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丁頁10井水平井鉆井液技術(shù)

2023-01-15 11:06:40莊艷君肖林通邱春陽
四川化工 2022年6期
關(guān)鍵詞:膠乳井眼乳液

莊艷君 肖林通 于 雷 邱春陽

(1.貴州頁巖氣勘探開發(fā)有限責(zé)任公司,貴州遵義,563400;2.中石化勝利石油工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)中心,山東東營,257017)

丁頁10井是中石化重點(diǎn)預(yù)探井,設(shè)計(jì)井深5526.00m,為三開制水平井。根據(jù)區(qū)塊地質(zhì)資料及鄰井實(shí)鉆資料分析,丁頁10井鉆井過程中面臨的最大難點(diǎn)為井漏和井壁失穩(wěn)問題,鄰井丁頁1井、丁頁2井、丁頁3井、丁頁4井和丁頁5井鉆進(jìn)過程中多次發(fā)生井漏,單井平均漏失鉆井液近500m3。丁頁4井在韓家店、小河壩地層、茅口組及以下頁巖地層發(fā)生井壁失穩(wěn),出現(xiàn)掉塊。丁頁10井在分析區(qū)塊前期施工難點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對(duì)各個(gè)開次井段鉆井液進(jìn)行了優(yōu)選,并對(duì)油基鉆井液老漿進(jìn)行了重復(fù)利用,保證了井壁穩(wěn)定,達(dá)到了鉆探目的。

1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)和措施

1.1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

1.1.1 井壁坍塌

龍?zhí)督M地層發(fā)育煤層與頁巖,并且二者互層井段較長,施工中易坍塌;韓家店組地層易出現(xiàn)掉塊;目的層為頁巖氣層,微裂縫和層理發(fā)育,鉆井液濾液易加速地層中黏土礦物的水化作用,導(dǎo)致泥頁巖吸水膨脹,地層沿層理、裂縫的斷面發(fā)生剝落坍塌。

1.1.2 井眼漏失

須家河組-韓家店組巖性以泥巖為主夾砂巖、碳酸鹽巖與泥質(zhì)巖、灰質(zhì)泥頁巖互層,目的層龍馬溪組可能存在斷層,易發(fā)生漏失。

1.1.3 老漿利用

三開井段地層發(fā)育大段泥頁巖,坍塌性較強(qiáng)。為保證井眼穩(wěn)定,采用油基鉆井液鉆進(jìn),油基泥漿經(jīng)多次使用后,鉆井液黏切較大,繼續(xù)使用具有一定難度。

1.2 鉆井液技術(shù)措施

1.2.1 合理密度支撐

施工中合理調(diào)控鉆井液密度,使井眼內(nèi)流體液柱壓力平衡地層坍塌壓力,保證井眼穩(wěn)定。

1.2.2 強(qiáng)化抑制封堵

用有機(jī)胺強(qiáng)化鉆井液的抑制性,以應(yīng)對(duì)泥巖易掉塊、垮塌;保持鉆井液中超細(xì)碳酸鈣、多級(jí)配填充封堵劑及抗溫防塌劑的有效含量,通過對(duì)微裂縫和孔隙的有效封堵,阻止鉆井液濾液侵入地層,提高防塌效果。

1.2.3 加強(qiáng)井漏預(yù)防

優(yōu)選多維網(wǎng)狀承壓材料,通過網(wǎng)狀承壓材料在疏松地層的強(qiáng)效封堵,降低孔隙和微裂縫尺寸,配合乳化瀝青、固體瀝青、超細(xì)碳酸鈣和隨鉆堵漏劑,提高堵漏效果。頁巖不穩(wěn)定井段鉆過后采用封堵漿加固。

1.2.4 做好室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

通過油基鉆井液老漿流變性調(diào)配實(shí)驗(yàn),優(yōu)化老漿的流變性,提高其穩(wěn)定性和封堵性。

2 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)研究

2.1 多元協(xié)同封堵性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

為了有效提高對(duì)地層微孔縫的封堵能力,將納米乳液、膠乳瀝青和多級(jí)配填充封堵劑進(jìn)行了復(fù)配。研究資料表明[1-3],納米乳液中的表面活性劑能夠中和粘土表面的負(fù)電荷,使巖石表面發(fā)生潤濕反轉(zhuǎn);納米乳液能夠?qū)⒛z乳瀝青聚合在一起,封堵地層大的孔隙和微細(xì)裂縫;納米乳液本身尺寸很小,可以在井壁形成韌而致密的保護(hù)層。瀝青類材料在井底高溫下軟化,在壓力作用下擠進(jìn)地層孔隙和微裂縫中,減少了水相對(duì)泥頁巖的侵入。多級(jí)配填充封堵劑是在地層孔縫分布基礎(chǔ)上,優(yōu)化鉆井液粒度分布,從而使鉆井液粒度分布與地層孔縫分布實(shí)時(shí)保持一致,提高致密封堵性。

