聚合盐钻井液体系在吉木萨尔地区的应用研究

2012-11-10王越之苏小健长江大学石油工程学院湖北荆州434023

长江大学学报(自科版) 2012年10期

关键词：吉木萨尔抗盐泥岩

李俊，王越之，苏小健，陈沥 (长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023)

刘佩轩 (中石油新疆油田分公司勘探公司，新疆克拉玛依 834000)

聚合盐钻井液体系在吉木萨尔地区的应用研究

李俊，王越之，苏小健，陈沥 (长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023)

刘佩轩 (中石油新疆油田分公司勘探公司，新疆克拉玛依 834000)

阐述了准噶尔盆地吉木萨尔地区地层特点和聚合盐钻井液体系的作用机理，针对该地区地层不稳定、易缩径、垮塌和卡钻等问题，进行钻井液室内加重试验以及抗粘土侵、抗盐和钙侵试验，开展具有强抗污染能力的聚合盐钻井液体系的研究。室内研究表明，聚合盐钻井液具有较强的流变性、抗粘土侵和抗盐抗钙侵能力；现场应用表明，聚合盐钻井液显著减少了吉木萨尔地区的钻井复杂情况，降低了井径扩大率，提高时效，缩短了钻井周期，节约成本，井眼良好，表明聚合盐钻井液体系可以满足该地区钻井安全施工的需要。

准噶尔盆地；吉木萨尔地区；钻井液；聚合盐；抗污染性能；应用

准噶尔盆地东部吉木萨尔地区经历多次强烈构造运动，断裂和裂缝发育，各层系剥蚀程度不一，地层厚度存在较大差别，部分区域地层倾角较大，受构造运动影响，地层构造应力较强，在钻井时体现为地层易坍塌。从地层和已钻井资料看，该地区表层第四系的砂砾石层未成岩，易出现漏失和井塌卡钻等复杂情况；新近系和古近系的膏质、灰质泥岩发育，遇水易膨胀、缩径，进而造成卡钻；侏罗系西山窑组、八道湾窑组等地层煤层发育，井壁易垮塌，造成卡钻和遇阻；三叠系下统烧房沟组、韭菜园子组和二叠系梧桐沟组为红褐色泥岩地层，易吸水后造浆，造成井眼垮塌、缩径，同时易造成对钻井液的污染；侏罗系和二叠系梧桐沟组破裂压力较低，裂缝发育，易发生井漏，储层发育段和石炭系局部孔洞、裂缝发育，易引起井漏和溢流。针对以上该地区的地层特点，为防止以上复杂情况的出现，笔者对聚合盐钻井液体系在吉木萨尔地区的应用进行了研究。

1 聚合盐钻井液作用机理

聚合盐是以低分子量有机盐化合物为结构重复单元，通过一定条件的化学反应，聚合出具有较大回旋半径的高分子盐类结构，分子量为(2～6)×106[1-2]。聚合盐体系将聚合物与无机盐或有机盐在钻井液中各自的特殊抑制作用集于一体，通过调整聚合盐在钻井液中的含量以及合理的控制聚合盐自身的分子量大小，形成在钻井液体系中以聚合盐为主，辅之以相关钻井液性能的其他添加剂[3]，实现深井以及复杂井钻井过程中钻井液体系的统一性、抑制能力的连续性和高密度情况下始终具有良好流变特性。

聚合盐具有高分子聚合物的特性，溶液粘度随着加量或分子量的改变而明显变化，同时聚合盐具有盐类物质的特殊性质，即水溶性强、随着加量的提高溶液密度增加、过饱和情况下盐析，同时电离出大量的Na+和K+，使得回旋半径增大，增加钻井液的粘度，使得流变性和抑制性结合在一起。

2 聚合盐钻井液体系的室内评价

试验中使用的聚合盐为胶体，代号为JN-2，其干基有效浓度为25%。试验基浆配方如下：4%土般土浆+0.2% NaOH+3% RSTF(抗盐降滤失剂)+5% PHT(防卡降滤失剂)+20% JN-2(聚合盐抑制剂)+1% LV-CMC(低粘羧甲基纤维素钠盐)+7% KCl+1.5% MFG(有机硅稳定剂)+普通重晶石粉。

2.1加重评价试验

加重试验结果如表1所示。由表1可知，聚合盐钻井液体系加重后，漏斗粘度FV、塑性粘度PV、屈服值YP都有所增加，但泥浆流变系数变化小,说明该钻井液体系具有较好的流变性能。

表1 加重试验结果

2.2抗粘土侵试验

在聚合盐钻井液中分别加入5%、10%、15%的膨润土，在50℃和120℃试验条件下测试钻井液抗粘土侵性能，结果如表2所示。由表2可知，钻井液体系中加入5%的三级土后基本性能没有发生变化，随着膨润土加入量增多，FV、PV有所增大，但依然具有良好的流变性能，说明该钻井液体系抗粘土侵的性能较强。

表2 抗粘土侵试验结果

2.3抗盐、抗钙侵试验

在基浆中分别加入10% NaCl和1% CaSO4，在50℃和120℃试验条件下进行抗盐抗钙性能测试，结果如表3所示。由表3可知，加入10%NaCl和1% CaSO4之后，钻井液体系的粘度和滤失量有所变化，但变化幅度不大(都在可调范围内)，说明该钻井液体系具有较强的抗盐、抗钙侵能力。

表3 抗盐、钙侵试验结果

3 现场应用

作业现场使用如下聚合盐钻井液配方：4%土般土+0.2% KOH+15%～20% JN-2+5% PHT+1.5% LV-CMC+3% RSTF+7% KCl+1.5% MFG+普通重晶石。

使用工艺和技术要求如下：①按照上述配方转化钻井液，二开转化时保持JN-2在钻井液中的含量不低15%，KCl的含量达到7%，以防止泥岩的水化膨胀，保证聚合盐钻井液体系的强抑制性。②用LVCMC和RSTF控制钻井液，使其API失水小于5ml，防止泥岩水化膨胀。③用MFG、KCl调整钻井液流变性，增强井壁稳定效果。④按设计配方加入PHT、QCX-1(轻质CaCO3,暂堵剂)，改善泥饼质量，提高防塌、封堵和润滑性能。⑤二开转化时加入0.1% CaO进行预处理，利用同离子效应提高聚合盐体系的抗钙侵能力，避免钻井液性能发生较大波动。⑥二开前在储备罐中储备JN-2+KCl胶液20m3备用。⑦新近系钻进时参考邻井资料，该段钻井液密度控制为1.25～1.30g/cm3，同时依据井下实际情况结合dc指数[2]压力监测数据的结果进行调整。

根据邻井资料，针对实钻地层情况和地层特点，进行现场小型试验。在钻进过程中适时增加或减少添加剂用量，有针对性地提高钻井液的抑制性、堵漏能力和抗钙侵能力等，从而充分体现聚合盐钻井液的性能。

表4所示为吉21、吉19和吉191井应用聚合盐钻井液的综合性能指标。从表4可以看出：①聚合盐钻井液的剪切稀释效果好，有很强的携岩能力和静止悬浮能力，从而可保证各井提下钻正常;②聚合盐钻井液的抑制性和封堵能力强，采用合适的密度、粘度和切力，可以稳定钻井液性能，抑制泥岩造浆，防止泥岩遇水膨胀或缩径，而对有裂缝的硬脆性泥岩，可有效防止其坍塌，避免引起卡钻等复杂情况;③聚合盐钻井液性能稳定，对维护长裸眼井段的井壁稳定可起到关键作用。