CP全陽離子鉆井液體系在躍滿區(qū)塊的應(yīng)用

崔曉明，祝學(xué)飛，馮 勇，馮 麗，吳大超，王 盼

（川慶鉆探工程有限公司新疆分公司，新疆 庫爾勒 841000）

躍滿區(qū)塊前期鉆進(jìn)過程中，上部采用傳統(tǒng)的聚合物鉆井液體系，下部采用KCl聚磺體系，在白堊系與三疊系層位多次出現(xiàn)短起阻卡、卡鉆情況，二疊系火成巖易漏失地層多次出現(xiàn)漏失、垮塌、卡鉆情況[1]。KCl 聚磺體系因含有高濃度的磺化材料屬于強(qiáng)分散型鉆井液[2]，隨著鉆遇裸眼段長(zhǎng)的增加、鉆屑污染，鉆井液密度的提高，體系動(dòng)切力和靜切力逐步升高，強(qiáng)凝膠狀態(tài)逐步突出加劇了易滲透地層裸眼井段阻卡、二疊系漏失、6500m 以下井段的高溫增稠誘發(fā)井漏等復(fù)雜情況,為解決此問題，特引入CP全陽離子鉆井液體系在該區(qū)塊進(jìn)行應(yīng)用。

1 躍滿區(qū)塊地質(zhì)特性與施工難點(diǎn)

躍滿區(qū)塊大斜度井二開段裸眼長(zhǎng)4300m 左右，三開裸眼段長(zhǎng)2200m左右，且存在多套壓力系統(tǒng)，對(duì)鉆井液抑制、防塌、防漏及抗溫提出了較高的要求[3]。上部新生代地層為砂泥巖互層，可鉆性好，易形成虛假泥餅造成井眼縮徑引起起下鉆阻卡，中生代白堊系、侏羅系、三疊系地層中的巨厚泥巖在壓實(shí)過程中形成了硬脆性泥巖，易出現(xiàn)井壁剝落掉塊垮塌現(xiàn)象，二疊系火成巖易發(fā)漏失情況，石炭系以下地層以硬脆性泥巖為主，易發(fā)井壁垮塌，井眼擴(kuò)大形成大肚子與糖葫蘆井眼[4]；奧陶系地層以灰?guī)r為主溶洞發(fā)育，井底溫度達(dá)到150℃～170 ℃，對(duì)高溫流變性提出了較高的要求。研究發(fā)現(xiàn)本區(qū)塊地層巖性的ξ電位在-10～-25mV范圍[5]，而CP全陽離子鉆井液體系能通過體系材料濃度把鉆井液的負(fù)電性能提高至與地層的電動(dòng)電位相當(dāng)?shù)内厔?shì)，從而為該體系的實(shí)施創(chuàng)造了條件。

2 區(qū)域井身結(jié)構(gòu)、鉆井液技術(shù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

躍滿區(qū)塊大斜度井采用四開制標(biāo)準(zhǔn)井井身結(jié)構(gòu)[6]，二開進(jìn)入石炭系100m中完，三開進(jìn)入奧陶系一間房組10m中完。區(qū)塊井身結(jié)構(gòu)與地層巖性及鉆井液技術(shù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)見表1。

表1 區(qū)塊井深結(jié)構(gòu)與地層巖性及鉆井液技術(shù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

3 CP全陽離子體系研究

3.1 處理劑抑制包被能力評(píng)價(jià)

選定哈拉哈塘區(qū)塊三疊系地層鉆屑進(jìn)行巖芯柱實(shí)驗(yàn)。巖芯柱分別在蒸餾水、1.5%CPI、8%KCl、20%Weigh2 溶液中進(jìn)行浸泡24h 拍照抑制性評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示經(jīng)CPI 溶液浸泡的巖芯柱在24h 內(nèi)未發(fā)生松散坍塌現(xiàn)象，基本上保持原樣，其余試樣發(fā)生松散垮塌現(xiàn)象。巖芯柱分別在蒸餾水、1%CPH-1、1%IND30溶液中進(jìn)行浸泡24h 拍照包被性評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示CPH-1 和IND30 溶液浸泡的巖芯柱形狀保持較好，未發(fā)生水化分散現(xiàn)象,但CPH-1能為體系提供陽離子。

3.2 室內(nèi)優(yōu)化配方實(shí)驗(yàn)

