洛帶氣田中淺層水平井鉆井完井液研究

  （1. 西南石油大學(xué)， 四川 成都 61500； 2. 四川仁智油田技術(shù)服務(wù)股份有限公司， 四川 綿陽(yáng) 62100）摘 要：水平井鉆井工藝是提高油氣勘探開(kāi)發(fā)單井產(chǎn)量最有效的手段之一，產(chǎn)量是直井的 3 至 5倍，多年來(lái)，通過(guò)不斷的技術(shù)攻關(guān)，已解決了在實(shí)際應用中的技術(shù)難點(diǎn)。洛帶氣田自九十年代開(kāi)發(fā)以來(lái)，普遍單井產(chǎn)量低，衰減快，長(cháng)期困擾著(zhù)氣田的增儲上產(chǎn)建設，那么采取水平井鉆井工藝就非常有必要。我們從水平井鉆井完井液的角度通過(guò)鉆井完井液潤滑性研究、井眼凈化研究研究等方面對洛帶構造中淺層水平井鉆井完井液技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，形成了一套洛帶氣田中淺層水平井鉆井完井液配方。

 

  關(guān) 鍵 詞：中淺層水平井；鉆井完井液；潤滑性；井眼凈化中圖分類(lèi)號：TE 357 文獻標識碼： A 文章編號： 1004-0935（2015）01-0066-03洛帶氣田自 20 世紀 90 年代開(kāi)發(fā)以來(lái)，普遍單井產(chǎn)量低，衰減快，長(cháng)期困擾著(zhù)氣田的增儲上產(chǎn)建設。為了增儲上產(chǎn)，氣田從整個(gè)勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中采取了多項措施。鉆井工程上采用了叢式定向井鉆井工藝，取得了一定的效果，減輕了對環(huán)境的污染，降低了油氣田勘探開(kāi)發(fā)成本。但是這些都還不能滿(mǎn)足油氣田勘探開(kāi)發(fā)的要求，為了適應洛帶氣田儲層的低滲透、低孔隙、低壓力增儲上產(chǎn)建設，迫切需要應用能提高單井產(chǎn)能的水平井鉆井工藝。

 

  水平井鉆井工藝是提高油氣勘探開(kāi)發(fā)單井產(chǎn)量最有效的手段，多年來(lái)，通過(guò)不斷的技術(shù)攻關(guān)，已解決了在實(shí)際應用中的技術(shù)難點(diǎn)。通過(guò)廣泛的推廣應用證明該技術(shù)已經(jīng)成熟，在提高油氣田產(chǎn)能產(chǎn)量建設方面效果顯著(zhù)。據資料顯示，目前鉆探的油井水平井產(chǎn)量是直井的 3 至 5 倍，單井最高增產(chǎn) 7 倍，最小增產(chǎn)也達到 1.5 倍以上。在氣井中的推廣應用也取得了顯著(zhù)的效果。由此可見(jiàn)在洛帶氣田實(shí)施水平井鉆井工藝技術(shù)，將會(huì )大幅度提高單井產(chǎn)量。

 

  1 處理劑優(yōu)選評價(jià)1.1 降濾失劑優(yōu)選評價(jià)表 1 降濾失劑性能表名稱(chēng)及加量 表觀(guān)粘度增長(cháng)率,% 失水降低率,%基漿 27 18.4基漿 + 1% FRA -22.2 37.0基漿 + 1% SMC -18.5 26.1基漿 + 1% SMP-1 785.2 52.2基漿 + 1% MV-CMC 741.0 54.3基漿 +1%LV-CMC 163.0 47.8從實(shí)驗數據中可以看出，FRA 和 LV-CMC 的降失水性最好，但是 LV-CMC 的表觀(guān)粘度太大，不利于體系流變性的控制，因此選用 FRA 作為主要降失水劑。通過(guò)對抑制劑和降失水劑的優(yōu)選和綜合評價(jià)，鉆井液體系初步確定需要加入的有 MMH、FRA。由于在使用已研究出的正電膠體系時(shí)，還存在著(zhù)機械除砂泥困難，鉆遇強造漿地層時(shí)，流變性不易控制等問(wèn)題。