根據(jù)“理想充填理論”,對(duì)其封堵材料進(jìn)行優(yōu)化,加入多級(jí)配填充封堵劑、納米乳液和膠乳瀝青,高攪20min后重新測(cè)定前后API中壓濾失量,API中壓濾失量由4.8mL降為2.6mL,表明體系的封堵能力強(qiáng),有利于形成更加致密的濾餅,因此濾失量也就更低。

2.2 彈性孔網(wǎng)防漏堵漏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

彈性孔網(wǎng)材料[4-6]是一種多孔的固體泡沫,在井底壓力下收縮變小,能夠進(jìn)入孔隙和微細(xì)裂縫,進(jìn)入其中后,由于外界壓力釋放,固體泡沫膨脹變大,充填整個(gè)孔隙和微細(xì)裂縫,以降低裂縫封堵層滲透性和漏失速率,輔助其他堵漏材料和地層巖屑,進(jìn)一步填充漏失通道,進(jìn)而增加堵漏成功率。實(shí)驗(yàn)采用高溫高壓堵漏模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行裂縫封堵模擬評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),其中B、C、D代表不同粒徑的剛性顆粒,SQD-98是一種礦物纖維堵漏劑,PS表示彈性孔網(wǎng)材料,封堵性能評(píng)價(jià)見表1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,彈性孔網(wǎng)材料的加入可以顯著降低漏失量,當(dāng)加量為0.2%時(shí)堵漏效果最優(yōu),但粒徑相對(duì)裂縫寬度過大時(shí),會(huì)產(chǎn)生封門。

表1 長裂縫封堵評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2.3 油基鉆井液回收利用性能調(diào)整實(shí)驗(yàn)

對(duì)老漿流變性進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 前期老漿流變性

表2看出,使用過的油基鉆井液老漿漏斗黏度高,切力低,破乳電壓很低,并且高溫高壓濾失量為6.0mL,說明老漿流變性差。如果對(duì)老漿進(jìn)行重復(fù)利用,必須對(duì)其流變性進(jìn)行調(diào)節(jié),提高老漿電穩(wěn)定性,降低老漿的高溫高壓濾失量。

經(jīng)過分析,老漿流變性差的原因在于老漿中水含量較高,且含有一定固相,因此,借鑒國內(nèi)施工經(jīng)驗(yàn)[7-8],配制高油水比基漿,攪拌下逐漸加入到老漿中,改善老漿的流變性。室內(nèi)新配制高油水比油基鉆井液基漿,攪拌下加入到老漿中,高速攪拌50min,測(cè)其流變性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看,老漿加入基漿后,流變性得到改善,可以進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。

表3 調(diào)整后鉆井液流變性

3 現(xiàn)場應(yīng)用

丁頁10井設(shè)計(jì)為三開次水平井,一開鉆至井深853.00m,表層套管直徑為Φ339.7mm;二開鉆至井深3200.00m,井眼直徑為Φ311.2mm;三開完鉆井深5898.00m,垂深3900.35m,井斜86.5°,三開鉆遇地層主要為韓家店組、石牛欄組、龍馬溪組。

3.1 聚胺封堵防塌鉆井液體系

3.1.1 體系配方

二開及三開導(dǎo)眼井段采用聚胺封堵防塌鉆井液體系,配方為:3.5%膨潤土+0.3%純堿+0.2%燒堿+0.2%KPAM+0.2%LV-CMC+0.5%胺基抑制劑+(2.0-3.0)%多級(jí)配填充封堵劑+1.5%KFT-2+1.0%褐煤樹脂+2.0%SMP-1+1.5%膠乳瀝青+2.0%納米乳液。

