江蘇油田開窗側(cè)鉆井KCl聚合物鉆井液應(yīng)用研究

何竹梅，楊小敏，王 建，楊雪山，施智玲

（中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009）

套管開窗側(cè)鉆井能利用老井的部分井眼、套管、井場及地面設(shè)施，從而大幅減少鉆井、套管、地面建設(shè)等費(fèi)用，同時有利于環(huán)保，是投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)顯著的開發(fā)手段［1-2］。 江蘇油田自1996 年開展了套管開窗側(cè)鉆井技術(shù)的應(yīng)用研究與現(xiàn)場實(shí)踐，在近幾年低油價時期，開窗側(cè)鉆實(shí)施井?dāng)?shù)占年鉆井?dāng)?shù)的15%～43%，為油田穩(wěn)產(chǎn)發(fā)揮著舉足輕重的作用。但因井眼間隙小，受小鉆具振動、起下鉆壓力激動、環(huán)空高速沖蝕，以及地層強(qiáng)水敏性等因素影響，井壁易失穩(wěn)，導(dǎo)致起下鉆遇阻、電測遇阻等復(fù)雜情況多發(fā)。為此，開展了強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵KCl 聚合物鉆井液體系配方的優(yōu)化實(shí)驗和現(xiàn)場應(yīng)用，為開窗側(cè)鉆井有效應(yīng)用提供了技術(shù)保障。

1 套管開窗側(cè)鉆井對鉆井液性能要求

套管開窗側(cè)鉆井是指在原套管內(nèi)某一深度處坐斜向器開窗或鍛銑，打水泥塞后側(cè)鉆出新井眼［3］。江蘇油田開窗側(cè)鉆井采用工藝是在?139.7 mm套管上坐斜向器開窗，采用?118 mm 鉆頭側(cè)鉆至目標(biāo)井深，懸掛?90.5 mm 生產(chǎn)尾管、水泥固井、射孔完井［4］。因此類井環(huán)空間隙小，使用的鉆頭、鉆桿的尺寸小，環(huán)空壓力損耗大，工作壓力高，同時受地面設(shè)備影響，鉆井液循環(huán)排量選擇受限，排量過低井眼將出現(xiàn)清潔不良，造成機(jī)械鉆速慢，摩阻增大，井下復(fù)雜等問題；而循環(huán)排量過高，地面設(shè)備以及井壁都將承受高循環(huán)壓力，同時井漿高速流動，加劇了對井壁的沖蝕。故套管開窗側(cè)鉆井的鉆井液需具有以下性能特點(diǎn):

（1）低黏高切。既有利于控制泵壓和井內(nèi)的壓力激動，減少沿程壓力損耗，提高噴射效率和鉆速；又能確保鉆井液懸浮攜巖能力，防止巖屑沉降，減少托壓現(xiàn)象。

（2）強(qiáng)抑制性能。能強(qiáng)力抑制水敏性泥頁巖吸水膨脹、縮徑和分散造漿，從而有助于控制井漿黏度上升和環(huán)空間隙進(jìn)一步縮小，保持井眼清潔。

（3）強(qiáng)封堵降濾失性能。能提高泥餅質(zhì)量，降低濾失量，有利于井壁穩(wěn)定。

（4）突出的潤滑防粘卡能力。由于開窗側(cè)鉆井多為定向井或水平井，隨側(cè)鉆技術(shù)進(jìn)步，側(cè)鉆井段進(jìn)一步延長，加上使用鉆具尺寸小，柔性大，在重力作用下，井下鉆具多“側(cè)躺”在下井壁，滑動鉆進(jìn)時，托壓現(xiàn)象多見，若遇軟泥巖或井下巖屑較多時，托壓會更加明顯。

（5）儲層保護(hù)要求高。江蘇油田多為強(qiáng)—極強(qiáng)水敏性儲層，長期的注水開發(fā)，地層壓力紊亂，存在鉆遇高壓地層風(fēng)險。為防溢流，常采用較高密度鉆井液，固相含量增多，井內(nèi)壓差增大，儲層極易造成損害。

通過技術(shù)調(diào)研，KCl 聚合物鉆井液具有流變性好、抑制性強(qiáng)等性能特點(diǎn)，符合套管開窗側(cè)鉆井對鉆井液的性能要求［5-6］。由此，開展了適應(yīng)江蘇油田開窗側(cè)鉆井KCl聚合物鉆井液體系配方優(yōu)化實(shí)驗研究與現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)踐。