 

  在研究中，將采用加入強包被劑的辦法來(lái)得以解決。

 

  1.2 抑制劑優(yōu)選評價(jià)鉆井液的強抑制性是減少鉆井液同泥頁(yè)巖地層物理化學(xué)作用，防止泥頁(yè)巖地層水化、膨脹和分散，穩定井壁的關(guān)鍵。為了便于選擇適合于該地區主要危害層段的防塌鉆井液體系，首先對單一抑制性處理劑進(jìn)行了評價(jià)。選取洛帶氣田 LS27D-3 井、LS24D-2 井易塌段泥頁(yè)巖，進(jìn)行滾動(dòng)回收實(shí)驗。實(shí)驗數據見(jiàn)表 2。

 

  表 2 常用抑制劑的泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收實(shí)驗處理劑LS27D-3 井1 390～1 410 mLS24D-2 井1 510～1 524 m基漿 31 51基漿 + 1% MMH 60 69基漿 + 1% 聚合醇 51 57基漿 + 1% 鉀鹽 53 51基漿 + 1% FA367 63 54基漿 + 1% FT342 46 36為了便于選擇適合于地區主要危害層段的防塌鉆井液體系，首先對單一抑制性處理劑進(jìn)行了評價(jià)。

 

  選用 LS24D-2 井易塌段泥頁(yè)巖做成人工巖心試樣，在頁(yè)巖膨脹儀上對 FA367、MMH、KHPAN、聚合醇、DOI：

 

  10.14029/j.cnki.issn1004-0935.2015.01.023網(wǎng)絡(luò )出版時(shí)間：

 

  2015-01-28 10:36網(wǎng)絡(luò )出版地址：

 

  http://www.cnki.net/kcms/detail/21.1200.TQ.20150128.1036.023.html第 44 卷第 1 期 李永久，等：洛帶氣田中淺層水平井鉆井完井液研究 67等處理劑進(jìn)行防塌能力對比實(shí)驗，實(shí)驗結果見(jiàn)圖 1。

 

  從膨脹和分散實(shí)驗可以看出，正電膠 MMH、FT342 對該地區易塌地層泥頁(yè)巖的防塌能力都較強，其中又以 MMH 的抑制性效果最好，因此在洛帶氣田選用 MMH 作為主要的處理劑。MMH 能以較快速度在粘土顆粒表面形成包被，抑制水化分散；另外由于正電膠膠體表面帶正電荷，它可與帶負電粘土膠體顆粒形成一種復合體結構，使 MMH-粘土體系具有極強的觸變性，即靜止時(shí)切力很高，但稍加一點(diǎn)切力便迅速變稀，能減緩鉆井液對井壁的沖刷，將井壁擴大處積成的塌落物懸浮并能有效的將大量的塌落物攜出井外；均起到了穩定井壁的重要作用。

 

  00.20.40.60.810 100 200 300 400 500 600基漿 基漿+1%MMH 基漿+1%FA367基漿+1%聚合醇 基漿+1%KHPAN 基漿+1%FT342圖 1 各種處理劑在 LS24D-2 井中的膨脹實(shí)驗曲線(xiàn)1.3 防塌潤滑劑優(yōu)選評價(jià)定向井、大位移井技術(shù)在洛帶構造的鉆探工作中，已經(jīng)開(kāi)始推廣應用，為了降低鉆具對井壁的摩阻，常常需要加入一種或多種潤滑劑，增加鉆井液的潤滑性。首先，考察基漿加入常用幾種潤滑劑前后的泥餅粘附系數、粘滯系數、極壓潤滑系數變化值。實(shí)驗結果如表 3。

 

