天然改性低分子聚合物钻井液技术

2015-02-17王治法梅春桂

特种油气藏 2015年5期

关键词：极压井眼水平井

杨枝，许洋，王治法，梅春桂，李涛

(中国石化石油工程技术研究院，北京 100101)

天然改性低分子聚合物钻井液技术

杨枝，许洋，王治法，梅春桂，李涛

(中国石化石油工程技术研究院，北京 100101)

胜利油田桩西区块地温梯度大、井底温度较高、水平段长、井眼尺寸小，在钻探过程中易出现摩阻高、扭矩大、排量小、携岩困难、井壁失稳等问题，对钻井液的抗温性能、润滑性能、携岩能力和防塌性能提出了较高的要求。针对该地区技术难点进行分析，对钻井液体系进行了优化及评价，优选出的钻井液体系采用天然改性低分子聚合物作为核心处理剂，具有抗温性好、携岩能力强、润滑性好等特点。该钻井液体系在桩74-1HF井的钻探中取得了良好的应用效果。

钻井液;天然改性聚合物;抗温;携岩性能;桩74-1HF井

0 引言

桩74-1HF井是胜利油田在济阳坳陷沾化凹陷五号桩洼陷桩74块部署的一口高温长水平段水平井，目的层位沙三段以细粒岩屑长石砂岩为主，井型为三开水平井。该井完钻井深为4 700.00 m，垂深为3 642.73 m，水平位移为1 271.11 m，最大井斜为90.9°，最高井底温度为147℃。桩74-1HF井三开水平段较长，井眼尺寸为152.4 mm，对钻井液的抗温性、润滑性和携屑能力要求较高［1-7］。为保证水平井段的安全钻井施工，对三开井段钻井液进行了优化改进，现场试验取得了良好的效果。

1 技术难点与解决思路

桩74-1HF井三开水平段钻遇沙河街组沙三段，主要的施工技术难点如下。

(1)该井井深为4 700.00 m，垂深为3 642.73 m，水平位移为1 271.11 m，最大井斜为90.9°，要求钻井液具有更好的抗温、防卡性能。同时，为满足完井作业特殊要求，水平段井眼扩大率要求小于5%，也要求钻井液有更好的防塌性能。

(2)水平段钻具与井壁的接触面积大，致使钻井施工过程中摩阻升高、扭矩增大，施工难度大。水平段井眼尺寸小，循环压耗大，排量小，携岩困难，对钻井液润滑、携砂、防塌性能要求较高，小井眼水平井段产生的岩屑，如果清理不及时，极易发生黏附或沉砂卡钻，给钻井和井下安全造成很大隐患。

(3)储层段要求钻井液严格控制固相含量和滤失量。

针对以上技术难点，钻井液要综合考虑井壁稳定、携岩、润滑性能和油气层保护以及钻井综合成本等多项因素，采用环保型的天然改性低分子聚合物优化钻井液性能［8］，加大液相和固相润滑剂加量，通过优化钻井液流变参数，可保证井壁稳定、有效携砂和润滑防卡。

2 钻井液体系优化

2.1 基浆处理剂的优选

2.1.1 防塌抑制性评价

采用六速旋转流变仪评价实验、岩屑膨胀实验和滚动分散实验，对不同防塌材料进行了流变性评价，对不同抑制剂进行了抑制性评价(表1、2)。实验岩心和岩屑均由桩74-1HF井401～3 879 m井段岩屑磨制和筛滤制成。

表1 防塌材料流变性能评价

由表1可知，无荧光白沥青高温老化后滤失量最低，流变性能较好，故选择无荧光白沥青作为防塌材料。

表2 抑制剂滚动回收率评价

由表2可知，未加入抑制剂前，泥岩滚动回收率仅为7.95%，加入抑制剂FT-1或NH-1后，回收率均大幅度提高，随着FT-1加量的增加，回收率增加，最高达61.21%，而NH-1随着加量增加，滚动回收率始终保持在50.00%左右。

采用钠膨润土为岩心粉，在压力机制备样心，选用美国OFI页岩膨胀仪，测定16 h后2种抑制剂的膨胀率。实验结果显示，FT-1的膨胀率为77.52%，而NH-1的膨胀率为83.62%，FT-1的抑制性强于NH-1。