2 KCl 聚合物鉆井液體系配方優(yōu)化實(shí)驗研究

2.1 抑制性能評價

采用H158井Ed1垮塌物，制成6～10目巖屑和小于100 目的巖心粉，通過頁巖滾動回收率和頁巖膨脹實(shí)驗，評價KCl 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的抑制性、優(yōu)選KCl 配伍性高的抑制劑，結(jié)果見圖1 和表1。可見，KCl具有增強(qiáng)鉆井液抑制泥頁巖水化膨脹分散的能力，且抑制性隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增強(qiáng)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過7%增勢趨緩，初選質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～7%；由膨脹率實(shí)驗可見，F(xiàn)A367+KCl組合的抑制性最佳。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)KCl鉆井液的巖屑滾動回收率

表1 抑制劑優(yōu)選

2.2 封堵性能評價

在配方為3%膨潤土+0.3%FA367+7%KCl 的基漿中加入不同降濾失劑，測量試樣的濾失量及流變性能，結(jié)果見表2。可見，LV-PAC降濾失效果最好，同時對鉆井液的流變性能影響較小，因此優(yōu)選LVPAC 作為體系降濾失劑。

表2 降濾失劑優(yōu)選

在配方為3% 膨潤土+0.2%FA367+7%KCl+1.5%FH-96+3%QS-4+CaCO3（密度1.15 g/cm3）的基漿中加入不同比例LV-PAC，測量其降濾失性能，結(jié)果見圖2。可見，LV-PAC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.5%時具有較好的降濾失效果，達(dá)1.0%后，濾失量降幅趨緩，初選0.5%～1.0%。

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的LV-PAC降濾失性能

2.3 防塌劑性能評價

在配方為3%膨潤土+0.2%FA367+1%LV-PAC+7%KCl+3%QS-4 的基漿中加入4 種不同的防塌劑，測量試樣的API濾失量，結(jié)果見圖3。可見，F(xiàn)H-96、GL-1 和OSAM-K 均具有較好的降濾失效果。進(jìn)一步對三種防塌劑進(jìn)行復(fù)配評價，結(jié)果見表3。可見，1.5%FH-96 和1.5%OSAM-K 復(fù)配時降濾失效果最佳，故優(yōu)選防塌劑FH-96、OSAM-K復(fù)配使用。

圖3 防塌劑優(yōu)選

表3 防塌劑復(fù)配配方優(yōu)選

2.4 潤滑性能評價

在配方為3%膨潤土+0.2%FA367+1%LV-PAC+7%KCl+1.5%FH-96+1.5%OSAM-K+3%QS-4 的基漿中添加不同品種和比例的潤滑劑，使用極壓潤滑儀測量潤滑系數(shù)，評價其潤滑性能，結(jié)果見表4、圖4。可見，JS-LUB-1 的潤滑性較好，相對基漿，其極壓摩阻系數(shù)降低50%；隨著JS-LUB-1 加量增加，摩阻系數(shù)隨之降低，初選加量1%～2%。

表4 不同配方潤滑性能評價

圖4 JS-LUB-1不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下潤滑性能評價

2.5 懸浮性能評價

從基本配方性能評價結(jié)果看出，KCl 聚合物鉆井液的Φ3/Φ6值偏低，為提高體系的懸浮攜砂能力，進(jìn)行了提切劑XC加量的優(yōu)選，結(jié)果見表5。可見，隨著XC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，試樣Φ3/Φ6值逐漸增加，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.05%～0.1%時，試樣的懸浮性已較好。但XC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)增加，體系表觀黏度呈遞增趨勢。故XC初選加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%～0.1%。

表5 XC質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鉆井液體系性能的影響

通過上述實(shí)驗，優(yōu)化建立KCl 聚合物鉆井液體系配方為:3%膨潤土+0.2%-0.3%FA367+1%-1.0%LV-PAC+5%-7%KCl+1.5%FH-96+1.5%OSAM-K+1%-2%JS-LUB-1+3%QS+0.05%-0.1%XC

2.6 儲層保護(hù)效果評價

使用SX23 井強(qiáng)水敏儲層（1 829.0～1 852.2 m）巖心，通過JHMD-Ⅱ高溫高壓動態(tài)損害評價儀，測定KCl聚合物鉆井液中加入不同儲層保護(hù)劑的巖心滲透率恢復(fù)值，優(yōu)選與體系匹配的儲層保護(hù)劑，配加FQ 的試樣儲層保護(hù)效果明顯優(yōu)于其他試樣，見表6，因此，優(yōu)選3%FQ作為儲層保護(hù)劑。

表6 鉆井液動態(tài)損害天然巖心實(shí)驗結(jié)果

再用氮?dú)狻Cl聚合物鉆井液濾液、聚合物鉆井液濾液、純凈水為驅(qū)替介質(zhì)，分別測定巖心滲透率恢復(fù)值，對比評價KCl對儲層水敏損害情況，結(jié)果見表7。可見:KCl有助于降低聚合物鉆井液濾液對儲層的水敏損害，分析原因可能是由于KCl 對巖心中的泥巖起到抑制分散作用。

