中拐-玛南地区钻井液体系优化与防漏堵漏技术研究

    宋波凯 谢建安 阮彪

    

    

    

    摘 ?????要： 针对中拐-玛南地区钻井地层岩石强度高，可钻性差，机械钻速慢;井壁稳定性差，钻井阻卡多;地层裂缝发育，井漏严重等问题，评价优选钻井液关键处理剂，优化钻井液体系配方;开展漏失机理、堵漏材料的选择、堵漏材料对易漏层的适应性、防漏堵漏方法及工艺技术研究。研究结果表明，攻关井平均单井漏失量减少145.2 m3（下降53.6%），漏失明显减少，防漏堵漏取得良好成效。

    关 ?键 ?词：钻井液;防漏;堵漏;中拐-玛南地区

    中图分类号：TE 28 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）01-0135-06

    Abstract： There are some serious well drilling problems in Zhongguai-Manan region， such as poor drillability of high strength formation rock， slow penetration rate of the mechanical drilling， poor borehole wall stability， serious well loss and so on. In this paper， the key treatment agents for drilling fluid was evaluated and optimized， the formulation of drilling fluid system was optimized. And some researches were carried out， such as research of loss mechanism， selection of plugging materials， adaptability of leak proof materials to leaky layer， leak prevention and plugging methods. The results showed that the average single well loss in the well was reduced by 145.2 m3 （53.6%） after using loss prevention and control technology.

    Key words： Drilling fluid; Lost circulation control; Plugging; Zhongguai-Manan region

    中拐-玛南地区勘探工作始于20世纪50年代，20世纪70年代二叠系下乌尔禾组、夏子街组油气勘探获重大突破，发现了八区“乌尔禾组”油藏和530井区“乌尔禾组”油藏;20世纪90年代二叠系上乌尔禾组油气勘探取得重大进展，发现了如五区南、克79井、克82井等多个二叠系上乌尔禾组油藏;2011年又发现了金龙2井区块和金龙7井区块油藏。2012年玛湖1井钻探过程中出现的良好油气显示，充分展现了东斜坡勘探巨大的勘探潜力与广阔的勘探前景。中拐-玛南地区为准噶尔盆地西部隆起的一个二级构造单元，其范围北起克百断裂带，南抵沙湾凹陷，西到红车断裂带，东至盆1井西凹陷。含油面积451 km2，地质储量3.39亿t，未钻探圈闭21个，资源量约2亿t，是新疆油田重要的勘探开发区域[1，2]。

    中拐-玛南地区上部地层水化分散性强，下部地层易掉块、坍塌，钻井阻卡多：侏罗系三工河组、八道湾组泥岩水化分散性强，易扩径;三叠系克拉玛依组、百口泉组、乌尔禾组硬脆性泥岩井壁失稳严重，易发生掉块、坍塌，造成钻井阻卡多。上部地层漏失层段多、漏失压力低、漏失量大、防漏堵漏难度大，下部地层坍塌压力高：八道湾组煤层微裂缝发育、底砾岩胶结差、白碱滩上部砂岩地层承压能力低以及克拉玛依组夹煤层发育，非均质性强，易反复漏失;三叠系克拉玛依组、百口泉组砂泥岩井壁稳定性差，地层坍塌压力高[3]。下部P1f直劈裂缝发育，容易造成失返性漏失。因此，笔者通过对常用钻井液处理剂、防漏堵漏材料评价研究，优化形成了强抑制防塌钻井液及防漏堵漏体系配方，保障了长裸眼段井眼稳定，降低了钻井液漏失。

    1 ?强抑制防塌钻井液体系优化研究

    1.1 ?降失水剂的评价与优选

    对新疆油田常用的降失水剂进行常温API失水测定及高温高压失水剂测定，见图1。

    从图1可以看出，各种处理剂在其最优加量下的常温常压和高温高压条件下的降失水能力相差较大。钻井液的失水量越低，降失水剂的降失水能力越强。其中，降失水剂Redu1的API失水和高温高压失水量均较低，表明降失水剂Redu1的降失水能力为本次评价实验中8种处理剂中最强，降失水剂 MAN101和JT-888为其次。降失水剂Redu1和MAN101对钻井液的增黏效果最显著，其作用机理主要是通过增加钻井液黏度实现的[4]。SMP-1对钻井液增黏效果不明显。

    實验评价表明，提高钻井液的黏度，可选择降失水剂Redu1、SY-3、MAN101和JT-888。其中MAN101加量为1%;Redu1加量少时黏度低，要加量至1.5%时才会达到理想的降失水效果，故Redu1加量为1.5%;JT-888的最佳加量为1.5%。

    1.2 ?包被剂的评价与优选

    聚合物包被剂是一种大分子量的钻井液添加剂，可以多点吸附在钻屑或者粘土颗粒上，起到包裹阻水作用[5]。评价方法类似于抑制性评价方法，主要有三种常用方法：线膨胀实验评价、粒度分布评价和流变性评价[6]。

