膠堵漏主要靠凝膠與砂床孔隙之間的粘滯阻力，且砂床的厚度有限，所以阻力不大，導致阻力不足以承受較大壓力。

2.1.4 ?體膨型顆粒評價實驗

利用體膨顆粒吸水后體積膨脹和彈塑性變形的特點，針對環瑪湖區塊引入水化延時體膨堵漏材料。克服了橋接堵漏時架橋骨架在正、負壓差作用下容易破壞的缺陷，具有遇水延時膨脹特性。隨著與鉆井液接觸時間的延長，該材料會吸水膨脹至原體積的數倍，使“封堵墻”更加致密、緊湊，與裂縫間的摩擦阻力進一步加強，“封堵墻”在正、負壓差作用下的抗破壞能力增強[10，11]。

體膨顆粒進入漏失通道后開始膨脹，其較高的體積膨脹倍數，對漏層起到擴張填充和內部擠緊壓實的雙重作用，進一步堵塞漏失通道，且不易被返排出來[12]。

從圖7實驗數據可知，體膨顆粒在清水和5%KCl溶液中開始的30 min膨脹率不大，之后膨脹率隨時間增大，7～8 h后不再膨脹。

2.2 ?隨鉆防漏技術研究

2.2.1 ?凝膠與隨鉆復配堵漏效果評價

凝膠中復配隨鉆堵漏劑后，封堵能力有所提高。這是因為加入固體顆粒后，在砂床空隙處架橋，加上凝膠本身的粘滯力，提高了封堵能力。APSORB復配封堵的效果最好。

2.2.2 ?隨鉆堵漏劑復配效果評價

隨鉆堵漏劑SD-601和TP-6的復配效果最好。凝膠堵漏劑單劑中APSORB的效果最好，隨鉆堵漏劑中TP-2和APSEAL的效果最好，凝膠堵漏劑與隨鉆堵漏劑在20目～40目的沙床評價試驗中APSORB和APSEAL的復配效果最好，60目～80目的沙床評價試驗中APSORB和APSEAL復配、APSORB和TP-2復配的效果更優。

2.3 ?橋塞堵漏技術研究

4 ?結 論

（1）對常用鉆井液處理劑進行室內評價研究，優選出降失水劑、包被劑類型和加量;開展各類抑制劑泥巖水化分散、水化膨脹室內評價實驗研究，優選出適合不同地層的抑制劑類型和加量。通過對鉆井液體系性能綜合評價研究，形成了適合中拐-瑪南地區的鉆井液體系配方。

（2）基于多元協同井壁穩定理論，研究抑制劑與瑪湖凹陷失穩地層作用機理，應用協同增效方法，研發出氯化鉀、聚胺和有機鹽為組合抑制劑的高性能鉀基聚胺鉆井液體系，保障了大段泥巖的井壁穩定。

（3）對常用堵漏劑進行室內評價研究，優選出隨鉆堵漏劑、封堵類材料以及凝膠堵漏劑類型和加量;通過堵漏復配研究，優化形成了合適的堵漏配方。

（4）結合室內實驗和防漏堵漏鉆井液現場實踐，形成了鉆井液防漏、隨鉆堵漏、停鉆堵漏、承壓堵漏工藝技術，提出了適合中拐-瑪南地區的防漏堵漏對策。攻關井平均單井漏失量減少145.2 m3（下降53.6%），漏失明顯減少，防漏堵漏效果顯著。

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