3.1.2 維護(hù)處理措施

(1)加入胺基抑制劑和KPAM膠液來維護(hù)鉆井液體系的抑制性。膠液配方為:井場用水+0.3%燒堿+0.35%KPAM+1.0%胺基抑制劑。

(2)定期加入膠乳瀝青等多軟化點(diǎn)封堵材料,保證膠乳瀝青含量在3.0%以上,納米乳液含量在2.5%以上,多級(jí)配填充封堵劑含量在3.0%以上,提高鉆井液對(duì)井壁的封堵能力。

(3)采用褐煤樹脂和磺化酚醛樹脂調(diào)控鉆井液的高溫高壓濾失量,控制高溫高壓濾失量在12.0mL以內(nèi),防止地層水化膨脹分散。

(4)合理調(diào)控鉆井液密度,鉆井液加重時(shí)補(bǔ)充0.5%潤滑劑,保證體系的潤滑性;嚴(yán)格控制起下鉆速度,防止壓力波動(dòng)過大而導(dǎo)致井壁失穩(wěn),并且降低鉆具對(duì)井壁的撞擊。

(5)嚴(yán)格保證固控設(shè)備的使用效率,振動(dòng)篩、除砂器和除泥器使用效率達(dá)到100%,保證鉆井液的清潔。

(6)鉆進(jìn)過程中,定期短起下鉆,以確保井眼清潔。鉆完進(jìn)尺后,適當(dāng)提高鉆井液的黏度和切力,以保證井眼中鉆屑的凈化效率。

3.1.3 應(yīng)用效果

二開井段鉆進(jìn)過程中井壁穩(wěn)定;鉆進(jìn)至2871.37m發(fā)現(xiàn)漏失,漏失層位棲霞組,通過采用彈性孔網(wǎng)堵漏技術(shù),一次堵漏成功。三開直導(dǎo)眼鉆進(jìn)中出現(xiàn)少量掉塊,通過加大封堵防塌材料及提高鉆井液密度措施確保了井眼穩(wěn)定。

3.2 三開井段鉆井液技術(shù)

3.2.1 體系轉(zhuǎn)換及維護(hù)處理措施

3.2.1.1 體系轉(zhuǎn)換

用油基老漿將井眼內(nèi)鉆井液完全頂替出井眼;逐漸加入新配制的基漿,充分循環(huán)鉆井液,保證鉆井液混合均勻,流變性達(dá)到要求后開鉆。

3.2.1.2 維護(hù)處理措施

(1)采用篩網(wǎng)目數(shù)為200目—230目震動(dòng)篩,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)除泥器和除砂器,通過固控設(shè)備去除無用固相,確保鉆井液具有良好的流變性。

(2)根據(jù)實(shí)鉆情況及地質(zhì)錄井氣測(cè)值監(jiān)測(cè)情況在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)逐步調(diào)整鉆井液比重,通過力學(xué)平衡,保證井眼穩(wěn)定。

(3)適當(dāng)加入有機(jī)土和瀝青,補(bǔ)充乳化劑及潤濕劑,配合跟入高油水比基漿,保證鉆井液的流變性和乳化穩(wěn)定性,維護(hù)鉆井液破乳電壓在400V以上。

(4)在鉆井過程中,定期檢測(cè)鉆井液的堿度值,并隨時(shí)補(bǔ)充;通過調(diào)節(jié)水相中的 CaCl2濃度,調(diào)節(jié)油基泥漿的活度。

(5)定期監(jiān)控油水比,通過調(diào)整鉆井液中油和水的比例,并加入封堵劑和降失水劑,控制高溫高壓濾失量不大于3.0mL。

(6)保證體系有4.0% 封堵防塌劑和3.5% 多級(jí)配填充封堵劑,保證油基鉆井液體系具有較強(qiáng)的封堵防塌性,強(qiáng)化體系對(duì)地層及微裂縫的封堵性。

3.2.2 應(yīng)用效果

鉆進(jìn)過程中井壁穩(wěn)定,井下安全,起下鉆順暢,三開鉆井液性能控制見表4。

表4 三開油基鉆井液性能

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)采用納米乳液、膠乳瀝青、多級(jí)配填充封堵劑等材料可以顯著提高封堵性能,有利于穩(wěn)定井壁。采用彈性孔網(wǎng)堵漏技術(shù)可以提高對(duì)裂縫地層的自適應(yīng)封堵性能,堵漏效果好。

(2)調(diào)控油基鉆井液老漿的流變性,必須先分析老漿流變性失穩(wěn)原因,并在室內(nèi)小型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)控,保證老漿在重復(fù)利用中具有良好的流變性。

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