KCl聚磺鉆井液體系在延長氣田水平井的應(yīng)用

KCl聚磺鉆井液體系在延長氣田水平井的應(yīng)用張永利;吳高祥;王延?xùn)|;張飛;吳貝貝【摘要】鄂爾多斯盆地氣藏類型多為低孔低滲砂巖氣藏，通過水平井技術(shù)擴(kuò)大泄流面積，充分挖掘儲層潛力，提高單井產(chǎn)量，達(dá)到提高氣田開發(fā)效益的目的.延長氣田自2011年開始水平井鉆探，但是鉆井過程中經(jīng)常鉆遇井漏、井塌等復(fù)雜事故，鉆井周期長、成本高冰平井開發(fā)效益不明顯.通過對水平井的地質(zhì)、工程概況和鉆井液技術(shù)難點進(jìn)行分析,針對氣田水平井井壁失穩(wěn)和井漏等兩大突出問題，結(jié)合地層對鉆井液抑制性和封堵性的要求，對比聚磺鉆井液和KCl聚磺鉆井液的抑制性和封堵性KCl聚磺鉆井液體系具有強(qiáng)的抑制性和封堵性.現(xiàn)場兩口井應(yīng)用證實,KCl聚磺鉆井液具有預(yù)防垮塌與漏失的優(yōu)點，鉆井周期短，無復(fù)雜事故發(fā)生，經(jīng)濟(jì)效益明顯.【期刊名稱】《天然氣勘探與開發(fā)》【年（卷），期】2016（039）004【總頁數(shù)】4頁（P64-67）【關(guān)鍵詞】延長油田;地層;易塌易漏;水平井;KCl聚磺鉆井液體系;井壁穩(wěn)定;防漏堵【作者】張永利;吳高祥;王延?xùn)|;張飛;吳貝貝【作者單位】西安石油大學(xué);陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司油氣勘探公司;陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司油氣勘探公司;陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司油氣勘探公司;陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司油氣勘探公司;陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司油氣勘探公司【正文語種】中文水平井技術(shù)是當(dāng)代油氣資源勘探開發(fā)的重要技術(shù)之一，為了提高勘探開發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益，延長氣田從2011年開始探索用水平井開發(fā)下二疊統(tǒng)山西組氣層。由于水平井在鉆井過程中井斜角從0。~90。變化，因而水平井工藝與直井有較大差別，水平井鉆井液技術(shù)也要求更高。延長氣田不斷探索優(yōu)選水平井鉆井液體系，優(yōu)化鉆井液技術(shù)措施，解決鉆井過程中遇到的井塌、井漏、儲層保護(hù)等問題，提高氣田開發(fā)效益。1.1地層特征延長氣田自上而下鉆遇地層及其特征分別為：①第四系黃土層，地層松散、易漏；②三疊系上統(tǒng)延長組、中統(tǒng)紙坊組、下統(tǒng)和尚溝組和劉家溝組，易卡，劉家溝組屬區(qū)域漏失層位：③二疊系上統(tǒng)石千峰組、中統(tǒng)石盒子組，統(tǒng)稱為〃雙石層”，井段長、夾層多，易垮塌、縮徑、易噴：④二疊系下統(tǒng)目的層山西組為泥巖夾砂巖、煤層，其泥巖易垮塌，煤層易漏，易噴。山西組氣層山23層，屬于低孔低滲儲層，存在強(qiáng)水鎖、強(qiáng)土酸敏、中偏強(qiáng)鹽敏、中偏強(qiáng)堿敏、中偏弱水敏、弱速敏等潛在損害因素［1-3］。1.2水平井井身結(jié)構(gòu)延長氣田的水平井設(shè)計井深一般介于3663-4316m,垂深2550~2650m。一開采用中311mm鉆頭鉆至井深500~550m,〒A中244.5mm表層套管；二開采用中222.2mm鉆頭，鉆至2100~2200m（石千峰組）開始造斜，鉆斜直導(dǎo)眼鉆至井斜60°,穩(wěn)斜100m左右至2850~2950m,達(dá)A靶點垂深，電測錄取地質(zhì)資料，后回填側(cè)鉆至井深2900~3000m到達(dá)A點（山西組），下入中177.8mm技術(shù)套管封隔上部地層，三開采用中152.4mm鉆頭鉆水平段1000m左右完鉆，下入不動壓裂管柱完井。