  表 3 降濾失劑性能表處理劑 FV/s FL/m 粘附系數 粘滯系數 EP基漿 37 18.0 0.177 0 0.249 3 0.428 0基漿 40 14.4 0.105 3 0.054 2 0.209 8基漿+3% A 61 10.6 0.151 7 0.167 3 0.377 0基漿+3% DHD 38 11.8 0.134 8 0.096 3 0.309 8基漿 39 12.6 0.105 3 0.105 1 0.328 1基漿+3% PPL 41 13.0 0.109 5 0.043 7 0.225 9基漿 39 9.0 0.134 8 0.113 9 0.286 7基漿+3% HLA 40 11.2 0.084 3 0.054 2 0.169 9由表 3 可知，在基漿中加入 3%的潤滑劑后，基漿的泥餅粘附系數、粘滯系數、極壓潤滑系數都得到了較好的改善，對體系的流變性影響不大，中壓濾失量還有所降低。相對來(lái)說(shuō)，RH102、PPL、WDN-5 和 HLA 潤滑劑在基漿中起的作用更為明顯些。但 PPL 失水量相對比較大，不利于井壁穩定，并且 RH102 極壓潤滑系數降低率比較大，主要用于降低極壓摩擦，最后優(yōu)選出 HLA 作為潤滑劑。

 

  1.4 降濾失劑優(yōu)選評價(jià)在確定潤滑劑種類(lèi)的基礎上，考察 HLA 加量對體系潤滑性的影響，以確定潤滑劑最佳加量，具體數據如表 4 所示。

 

  表 4 降濾失劑性能表處理劑 FV/s FL/m 粘附系數 粘滯系數 EP基漿 36 18 0.177 0 0.249 3 0.428 0基漿+1% HLA 35 14 0.119 7 0.078 7 0.207 3基漿+2% HLA 38 12.8 0.115 4 0.078 7 0.198 0基漿+3% HLA 40 11.4 0.105 3 0.087 5 0.205 6基漿+5% HLA 42 11.2 0.063 2 0.069 9 0.173 92 鉆井液體系抗污染能力評價(jià)經(jīng)過(guò)項目前階段的實(shí)驗分析，結合前期科研項目的成果和現場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗，初步確定水平井正電膠聚磺鉆井液的配方（一）為：

 

  4% NV-1 + 0.2% Na2CO3+ 0.1% KPAM + 0.4% MMH+ 0.5% KHPAN + 0.5% NH4HPAN + 1% SMC + 3%SMP-I + 0.1% HV-CMC + 5% HLA + 重晶石2.1 抗鉆屑污染能力的評價(jià)在優(yōu)選出的鉆井液體系中加入不同量的巖屑粉（過(guò) 100 目），經(jīng)老化后（80 ℃×16 h），45 ℃下測定其性能，分析其抗鉆屑污染能力，實(shí)驗結果如表 5 所示。由表 5 中可以看出，該體系可以抗 10%的鉆屑污染。

 

  表 5 鉆井液抗鉆屑污染實(shí)驗數據表加量 FV/s PV/mPa·s YP/Pa G1/Pa G2/Pa pH FL/mL0 34 21 5 1 4 9 3.85% 43 22 16.5 1 6.5 9 4.48% 46 25 16 1 7 9 4.810% 48 24 18 1.5 7 9 5.215% 55 26 18 3.5 9.5 9 5.82.2 抗鹽污染能力的評價(jià)在優(yōu)選出的鉆井液體系中分別加入 2%、3%、4%、5%的 NaCl，經(jīng)老化后（80 ℃×16 h），45 ℃下測定其性能，分析其抗鹽污染能力，實(shí)驗結果如表 6 所示?？梢钥闯?，該體系抗鹽能夠達到 4%。

 

  表 6 鉆井液抗鉆屑污染實(shí)驗數據表加量 FV/s PV/mPa·s YP/Pa G1/Pa G2/Pa pH FL/mL0 34 21 5 1 4 9 3.82% 42 27 6 2.5 5.5 9 4.43% 45 33 4.5 2.5 6 9 4.84% 54 38 9.5 3.5 7 9 5.25% 48 35 8 3.5 8.5. 9 6.068 遼 寧 化 工 2015 年 1 月2.3 抗鈣污染能力的評價(jià)在優(yōu)選出的鉆井液體系中分別加入 2%、3%、4%、5%的 CaCl2，進(jìn)行抗鈣污染評價(jià)試驗，經(jīng)老化后（80 ℃×16 h）45 ℃下測定其性能，分析其抗鹽污染能力，實(shí)驗結果如表 7 所示。由表中可知，該體系抗鈣能夠達到 4%。

