蘇里格氣田桃7井區水平井斜井段和水平段適用鉆井液體系

摘 要

摘要：鄂爾多斯盆地蘇里格氣田桃7井區鉆探目的層為二疊系石盒子組盒7段，該區塊內石千峰組和石盒子組地層(簡稱“雙石層”)極易吸水膨脹進而引起井壁失穩和鉆頭泥包等
摘要：鄂爾多斯盆地蘇里格氣田桃7井區鉆探目的層為二疊系石盒子組盒7段，該區塊內石千峰組和石盒子組地層(簡稱“雙石層”)極易吸水膨脹進而引起井壁失穩和鉆頭泥包等井下復雜情況。針對上述難題，以室內研究為技術支撐，主要考慮抑制性、潤滑性能及流變性能，分別研制出了鉀鹽聚磺鉆井液體系和強抑制低傷害暫堵鉆井液體系。在該井區內一口水平井(桃7-17-19H井)所進行的實驗結果表明：鉆進該水平井斜井段所采用的鉀鹽聚磺鉆井液體系具有良好的抑制性能和井眼凈化能力，成功解決了因泥頁巖水化膨脹而引起的縮徑擴徑、坍塌掉塊、高摩阻大扭矩、鉆頭泥包等技術難題；第三次開鉆水平段所使用的強抑制低傷害暫堵鉆井液體系同樣表現出眾多優點——性能穩定、失水量低、潤滑防卡性能良好、暫堵效果顯著、能有效保護儲層。桃7-17-19H井完鉆井深4360m，其中水平段長900m，鉆井周期39.25d，并獲得無阻流量108×104m3/d的高產氣流。應用效果表明：上述鉆井液體系適用于桃7-17-19H井，保證了鉆井施工安全，大大提高了機械鉆速，創造了蘇里格氣田水平井鉆井周期最短的紀錄，值得推廣。
關鍵詞：蘇里格氣田；桃7井區；水平井斜井段；水平井水平段；鉀鹽聚磺鉆井液；強抑制低傷害暫堵鉆井液；潤滑防卡
    桃7-17-19H井位于鄂爾多斯盆地蘇里格氣田桃7井區，目的層為二疊系石盒子組盒7段，該區塊石千峰和石盒子地層(以下簡稱“雙石層”)極易吸水膨脹進而引起井壁失穩和鉆頭泥包等井下復雜情況[1～2]。針對上述難題，以室內研究為技術支撐，主要考慮抑制性、潤滑性能及流變性能，研制出了以鉀鹽抑制劑為主要防塌劑，具有強抑制性、潤滑效果明顯的鉀鹽聚磺鉆井液體系，該體系抑制性良好，能有效防止PDC鉆頭泥包，能適應該區塊水平井斜井段安全快速鉆進；還研制出了強抑制低傷害暫堵鉆井液體系，該體系用于第三次開鉆水平段，具有良好的潤滑性和抑制防塌性，平均機械鉆速得到了突破性的提高，為鉆井提速奠定了基礎。
1 技術難點
    蘇里格氣田“雙石層”泥頁巖屬于蒙脫石類，易水化膨脹而引起縮徑擴徑、坍塌掉塊、高摩阻大扭矩、PDC鉆頭泥包等技術難題，成為制約鉆井提速的主要技術瓶頸。由此帶來下述技術難點：
1.1 長裸眼、長浸泡時間的井壁穩定問題
    第二次開鉆裸眼井段長達3000m，易垮塌的“雙石層”就暴露在這一井段，國產PDC鉆頭在這段地層滑動增斜鉆進多，鉆時慢、效率低、鉆井周期長，不穩定地層長時間浸泡在鉆井液中，使得地層更容易坍塌，防塌問題更加突出。
1.2 長裸眼井段的潤滑降摩阻問題
    “雙石層”泥頁巖地層不穩定，為了提高防塌能力，必須對鉆井液進行適當加重，同相含量增大，潤滑性降低，摩阻和扭矩增大，不利于井下安全[3]。
1.3 并眼凈化問題
    該區產層薄，為了使水平段盡可能穿過主力氣層，軌跡被設計成破浪型是必然的，鉆具平躺在井壁上，由此帶來了井眼凈化困難的問題，影響井下安全。
1.4 長水平段儲層保護問題
    該區產層為二疊系石盒子組盒7段，含有泥巖夾層，同時水平段裸眼面積大、浸泡時間長，對產層的傷害嚴重[4～5]。
2 室內研究
    針對上述技術難點.以室內研究為技術支撐，主要考慮抑制性、潤滑性能及流變性能，分別研制出了鉀鹽聚磺鉆井液體系和強抑制低傷害暫堵鉆井液體系。
2.1 鉀鹽聚磺鉆井液體系
2.1.1基本配方
    通過現場技術調研和室內研究，形成了鉀鹽聚磺鉆井液體系的基本配方：0.3%～0.6%提黏提切劑G310-DQT+1%～2%抗溫降濾失劑G307-KWJ+3%～5%無機鹽抑制劑G312-WZJ+0.3%～0.6%有機抑制劑YZ-1+0.2%～0.3%NaOH+適量防腐劑+0.5%～2%潤滑劑G303-WYR。基本配方性能見表1。
 