2.1.1井壁失穩(wěn)問題突出延長氣田水平井造斜井段位于石千峰組、石盒子組、山西組，上述地層以硬脆性泥頁巖層為主，地層內(nèi)部微裂縫發(fā)育，壓力波動易導(dǎo)致井周微裂縫擴(kuò)展、交匯，形成不穩(wěn)定的高滲帶，鉆井液沿裂縫面侵入，導(dǎo)致地層強(qiáng)度降低，存在井壁失穩(wěn)的潛在風(fēng)險［4］。目的層段山西組以裂縫發(fā)育的典型硬脆性泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤層為主，如技術(shù)措施不當(dāng)，極易發(fā)生井塌，并且水平井井斜方位對坍塌壓力有較大影響。2.1.2井漏處理難度大延長氣田劉家溝組與石千峰組為非整合接觸，裂縫發(fā)育，潛在井漏，部分地區(qū)易發(fā)生失返性漏失。水平井二開鉆至A靶點前，易漏地層劉家溝組與易垮塌地層山西組處于同一裸露層段，若施工過程中鉆井液性能不良，極易發(fā)生又漏又垮的情況。2.2技術(shù)對策井壁失穩(wěn)和井漏問題是延長氣田水平井鉆井過程中的兩大突出難題，為了有效預(yù)防井漏與井塌，鉆井液體系必須要有強(qiáng)的抑制性、封堵性。延長氣田直井和定向井普遍采用聚磺鉆井液體系，但是該體系抑制性不強(qiáng)、封堵性弱，難以滿足水平井鉆進(jìn)需要。通過室內(nèi)篩選，決定二開斜井段、水平段優(yōu)選KCl聚磺鉆井液體系，該體系是在聚磺鉆井液體系的基礎(chǔ)上，加入KCl處理劑及聚胺抑制劑，利用K+的鑲嵌作用提高井眼的穩(wěn)定性，改善鉆井液的抑制能力，提高鉆井液的封堵性能，防止泥頁巖水化膨脹。同時，現(xiàn)場根據(jù)井下情況及時調(diào)整鉆井液性能，采取防塌防漏的鉆井液技術(shù)措施，可有效解決延長氣田水平井二開斜井段和水平段易垮易漏的問題。KCl聚磺鉆井液體系配方：4%膨潤土+0.2%Na2CO3+0.2%燒堿+5%~7%氯化鉀+0.3%~0.5%HP+0.5%~0.7%NH4HPAN+0.5%~0.7%COP+0.5%~1.0%PL+2%~3%FT-342+2%~3%乳化瀝青+3%~5%CGY+0.3%~0.5%聚銨抑制劑+0.2%~0.3%氨基聚醇+2%QS-2+0.5%~0.7%LV-CMC。1）本地區(qū)最大水平地應(yīng)力方位為30°,最小水平地應(yīng)力為120°。由于該地區(qū)地層受構(gòu)造運動發(fā)生扭曲，同一層位不同井深地應(yīng)力方向發(fā)生變化，因此確定鉆井液密度時務(wù)必考慮地應(yīng)力方位扭曲，根據(jù)井斜、方位與地層坍塌壓力關(guān)系（圖1、圖2、圖3）確定合理鉆井液密度范圍。安14平1井設(shè)計方位334.4°，在二開斜井段井斜從0°逐漸增加至90°，地層穿越易塌的石千峰組、石盒子組、山西組，為了穩(wěn)定井壁，根據(jù)井斜、方位與地層坍塌壓力關(guān)系，鉆井液密度應(yīng)控制在1.03~1.28g/cm3。水平段井斜90°，層位山西組，鉆井液密度應(yīng)控制在1.24-1.28g/cm3。2）加強(qiáng)鉆井液的包被和封堵作用，鉆井液中保證聚合物加量，聚合物配比適宜，以HP和KCl加強(qiáng)包被、抑制泥巖水化膨脹，以SMP-1、PL、COP等降低濾失量，以改性瀝青、超細(xì)碳酸鈣、弱熒光潤滑劑改善濾餅質(zhì)量，調(diào)整流變性和鉆井液的潤滑性，提高鉆井液的抑制、防塌能力，降低泥餅滲透率，使鉆井液具有極強(qiáng)封堵泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤層裂隙性能。2.2.2防漏堵漏技術(shù)措施1） 防止地層裂縫漏失措施鉆至劉家溝底部地層時在清水聚合物體系中加入0.50%~0.80%隨鉆堵漏劑，提高鉆井液預(yù)防井漏能力；進(jìn)入石千峰組地層20-30m,下光鉆桿進(jìn)行地層承壓試驗，提高地層承壓能力。鉆井過程發(fā)生井漏可采用橋接堵漏或橋接堵漏與水泥堵漏[5]。