 

  表 7 鉆井液抗鉆屑污染實(shí)驗數據表加量 FV/s PV/mPa·s YP/Pa G1/Pa G2/Pa pH FL/mL0 20 10 4 1 4.0 9 3.82% 25 16 6.5 1 5.5 9 4.83% 29 23 3.5 1.0 6.5 9 5.44% 34 28 3 1.5 8 9 5.85% 30 24 4 2.0 8.5 9 6.83 鉆井液體系潤滑性評價(jià)通過(guò)室內實(shí)驗研究，分別針對水平井三個(gè)井段即直井段、造斜段、水平段（在水平井段的鉆井施工中，鉆具和測井儀器及套管等在起下時(shí)都是緊貼井壁運行的，與井壁接觸面積大；加之造斜窗口低，造斜率高，這就對鉆井液潤滑性能提出了更高的要求），研究出水平井正電膠聚磺鉆井液 3 種基本配方，每個(gè)配方都結合各自井段特點(diǎn)進(jìn)行了處理劑優(yōu)選，滿(mǎn)足鉆井設計要求，現場(chǎng)使用時(shí)可根據實(shí)際情況進(jìn)行調整，3 種配方分別為：

 

  配方（一）：直井段4% NV-1 + 0.2% Na2CO3+ 0.1% KPAM + 0.4% MMH+ 0.5% KHPAN + 0.5% NH4HPAN + 1% SMC + 3%SMP-I + 0.1% HV-CMC + 5% HLA + 重晶石配方（二）：造斜段4% NV-1 + 0.2% Na2CO3+ 0.1% KPAM + 0.1%HV-CMC + 0.5% KHPAN + 0.5% NH4HPAN + 1%SMC + 3% SMP-I + 8% HLA + 8% Q + 5% RH102 +2% RPA-2 + 重晶石配方（三）：水平段4% NV-1 + 0.2% Na2CO3+0.1% KPAM + 0.1%HV-CMC + 0.5% KHPAN + 0.5% NH4HPAN + 1%SMC + 3% SMP-I + 8% HLA + 8% DHD + 5% RH102+ 2% RPA-2 + 8% Y＋0.5% SP-80＋重晶石表 8 潤滑性評價(jià)數據表配方 FV/s PV/mPa·s YP/Pa G1/Pa G2/Pa KfEP 粘滯系數一 47 24 3.0 2.0 6.5 0.143 7 0.273 5 0.069 9二 48 26 3.5 1.5 6 0.101 4 0.255 1 0.054 2三 45 22 1.0 0.5 4.5 0.076 1 0.226 7 0.034 9由表8 中數據可以看出，在不同井段的鉆井液性能經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，各項性能指標都能滿(mǎn)足鉆井設計要求，特別是進(jìn)入造斜段以后通過(guò)加入大量的潤滑劑和，將原正電膠聚磺鉆井完井液體系轉變?yōu)榉揽?lèi)型的鉆井完井液。在實(shí)際應用中，通過(guò)現場(chǎng)小型實(shí)驗進(jìn)行潤滑劑加量調整，能夠滿(mǎn)足水平井鉆井的潤滑要求。

 

  4 結 論（1）通過(guò)優(yōu)選增粘劑、降濾失劑等處理劑，形成優(yōu)質(zhì)洗井液，能夠在井斜角大于 45°的井段鉆井時(shí)破壞巖屑床，達到凈化井眼、穩定井壁的作用。

 

  （2）形成了一套適合洛帶氣田中淺層水平井鉆井的正電膠聚磺防卡體系，其中正電膠聚磺防卡鉆井液性能達到 Kf：0.07～0.1，EP≤0.25，FL≤4 mL。