強抑制復合鹽鉆井液研究及在吉木薩爾區塊的應用

李 暉

強抑制復合鹽鉆井液研究及在吉木薩爾區塊的應用

李 暉

（中國石油吐哈油田公司工程技術研究院, 新疆 吐魯番 838202）

以吉木薩爾區塊為研究對象，在分析了已鉆井的復雜類型、已使用鉆井液的優缺點以及地層黏土礦物的分布情況之后，開展了鉆井液處理劑的室內研究及配方優化。分別從抑制劑、封堵劑進行優選，最終確定出適合吉木薩爾區塊新型鉆井液體系——復合鹽鉆井液，該鉆井液首輪試驗井為吉2801H井和吉3301井。從現場試驗情況來看，鉆井液的抑制包被性能良好，能夠很好地控制巖屑分散，封堵性能良好，加強了井壁的穩定性，滿足現場的施工要求。為后續鉆井液設計提供了可靠的依據。

吉木薩爾；抑制性；封堵性；復合鹽鉆井液；應用

在鉆井過程中，井壁穩定的問題越來越成為制約提高鉆井速度和鉆井效益的重要因素。由于所鉆地質結構和地層巖性不一樣、鉆井施工的鉆井液體系、工程技術措施、技術參數有差異，所采用的井壁穩定技術也存在著很大差別。

吉木薩爾凹陷發育地層自上而下有第四系（Q），新近系（N），古近系（E），白堊系吐谷魯群（K1tg），侏羅系齊古組（J3q）、頭屯河組（J2t）、西山窯組（J2x）、三工河組（J1s）、八道灣組（J1b），三疊系克拉瑪依組（T2k）、燒房溝組（T1s）、韭菜園組（T1j），二疊系梧桐溝組（P3wt）、蘆草溝組（P2l）、將軍廟組（P2j）和石炭系（C），二疊系將軍廟組（P2j）。由于該區塊的地層條件復雜，對已鉆井的資料分析發現：鉆井復雜主要表現為漏失、卡鉆、劃眼等，損失時間2 285.25 h，其中漏失井數最多（密度高導致），卡鉆復雜時效最多。表層1 000～1 600 m膏質泥巖段易發生縮徑阻卡；從西山窯組（J2x）到梧桐溝組（P3wt）裂縫發育，易發生井漏；梧桐溝組（P3wt）到蘆草溝組（P2l）泥巖發育，易吸水垮塌。

針對以上難點，本文從提高鉆井液的抑制性、封堵性入手，對井壁失穩問題進行研究解決。

1 強抑制復合鹽鉆井液配方研制

1.1 抑制劑優選

分別通過滾動回收實驗和膨脹實驗對抑制劑進行評價優選。

1）滾動回收實驗

將巖屑掉塊烘干，稱取50 g巖屑4組，選取了四種不同的抑制劑配制成350 mL水溶液，巖屑分別放入不同的抑制劑水溶液中進行熱滾，熱滾條件為80 ℃×16 h。達到實驗時間后，取出、冷卻、漂洗、烘干、稱重，計算一次回收率。進行二次滾動回收實驗，重復上述操作，實驗結果見圖1。

圖1 不同抑制劑的巖屑滾動回收率

從圖中可以看出，4#抑制劑的滾動回收率最高，一次回收率為61.3%，二次回收率為49.7%，所選的抑制中，4#抑制劑的抑制分散作用最好。

2）膨脹實驗

取鉆井用膨潤土粉10 g，在10 MPa條件下穩壓5 min制備25 mm直徑的人工巖心柱，于室溫下分別測試巖心柱在不同抑制劑水溶液中的膨脹量。測試結果如圖2所示。

從圖中可以看出，4#抑制劑的膨脹率最低，為17.98%，認為該抑制劑具有很好的抑制膨脹作用。

綜合以上兩組實驗，優選出4#抑制劑。

圖2 不同抑制劑的膨脹率

1.2 封堵劑優選

封堵劑粒徑大小選擇是儲層高效開發的研究重點之一，根據滲透率損害裝置測試出滲透率的條件下，計算巖心平均孔徑大小，有的放矢進行納米材料粒徑范圍選擇。

表1 不同滲透率巖心的平均孔徑

納米封堵是解決頁巖井壁失穩的關鍵，抑制性和潤滑性是影響的兩個關鍵因素，本研究使用的環保型納米無機物兼具泥頁巖抑制劑和潤滑劑的功能。

將對不同封堵材料進行性能對比，實驗結果見表2。

實驗結果表明，納米無機物在鉆井液體系中具有較好的綜合性能。當其加量為3%的時候，防塌、降濾失效果優良；不提粘、不提切，對流變性影響??；能夠有效地改善泥餅質量，達到降低鉆井液濾失量的作用。