2） 防止水平段井漏措施進(jìn)入水平段（一般為山西組）采用中152.4mm小鉆頭鉆進(jìn)，地層存在裂隙，環(huán)空壓耗高，易誘發(fā)井漏。因而鉆水平段過程中，在保證攜巖前提下，盡可能降低鉆井液黏度，降低環(huán)空壓耗。3.1封堵性能聚磺鉆井液體系中加入抑制劑5%KCl以及0.3%聚胺后進(jìn)行鉆井液砂床封堵性實驗[6],結(jié)果見表1。20~40目砂床濾失量和清水失水量不超過4mL,說明KCl聚磺鉆井液體系能夠?qū)崿F(xiàn)對地層的有效封堵，具有較好的封堵性能。3.2抑制性能運用回收實驗和膨脹實驗測定KCl和聚胺抑制性能[7-8],—次回收率提高到94%以上，二次回收率達(dá)到82%以上，16h膨脹率分別降低4.3%和3.23%，鉆井液抑制性明顯提高。加入抑制劑抑制性能實驗數(shù)據(jù)見表2。通過對KCl聚磺鉆井液體系的封堵性和抑制性評價得出，該體系比聚磺鉆井液體系具有更好地抑制性和封堵性，能夠起到較好的穩(wěn)定井壁和防漏作用。安14平1井二開斜井段地層穿越易塌的石千峰組、石盒子組、山西組，鉆井液密度介于1.03~1.28g/cm3;水平段層位山西組，鉆井液密度介于1.24~1.28g/cm3。與延平4井相比，安14平1井能夠及時調(diào)整鉆井液密度，控制鉆井液黏度，同時KCl聚磺鉆井液有較小的濾失量，封堵性、抑制性良好，有效預(yù)防了井塌、井漏的發(fā)生。兩口水平井鉆井液性能如表3所示。將延平4井應(yīng)用聚磺鉆井液和安14平1井應(yīng)用KCl聚磺鉆井液作對比，延平4井鉆井過程中發(fā)生井漏、阻卡等復(fù)雜事故，處理損失時間長達(dá)427h。安14平1井應(yīng)用KCl聚磺鉆井液體系，克服了井壁易垮塌、鉆井過程中易漏失等難題，全井未發(fā)生井塌井漏等復(fù)雜事故，該井完鉆電測成功率100%，井身質(zhì)量合格率100%，完井作業(yè)非常順利。兩口水平井鉆井工程概況如表4所示。通過兩口應(yīng)用結(jié)果對比，KCl聚磺鉆井液具有更好的防塌防漏作用，能滿足鉆井工程施工要求，適合該區(qū)域地層需要。并且該井提前工期完鉆，節(jié)約了大量成本，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。1）延長氣田水平井造斜井段、水平段位于裂隙發(fā)育的石千峰組、石盒子組、山西組易塌易漏地層，水平段采用①152.4mm小鉆頭鉆進(jìn)長達(dá)1000m,井壁失穩(wěn)和井漏問題是水平井鉆遇的兩大突出難題。2)室內(nèi)性能評價實驗表明，KCl聚磺鉆井液體系比聚磺鉆井液體系具有更優(yōu)的抑制能力及防塌、防漏封堵能力。3)延長氣田目前應(yīng)用的鉆井液體系中，強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵的KCL聚磺鉆井液能滿足水平井鉆井施工要求，適合該區(qū)域地層需要?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】楊國平，張吉，強(qiáng)小龍，徐森，萬單夫,趙當(dāng)妮，等.水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在致密砂巖氣藏中的應(yīng)用及技術(shù)難點-以蘇里格氣田為例[J].天然氣勘探與開發(fā),2014,37(4):58-62.董海東，林海，張振活,趙雷,劉婷婷.蘇里格長北氣田儲層保護(hù)鉆井液技術(shù)[J].天然氣勘探與開發(fā),2014,37(3):70-74.周文軍，歐陽勇,黃占盈，吳學(xué)升,王俊發(fā).蘇里格氣田水平井快速鉆井技術(shù)[J].天然氣工業(yè)2013,33(8):77-82.鄭偉娟，徐同臺,董曉軍，王海良漲永利,吳貝貝.延長氣田石干峰組與石盒子組井壁失穩(wěn)機(jī)理的研討[J].鉆井液與完井液,2015,32(1):34-37,41.李文明，向剛，王安泰，劉湘華,劉相興.蘇里格氣田大位移水平井鉆井液技術(shù)[J].石油鉆