    在上述配方基礎上，采用如下配方做室內評價試驗：0.4%提黏提切劑G310-DQT+2%抗溫降濾失劑G307-KWJ+5%無機鹽抑制劑G312-WZJ+0.6%有機抑制劑YZ-1+0.2%NaOH+加重材料。
    測得性能參數：密度為1.20g/cm3，表觀黏度(AV)為35mPa·s，塑性黏度為(PV)20mPa·s，屈服值為15Pa，API FL為5mL，pH值為10，初切與終切之比為3：6。
2.1.2體系抑制性能評價
    從表2可看出，鉀鹽聚磺鉆井液體系對泥頁巖回收率較高，一次回收率高說明防塌能力強；二次回收率高說明井壁穩定性好。由此說明經過該鉆井液浸泡后的井壁仍然穩定。
 

2.1.3體系潤滑性能評價
    采用上述鉆井液配方，改變潤滑劑WY-1的加量，借助DA-11動態模擬潤滑儀測其在不同側向力條件下的摩擦系數和扭矩，觀察在不同側向力下體系的潤滑性能，結果見表3。
 

    從表3可看出：隨著WY-1加量的增加，鉆井液體系表現出較好的潤滑效果，60N側向力時，扭矩從21.3N·m降到9.4N·m，降低率為56%，摩擦系數從0.155降低到0.058，降低率為62.6%；120N側向力時，扭矩從31.1N·m降到17.9N·m，降低率為42.4%，摩擦系數從0.176降低到0.090，降低率為48.9%；并且WY-1濃度超過3%時，扭矩和摩擦系數趨于穩定，潤滑劑WY-1加量在1.5%為宜。
2.2 強抑制低傷害暫堵鉆井液體系
    該區產層為石盒子組盒7段氣層，含泥頁巖夾層，并且水平段儲層保護要求高。為此選擇了具有強抑制性、對儲層傷害小、聚合物易生物降解的強抑制低傷害暫堵鉆井液體系。
2.2.1基本配方
    通過正交試驗，形成了強抑制低傷害暫堵鉆井液體系的基本配方：0.3%～0.5%提黏提切劑G310-DQT+2%～3%酸溶降失水劑G301-SJS+4%～6%有機鹽抑制劑G313-YZJ+0.2%～0.3%NaOH+適量防腐劑+0.5%～2%潤滑劑WY-1。基本配方性能見表4。

    在上述配方基礎上，采用如下配方做室內評價試驗：0.4%提黏提切劑G310-DQT+3%酸溶降失水劑G301-SJS+5%有機鹽抑制劑G313-YZJ+0.2%NaOH+暫堵加重材料。
    測得性能參數：密度為1.10g/cm3，表觀黏度為32mPa·s，塑性黏度為20mPa·s，屈服值為12Pa，APIFL為5mL，pH值為9，初切與終切之比為2：5。
2.2.2體系抑制性能評價
    從表5看出，加入有機鹽抑制劑，大幅度提高了鉆井液體系的抑制能力，泥頁巖二次回收率高達72.48%，說明經過該鉆井液浸泡后的井壁仍然穩定。
 

2.2.3體系潤滑性能評價
    選用不同種類潤滑劑和體系進行配伍試驗，最終篩選出潤滑劑WY-1。由圖1可以看出：摩阻系數隨潤滑劑WY-1加量的增加而降低，加量超過1.50后趨于穩定。加量在1.5%時，潤滑系數降低率可達到62.8%。因此，推薦WY-1加量為1.5%。
 

2.2.4體系傷害試驗評價
    為驗證現場完井液對儲層的傷害程度，模擬現場實際鉆井過程，測定鄰井的3塊巖心經48h動態、48h靜態傷害前后及高壓氣體反向驅排后的滲透率并計算巖心的恢復率(表6)。
 

    從表7可以看出，強抑制低傷害暫堵鉆井液長期浸泡造成的傷害，其平均恢復率是89.86%，再經過8MPa高壓氣體反向驅排后，其平均恢復率達92.45%。說明強抑制低傷害暫堵鉆井液體系對氣層傷害很小，基本無傷害，是清潔完井液。
 