表2 封堵劑的性能對比

同時對納米材料進行電鏡掃描，如圖3。

納米材料的形貌好似給鉆井液裝上了很多“小輪子”，有利于進一步提高鉆井液的潤滑性能。

2 配方的確定

基于以上研究對原有鉆井液體系配方進行優化，形成了環保鉆井液體系如下，分別對其進行性能評價。

2.1 低密度聚合物鉆井液體系

配方1：鈉基膨潤土+KPAM+1～DRFL-W1或W2或W3。

配方2：配方1+MPA +納米硅封堵劑+封堵劑+重晶石。

低密度聚合物鉆井液體系性能檢測結果見表3。

表3 低密度聚合物鉆井液體系性能檢測結果

2.2 高密度聚合物鉆井液體系

配方3：鈉基膨潤土+KPAM+DRFL-W4。

配方4：配方3+MPA+納米硅封堵劑+封堵劑+重晶石。

高密度聚合物鉆井液體系性能檢測結果見表4。

表4 高密度聚合物鉆井液體系性能檢測結果

2.3 高復合鹽水聚合物鉆井液體系

配方5：鈉膨潤土+NaCl+CaCl2+MgCl2·6H2O+ Na2CO3+DRVis-140+DRFL-F2+SINT+MPA+重晶石。

高復合鹽聚合物鉆井液體系性能檢測結果見表5。

表5 高復合鹽水聚合物鉆井液體系性能檢測結果

3 現場應用

3.1 吉2801H井現場使用情況

吉2801H井是吉2801井組的一口水平井，完鉆井深4 878 m。對鉆井液現場的應用情況進行跟蹤，鉆井液的性能穩定，抑制性良好，攜帶性強，形成的泥餅薄而致密，見圖4，未出現井下復雜情況，復雜滿足井下要求。表6是對鉆井液性能的跟蹤情況以及不同井段現場使用的鉆井液性能測試數據。

表6 吉2801H井不同井段的鉆井液性能數據

圖4 吉2801H井現場泥餅圖

3.2 吉3301井現場使用情況跟蹤

吉3301井是部署在準噶爾盆地吉木薩爾凹陷吉33井區一口評價井，鉆探目的是落實吉33塊二疊系蘆草溝頁巖油“上下甜點體”含油性，兼探石炭系含油性。

吉3301井完鉆井深4 700 m。對鉆井液現場的應用情況進行跟蹤，鉆井液的性能穩定，抑制性良好，返出鉆屑棱角分明，不粘篩不結團，能干凈利落地從振動篩上滾下（圖5），未出現井下復雜情況，復雜滿足井下要求。表7是對鉆井液性能的跟蹤情況以及不同井段現場使用的鉆井液性能測試數據。

表7 吉3301H井不同井段的鉆井液性能數據

圖4 吉3301H井現場鉆屑圖

4 結 論

1）通過對吉木薩爾區塊鉆井液難點分析，分別對抑制劑、封堵劑進行了優選。

2）針對吉木薩爾鉆遇巖鹽層、鹽膏層或鹽膏混層等高含鹽鈣地層，對鉆井液體系進行了抗鹽性和抗鈣性評價，結果表明體系具有良好的抗鹽、抗鈣能力，能夠滿足現場的使用要求。

3）對鉆井液應用情況進行跟蹤，表明鉆井液的性能穩定，抑制性良好，返出鉆屑棱角分明，能夠快速從振動篩上脫落，未出現井下復雜情況，滿足使用要求。

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Study on Strong Inhibition Complex Salt Drilling Fluid and Its Application in Jimusaer Oilfield

（Engineering Technology Research Institute of PetroChina Tuha Oilfield Company, Turpan Xinjiang 838202, China）

taking Jimsar block as the research object, after analyzing the complex types of drilling fluid, the advantages and disadvantages of the used drilling fluid and the distribution of clay minerals in the formation, the indoor research and formulation optimization of drilling fluid treatment agent were carried out. Based on the optimization of inhibitors and plugging agents, a new drilling fluid system, composite salt drilling fluid, suitable for Jimusaer block was finally determined. The first round of test wells of the drilling fluid are well Ji 2801h and well Ji 3301. According to the field test, the drilling fluid has good performance of restraining coating, controlling cuttings dispersion and plugging, enhancing the stability of the well wall and meeting the construction requirements on site. It provides a reliable basis for the follow-up drilling fluid design.

Jimusar; Inhibition; Plugging; Complex salt drilling fluid; Application

2021-03-19

李暉（1988-），湖南省常德市人，工程師，碩士， 2014年畢業于西安石油大學化學工程，研究方向：油田化學及油田地面工程。

TE254.6

A

1004-0935（2021）06-0780-04