表7 KCl聚合物鉆井液濾液儲層水敏分析

由上述實(shí)驗結(jié)果可以看出，優(yōu)化建立的KCl 聚合物鉆井液配方體系，具有優(yōu)越的抑制性、流變性、封堵降濾失性、潤滑性和儲層保護(hù)效果，符合套管開窗側(cè)鉆井對鉆井液的性能要求。儲層段配用保護(hù)劑3%FQ，能得到較好的儲層保護(hù)效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用與效果分析

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用

KCl 聚合物鉆井液技術(shù)已在CH113A、CSX23A井中成功應(yīng)用，試驗井的基本情況見表8。

表8 KCl聚合物鉆井液試驗井的基本情況

兩口試驗井均在?139.7 mm 的套管內(nèi)開窗側(cè)鉆，采用?118 mm 鉆頭鉆至設(shè)計井深，下入?95.25 mm 生產(chǎn)尾管完井。CH113A 井軌跡正常，但裸眼較長，而CSX23A 井四段制軌跡復(fù)雜，最大井斜39°，降磨減阻問題突出。試驗井均具有的難點(diǎn)是:①上部棕色泥巖易吸水膨脹縮徑、分散造漿，黏度不易控制，下部灰黑色泥巖易水敏垮塌，起下鉆不暢，長時間劃眼現(xiàn)象在鄰近側(cè)鉆井中時有發(fā)生；②小井眼定向井，環(huán)空間隙小，鉆具小柔性大，側(cè)鉆中托壓和泵壓高現(xiàn)象常見；③老區(qū)井，鄰近注水井多，為防溢流需要采用高密度鉆井液，高壓差下易加劇托壓、粘卡及壓漏風(fēng)險。

根據(jù)上述分析，結(jié)合實(shí)驗研究，決定在CH113A、CSX23A井側(cè)鉆中采用KCl聚合物鉆井液技術(shù)，以保證這兩口側(cè)鉆井的安全施工。

現(xiàn)場工藝措施是:在3%坂土漿中加入0.3%FA367、0.5%LV-PAC 混合膠液，攪勻后加入7%KCl，增強(qiáng)聚合物鉆井液抑制性，鉆穿上部棕色砂泥巖夾層段；鉆至易垮塌地層前加入1.5%FH-96 進(jìn)行防塌預(yù)處理，后續(xù)定期補(bǔ)充，并配加1.5%OSAM-K 和3%QS-2，提高鉆井液的封堵防塌能力；油層段加入3%FQ保護(hù)儲層；根據(jù)需要，用XC 進(jìn)行切力調(diào)整，保證攜巖能力；用NaOH 溶液保持pH 值至9 以上；定期添加JS-LUB-1 保持粘附系數(shù)在0.08 以下，全程高效使用固控設(shè)備，確保般土含量在25～30g/L。試驗井鉆井液表現(xiàn)出良好的抑制性、封堵降濾失性、潤滑性及懸浮攜巖能力，側(cè)鉆井作業(yè)順利。從表9 列舉的CSX23A 井側(cè)鉆井段鉆井液性能數(shù)據(jù)，可以看出，KCl聚合物鉆井液性能穩(wěn)定。

表9 CSX23A井側(cè)鉆井段鉆井液性能

3.2 效果分析

CH113A、CSX23A 兩口試驗井側(cè)鉆順利，側(cè)鉆段平均井徑擴(kuò)大率分別為7.5%、5.3%，井徑規(guī)則，鉆具提升摩阻小，托壓現(xiàn)象不明顯，完井電測均順利。區(qū)塊平均復(fù)雜時效分別由1.68%、1.5%降至0。試驗井初期日產(chǎn)油量分別為4.5 t、4.2 t，堵塞比分別為0.67、0.71，儲層處于完善狀態(tài)，取得了較好的鉆探效果。

4 認(rèn)識

（1）室內(nèi)研究與現(xiàn)場應(yīng)用表明，優(yōu)選的KCl聚合物鉆井液配方體系具有抑制性和封堵防塌能力強(qiáng)、攜巖性和潤滑性好、流型易控制等特點(diǎn)，能夠滿足開窗側(cè)鉆井安全施工需要。

（2）KCl 聚合物鉆井液配合3%FQ 對儲層有良好保護(hù)作用，同時KCl 能減輕儲層水敏損害。現(xiàn)場應(yīng)用2 口井的堵塞比均小于1，儲層處于完善狀態(tài)，儲層保護(hù)效果顯著。

（3）現(xiàn)場配制KCl聚合物鉆井液時，應(yīng)將般土質(zhì)量分?jǐn)?shù)嚴(yán)格控制在3%～4%，預(yù)處理和維護(hù)時要按體系配方添加各種處理劑，合理使用四級固控設(shè)備，確保性能平穩(wěn)。