3 現場應用
3.1 現場施工概況
    該井于2010年4月11日22：00采用Φ346mm鉆頭第一次開鉆鉆進，在井深2569m采用Φ215.9mm牙輪鉆頭開始定向造斜，鉆遇劉家溝組、石千峰組、石盒子組地層；5月8日8：O0第二次開鉆斜井段完鉆，完鉆井深3460m，本段進尺891m(井段2569～3460m)。斜井段是這口井的重點，也是難點。這口井在劉家溝上部開始定向造斜，進入“雙石層”后，無固相聚合物鉆井液體系已不能滿足下一步的鉆進要求，為保證斜井段的安全快速鉆進，預防井壁坍塌，提高鉆井液潤滑防卡和攜帶巖屑能力，需要轉化為鉀鹽聚磺鉆井液體系(表7)。
    在現場作業過程中，維持鉀鹽含量，增強鉆井液抑制性，提高鉆井液密度的同時，嚴格控制失水，改善泥餅質量，整個斜井段施工安全順利，上提摩阻在12t左右，沒有出現垮塌或掉塊現象。5月11日13：00下Φ177.8mm技術套管，5月12日7：00固井，候凝，至此第二次開鉆斜井段順利完成。
    5月15日0：00采用Φ152.4mm鉆頭開始水平段鉆進，使用強抑制低傷害暫堵鉆井液體系，5月21日5：O0鉆至4360m水平段完鉆，水平段長900m，歷時6.21d。整個施工安全順利，維護處理方便，性能保持穩定：鉆井液密度介于1.10～1.14g/cm3，FV介于38～60s，API FL介于4～6mL，泥餅厚度介于0.2～0.3mm，pH值介于8～9，含砂量小于0.5%，PV介于15～25mPa·s，YP介于8～18Pa，濾餅摩阻系數小于0.1，并且泥餅薄、不黏、摩阻小，流變性優良，動塑比值高，攜砂效果好，潤滑性能好，無遇阻、遇卡現象。
3.2 應用效果
    1) 鉀鹽聚磺鉆井液體系具有良好的抑制防塌性能。在斜井段施工過程中，該鉆井液體系從鉀離子的防塌性、無機鹽降低水相滲透壓、聚磺的抑制封堵等3個方面增強了鉆井液體系的抑制防塌能力，返出“雙石層”巖屑形狀規則，沒有出現水化或分散跡象，捻碎后巖屑內部呈干態，有效防止了PDC鉆頭泥包(圖2)。

    2) 良好的井眼凈化效果。整口井鉆井液表現出良好的攜巖能力，起下鉆沒有出現明顯的遇阻遇卡現象，3460mΦ177.8mm的技術套管僅用19h就下到設計位置；水平段9個封隔器安全順利下設計位置，創造了蘇里格區塊水平段下入封隔器最多的紀錄。
    3) 機械鉆速得到突破性提高。水平段機械鉆速高達10.02m/h，刷新蘇里格水平井鉆井速度新紀錄，水平段鉆井周期縮短為6.21d，全井鉆井周期僅39.25d，突破了承擔施工任務鉆井隊自己保持的44.5d完鉆蘇里格氣田一口水平井的紀錄，成功實現了鉆井速度“三級跳”。
    4) 實現了PDC鉆頭國產化。鉆井液良好的抑制防塌潤滑性能，使單只國產PDC鉆頭的進尺和平均機械鉆速得到了大幅度的提高，降低了鉆井成本，為蘇里格氣田水平井提速挖掘了潛力。該井完鉆井深4860m，其中3750m進尺由國產PDC鉆頭完成，使用率86%，創造了國產PDC鉆頭使用率的歷史新高。斜井段取得單只Φ215.9mm國產PDC鉆頭353m的進尺，實現了該尺寸國產PDC鉆頭的重大突破；還創造了2只國產Φ152.4mm PDC僅用6.21d完成水平段900m進尺的紀錄，平均機械鉆速10.02m/h，其中第一只PDC鉆頭進尺506m，第二只PDC鉆頭機械鉆速14.59m/h，分別刷新了蘇里格氣田水平井水平段低成本單只國產鉆頭進尺和機械鉆速的紀錄。
4 結論
    1) 鉀鹽聚磺鉆井液體系具有強抑制性、良好潤滑性能和攜砂能力，較好地解決了因泥頁巖水化膨脹而引起的縮徑、掉塊坍塌、高摩阻大扭矩等一系列技術難題，能有效防止PDC鉆頭泥包，該體系值得進一步推廣使用。
    2) 強抑制低傷害暫堵鉆井液體系具有良好潤滑性和抑制防塌能力，能夠適應長水平段安全快速鉆進，同時對氣層傷害低，是一種高效的完井液體系。
    3) 此次試驗的成功經驗，值得在該區推廣。
參考文獻
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(本文作者：崔貴濤 金祥哲 董宏偉 黎金明 吳滿祥 低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室·川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院)