    1.2.1 ?泥岩膨胀实验

    在浓度为0.5%时，不同的包被剂抑制泥岩水化膨胀的效果不同，其中IND10、JB66和FA367的抑制膨胀的效果优于其它的包被剂。FA367、JB66、IND10三种包被剂只有FA367在1%浓度时的膨胀率小于0.5%浓度时的膨胀率，另外两种包被剂都是在0.5%浓度时膨胀率最小。图2为浓度为1%的三种包被剂作用下的泥岩膨胀曲线。

    从图2可以看出，在1%浓度下，三种包被剂的膨胀率都随着时间递增，在1小时之内膨胀率有个急剧的增加，然后膨胀率趋于平缓;在1%浓度时，FA367的膨胀率最小。

    实验评价表明，针对1%浓度的FA367和0.5%浓度的IND10的膨胀率的大小情况比较可知，包被剂IND10和FA367的抑制泥岩水化膨胀的效果是基本相当的，在1 h以内1%浓度的FA367的膨胀率较小，1 h以后0.5%浓度的IND10的膨胀率较小一些。

    1.2.2 ?膨润土膨胀实验

    膨润土的膨胀率随着作用时间的增加而递增，浓度为0.5%和1%的包被剂FA367对膨润土的包被抑制作用相当，说明FA367包被抑制膨润土的最优加量为0.5%。浓度为0.5%和1%的IND10作用下岩样膨胀率在16 h前几乎相当，浓度为1%的IND10作用24 h后的膨润土的膨胀率最小。不同浓度的JB66在膨胀初期的膨胀率相当，但随着作用时间的增加，浓度为1%的JB66的包被效果好。0.2%濃度的包被剂抑制水化的效果一般，而相对于1%浓度的包被剂，0.5%介于0.2%和1%之间，更具有参考价值。图3为浓度为0.5%的各种包被剂作用下的膨润土膨胀曲线。

    从图3可以看出，在0.5%浓度下的不同包被剂的抑制水化的效果不同，在16小时以前IND10和PMHA-2的抑制膨润土膨胀的效果相当，比80A51、JB66、MAN104的效果要好，相对于IND10和PMHA-2，FA367从1 h以后比所有的包被剂的抑制效果都要好，而且在16 h以后，效果远远优于其他的包被剂。

    实验评价表明，包被剂FA367抑制膨润土的最优加量为0.5%，而包被剂IND10抑制膨润土的最优加量为1%，浓度为0.5%的FA367对膨润土的包被作用优于浓度为1%的IND10。

    1.3 ?抑制剂的评价与优选

    针对KCl、NaCl、CaCl2、Weigh2、Weigh3和SIAT等常用抑制剂开展评价实验，先评价筛选出各处理剂抑制分散及抑制膨胀的最优加量，对比最优加量条件下各处理剂的抑制能力，然后开展各抑制剂对玛湖凹陷易失稳地层岩样的抑制能力评价（表1）。

    1.4.2 ?抗污染能力评价

    钻井过程中，容易出现盐、钙及钻屑污染情况，优化出的钻井液体系必须具备较强的抗盐、抗钙及抗钻屑污染的能力[8]。因此，开展了钻井液体系的抗盐、抗钙及抗钻屑污染能力的室内评价实验。

    （1） 抗盐能力评价

    实验测试了NaCl的加量分别为2%、5%、10%、15%、20%和25%时的钻井液体系流变性能和失水造壁性数据，见图4。图4中左图为黏度与NaCl浓度的关系，右图为API失水与NaCl浓度的关系。可以看出，在NaCl的加量达到10%以后，钻井液的黏度有明显的上升，其API失水量也有明显的增大趋势，表明该钻井液配方可抗盐10%左右。

    （2）抗钙能力评价

    实验评价了CaCl2的加量分别为0.5%、1.0%和1.5%时的钻井液体系流变性能和失水造壁性数据，见图5。

    图5中左图为黏度与CaCl2浓度的关系，右图为API失水与CaCl2浓度的关系。可以看出，加入CaCl2后，钻井液的黏度明显降低，其API失水量也有明显的增大趋势，表明该钻井液配方抗钙能力较弱，大约为0.5%左右。

    （3）抗钻屑污染能力评价

    实验测试了钻屑浓度分别为3%、5%、7%、9%、11%、13%和15%时的钻井液体系流变性能和失水造壁性数据，见图6。

    图6中左图为黏度与钻屑浓度的关系，右图为API失水与钻屑浓度的关系。可以看出，在钻屑浓度为9%以前，钻井液的黏度均变化较小，其API失水量变化较小且小于5 mL，表明该钻井液配方可抗钻屑浓度9%左右。