基于合理土相與粘切、強(qiáng)包被、強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵、強(qiáng)潤(rùn)滑防卡的技術(shù)思路結(jié)合區(qū)塊地質(zhì)特點(diǎn)，以流變性、抑制性、潤(rùn)滑性、封堵性為主要考察評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化完善基礎(chǔ)配方，形成一套CP 全陽離子基礎(chǔ)配方,并進(jìn)行陽離子濃度測(cè)試。配方：3%土+0.2%NaOH+1%CPH-2+0.5%CPH-1+1%CPI+1.5%CPF+1%CPA+2%潤(rùn)滑劑+石灰石/重晶石（密度1.30g/cm3以上重晶石加重）。基礎(chǔ)配方試驗(yàn)性能表見表2。

表2 CP全陽離子基礎(chǔ)配方試驗(yàn)性能表

表2 可看出，體系流變性、濾失性、陽離子度6500mg/L均符合低粘切狀態(tài)，適用于上部地層快速鉆進(jìn)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與操作工藝

4.1 二開311.2mm井眼1200～3200m段

新近系至白堊系底維護(hù)工藝：①膠液配方，水+0.1%NaOH+0.3%CPH-2+0.5%CPI，待膠液充分水化與充分護(hù)膠的水化坂土漿按比例進(jìn)行組合，通過CPH-2、CPI 對(duì)易水劃分散泥巖進(jìn)行有效包被抑制。②地層較新欠壓實(shí)，機(jī)械鉆速較高，滲透量較大，采用800～2000 目超細(xì)碳酸鈣YX 復(fù)配隨鉆堵漏劑TYSD-1/TP-2，控制地層滲透量在井眼理論容積2.5～3倍以內(nèi)。③控制較低漏斗粘度FV30～35s、FLAPI失水20mL 以上,雷諾數(shù)Re＞3000，通過工程大排量60～65L/s實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆進(jìn)，保持鉆井液對(duì)井壁足夠有效的沖刷作用[7]，防止鉆屑貼附導(dǎo)致短起下鉆阻卡的發(fā)生。

4.2 二開311.2mm井眼3200～5500m段

侏羅系至石炭系中部維護(hù)工藝：①侏羅系后提高膠液中各種護(hù)理劑的含量，進(jìn)一步強(qiáng)化包被、抑制特性。隨著井深增加，環(huán)空壓耗增加，適當(dāng)補(bǔ)充預(yù)水化護(hù)膠坂土漿適當(dāng)提高鉆井液粘切，保證攜砂能力，4000m前漏斗粘度40s即可，排量50L/s以上，采用低粘切，強(qiáng)化井壁沖刷。②三疊系逐步提高密度至1.26～1.28g/cm3，加入5%～8%超細(xì)碳酸鈣YX、1%～2%CPA干粉瀝青、2%～3%乳化瀝青SY-A01加強(qiáng)封堵改善泥餅質(zhì)量，嚴(yán)控FLAPI、FLHTHP分別6mL、12mL以內(nèi)。③二疊系密度穩(wěn)定在1.26～1.28g/cm3,保持體系中CK+＞35000mg/L，防止二疊系垮塌。因二疊系存在易漏失現(xiàn)象，在井漿中引入纖維類、剛性類堵漏劑、強(qiáng)化封堵防塌前提下適當(dāng)降低鉆井液密度減小壓差的主動(dòng)防漏策略[8]，以實(shí)現(xiàn)該層位防漏防塌措施。④石炭系重點(diǎn)強(qiáng)化體系抗高溫能力，膠液中CPF 加量提高至4%，為防止掉塊和鉆屑堆積，利用高密度稠漿段塞進(jìn)行攜砂清潔井眼。