    2 ?防漏堵漏技术研究

    2.1 ?防漏堵漏材料评价与优选

    2.1.1 ?随钻类堵漏剂优选评价实验

    选取随钻堵漏剂JCM-12、SD-601、TP-2、TP-6、APSEAL进行随钻堵漏室内评价实验。该5种随钻堵漏剂90%以上可通过60目筛布，60%以上可通过80目筛布，取其复配进行堵漏效果评价实验，见表5。

    从表5可知，随钻堵漏剂JCM-12的加量超过2%，无更加明显的封堵作用，最优加量为2%。SD-601、TP-2、TP-6、APSEAL的最优加量最高为3%，超过3%后堵漏效果无明显增加。

    2.1.2 ?封堵类材料优选评价实验

    因此，在钻遇易漏地层之前提前加入3%左右KH-n或SDH，增强钻井液的封堵造壁能力，预防井漏的发生。

    2.1.3 ?凝胶类堵漏剂评价实验

    选取凝胶堵漏剂APGEL、APSORB、ZND-2、ZL进行室内评价实验。其中屏蔽膜凝胶堵漏剂APSORB粒径≥100目，在泥浆中吸水膨胀而不溶解，形成柔性凝胶粒子，其具有良好的变形性，且对钻井液粘度影响较小，柔性凝胶粒子自身、凝胶与固相颗粒形成屏蔽膜堵漏。结构型凝胶堵漏剂APGEL，其工作液具有很强的剪切稀释能力，粘切强，在静止和低剪切下具有高强度、高粘度和高弹性，该凝胶是无固相流体，自聚集性好，能自动根据漏失层压差大小，依次进入不同裂缝大小的漏失层，因而可一次完成对多处漏层的封堵[9]。评价效果见表7。

    从表7可以看出，单独使用凝胶封堵时承压能力有限，这是因为凝胶堵漏主要靠凝胶与砂床孔隙之间的粘滞阻力，且砂床的厚度有限，所以阻力不大，导致阻力不足以承受较大压力。

    2.1.4 ?体膨型颗粒评价实验

    利用体膨颗粒吸水后体积膨胀和弹塑性变形的特点，针对环玛湖区块引入水化延时体膨堵漏材料。克服了桥接堵漏时架桥骨架在正、负压差作用下容易破坏的缺陷，具有遇水延时膨胀特性。随着与钻井液接触时间的延长，该材料会吸水膨胀至原体积的数倍，使“封堵墙”更加致密、紧凑，与裂缝间的摩擦阻力进一步加强，“封堵墙”在正、负压差作用下的抗破坏能力增强[10，11]。

    体膨颗粒进入漏失通道后开始膨胀，其较高的体积膨胀倍数，对漏层起到扩张填充和内部挤紧压实的双重作用，进一步堵塞漏失通道，且不易被返排出来[12]。

    从图7实验数据可知，体膨颗粒在清水和5%KCl溶液中开始的30 min膨胀率不大，之后膨胀率随时间增大，7～8 h后不再膨胀。

    2.2 ?随钻防漏技术研究

    2.2.1 ?凝胶与随钻复配堵漏效果评价

    凝胶中复配随钻堵漏剂后，封堵能力有所提高。这是因为加入固体顆粒后，在砂床空隙处架桥，加上凝胶本身的粘滞力，提高了封堵能力。APSORB复配封堵的效果最好。

    2.2.2 ?随钻堵漏剂复配效果评价

    随钻堵漏剂SD-601和TP-6的复配效果最好。凝胶堵漏剂单剂中APSORB的效果最好，随钻堵漏剂中TP-2和APSEAL的效果最好，凝胶堵漏剂与随钻堵漏剂在20目～40目的沙床评价试验中APSORB和APSEAL的复配效果最好，60目～80目的沙床评价试验中APSORB和APSEAL复配、APSORB和TP-2复配的效果更优。

    2.3 ?桥塞堵漏技术研究

    4 ?结 论

    （1）对常用钻井液处理剂进行室内评价研究，优选出降失水剂、包被剂类型和加量;开展各类抑制剂泥岩水化分散、水化膨胀室内评价实验研究，优选出适合不同地层的抑制剂类型和加量。通过对钻井液体系性能综合评价研究，形成了适合中拐-玛南地区的钻井液体系配方。

    （2）基于多元协同井壁稳定理论，研究抑制剂与玛湖凹陷失稳地层作用机理，应用协同增效方法，研发出氯化钾、聚胺和有机盐为组合抑制剂的高性能钾基聚胺钻井液体系，保障了大段泥岩的井壁稳定。

    （3）对常用堵漏剂进行室内评价研究，优选出随钻堵漏剂、封堵类材料以及凝胶堵漏剂类型和加量;通过堵漏复配研究，优化形成了合适的堵漏配方。

    （4）结合室内实验和防漏堵漏钻井液现场实践，形成了钻井液防漏、随钻堵漏、停钻堵漏、承压堵漏工艺技术，提出了适合中拐-玛南地区的防漏堵漏对策。攻关井平均单井漏失量减少145.2 m3（下降53.6%），漏失明显减少，防漏堵漏效果显著。

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