4.3 三開215.9mm井眼5500～7500m段

石炭系-至奧陶系一間房組維護(hù)工藝：①中完鉆塞期間做好鉆井液的清潔凈化工作，清除有害劣質(zhì)固相，為下步維護(hù)奠定基礎(chǔ)，膠液配方為：水+0.5%NaOH+5%～6%CPF+1%CPI+1%CPA，同時(shí)日常維護(hù)輔以潤(rùn)滑劑。②進(jìn)入定向段前全井鉆井液油含不低于3%，井漿加入0.5%～1%玻璃微珠、0.5%～1%石墨粉，定向期間在循環(huán)罐細(xì)水長(zhǎng)流均勻加入潤(rùn)滑劑，提高YX加量至5%改善餅質(zhì)量，封堵砂巖易滲透井段防止托壓。③泥盆系東河砂巖及志留系瀝青砂巖后，該段地層溫度相對(duì)較高，加入抗高溫處理劑，提高鉆井液的熱穩(wěn)定性，保持較強(qiáng)的抑制性，易塌地層增大CPA 處理劑用量，保證在高溫下具有良好的流變性和較低的高溫高壓失水，150℃下FLHTHP8mL。④本區(qū)塊普遍存在下套管時(shí)井漏情況發(fā)生，下套管前地面準(zhǔn)備1.5倍井筒鉆井液備用，保證下套管完后固井施工順利。

5 全陽離子鉆井液體系應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

5.1 體系流變性控制

該鉆井液體系在二開三開段鉆進(jìn)過程中有效抑制了上部井段疏松砂泥巖的水化膨脹，快速鉆進(jìn)階段鉆井液性能穩(wěn)定，始終保持低粘切、強(qiáng)抑制及強(qiáng)包被特性，未發(fā)生泥包鉆頭現(xiàn)象，井眼暢通、起下鉆順利。體系有四種陽離子型處理劑，所以大大減少了原負(fù)電性體系需要7～8種處理劑才能維持陰離子鉆井液性能的要求，陽離子濃度5000mg/L 以上，有效抑制了粘土礦物的水化膨脹和分散，利于穩(wěn)定井壁。躍滿21-5X 井全陽離子鉆井液體系鉆井液流變性見表3。

表3 躍滿21-5X全陽離子鉆井液體系鉆井液流變性

表3 可看出：整個(gè)鉆井液流變性在較低粘度、切力范圍，4000m前雷諾數(shù)Re＞3000，大排量實(shí)現(xiàn)了對(duì)井壁的有效沖刷。

5.2 長(zhǎng)時(shí)間靜止體系高溫流變特性穩(wěn)定

根據(jù)日常維護(hù)與長(zhǎng)起下鉆到底開泵泵壓比較、遲到時(shí)間井底段返出性能對(duì)比監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該體系高溫流變性能穩(wěn)定，觸變性能好，避免了壓力激動(dòng)造成與抽汲造成井漏問題。YueM21-5X 井在井深7305m 井底溫度148℃經(jīng)過69h 起下鉆后流變性無變化，YueM703井井深7251m 井底溫度142℃經(jīng)過72h 起下鉆后流變性無變化。

5.3 提高機(jī)械鉆速與行程鉆速明顯

在同臺(tái)競(jìng)技中，全陽離子體系井次上部快速鉆進(jìn)井段機(jī)械鉆速高于KCl 聚磺體系井次，但在中下部井段KCl 聚磺體系井次長(zhǎng)裸眼阻卡現(xiàn)象明顯上升，導(dǎo)致鉆進(jìn)周期大大增加。躍滿7區(qū)塊241.3mm井眼機(jī)械鉆速比較見表4。

表4 躍滿7區(qū)塊241.3mm井眼機(jī)械鉆速比較

5.4 經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益

使用CP 全陽離子體系井次鉆井平均周期遠(yuǎn)低于區(qū)塊使用KCl 聚磺體系的鉆井周期，仍較設(shè)計(jì)周期縮短10d左右，根據(jù)公司清潔化生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析，區(qū)塊單井鉆井液危廢拉運(yùn)30m3/d,處理費(fèi)用為400 元/m3,實(shí)現(xiàn)單井綜合成本節(jié)約12萬元。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）全陽離子鉆井液體系具有良好的抑制性和優(yōu)良的熱穩(wěn)定性能，有效地解決了躍滿區(qū)塊鉆頭泥包、井壁穩(wěn)定、泥砂巖阻卡及鉆井液高溫穩(wěn)定性等問題，實(shí)現(xiàn)了該區(qū)塊長(zhǎng)裸眼快速鉆進(jìn)。

（2）全陽離子鉆井液體系顯著提高了區(qū)塊平均機(jī)械鉆速，縮短了鉆井周期，同時(shí)減少了危廢的拉運(yùn)，取得了鉆井液、工程、環(huán)保三方面良好的應(yīng)用效果。