2.1.2 润滑性评价

室内采用EP极压润滑仪和六速旋转流变仪对极压润滑剂和RH-1 2种润滑剂进行了润滑性能评价，基浆为5%博友土浆。随着极压润滑剂加量的增加，基浆表观黏度先增加后降低，极压润滑系数降低率增加;随着RH-1加量的增加，基浆的表观黏度变化不大，极压润滑系数降低率增加，即RH-1对极压润滑系数的降低率高于极压润滑剂。

2.2 天然改性低分子聚合物的研制

称取一定量的天然材料于反应器中，加入100 mL的水溶液将其调成浆状，在70℃下加热搅拌1 h，取出冷却至室温。再将一定量的交联剂与适量单体溶解在30 mL水中，调节pH值在7左右，继续搅拌至完全溶解后与原溶液混合均匀，升温至65℃，反应2 h后，再加入部分单体，用以加速反应的进行，增加反应效率，保证反应的完全性，再反应1 h后停止加热搅拌。静置冷却至室温，粉碎后得到一种淡黄色粉末产品，即天然改性低分子聚合物。

2.3 优化后钻井液性能评价

(1)考虑到成本及现场钻井难点的控制，优化确定了现场使用基浆的基础配方:一开采用密度为1.07 g/cm3的预水化膨润土浆;二开采用聚合物润滑防塌钻井液基础配方，即3.0%膨润土+1.5%碱性调节剂(NaOH)+3.0%抑制防塌剂(FT-1)+ 1.5%油层保护剂+1.5%改性铵盐+3.0%磺化酚醛树脂(SMP)+1.0%大钾(KPAM)+3.0%无荧光白沥青+6.0%润滑剂(RH-1)+重晶石。

(2)水平段温度升高，要求体系在具备一定防塌、润滑性能的同时，还要具备抗温、降失水能力，故采用天然改性低分子聚合物优化钻井液基础配方。对天然改性低分子聚合物钻井液进行室内转换实验，测定转换前后钻井液性能变化，实验温度为150℃，时间为16 h，实验数据见表3。

表3 钻井液室内转换实验性能数据

由表3可知，在钻井液配方基础上加入天然改性低分子聚合物，优化后的钻井液抗温性能好，滤失量降低，对流变性影响较小。

3 现场应用效果分析

3.1 桩74-1HF井钻井工程简况

胜利油田桩74-1HF井为三开水平井，设计井深为4 636.47 m，垂深为3 625.00 m，实际完钻井深为4 700.00 m，垂深为3 642.73 m。该井从井深3 879.00 m处开始定向造斜，Ø152.4 mm钻头钻至着陆点4 636.47 m后进行裸眼完钻，最后下入Ø114.3 mm压裂管柱，全井最大井斜为90.9°，实际水平段长1 271.11 m。

3.2 天然改性低分子聚合物钻井液应用情况

桩74-1HF井三开水平段(3 879～4 500 m)前采用聚合物润滑防塌钻井液进行钻进，现场确定钻井至4 500 m后加入0.25%～0.50%天然改性低分子聚合物对钻井液进行优化，加量的时间控制在2～3个循环周，可根据钻井液的盐度、流变性和降滤失性能要求做调整。天然改性低分子聚合物与其他处理剂有效配伍，不仅增强了体系的抗温能力，抗温达150℃，保持了良好的抑制防塌能力、封堵造壁能力和润滑能力，动塑比保持在0.55以上，而且还改善了泥饼质量，API和HTHP滤失量均较小，减少了对井壁的浸泡，确保了井壁稳定，可保证长水平段钻井作业的顺利进行。

3.3 钻井液技术现场维护要点

天然改性低分子聚合物体系的现场维护工艺需要控制钻井液的pH值为7.5～9.0，在pH值太低时，采用“细水长流”的方式补充碱液;做好钻井液的固相控制，控制低密度固相含量小于10.0%，含砂量小于0.5%;水平井段容易形成岩屑床，造成沉砂卡钻，应提高钻井液的抑制防塌能力，严格控制钻井液的滤失量，保证滤饼质量良好;钻进过程中，根据实际情况及时调整钻井液性能，保证井眼畅通，井壁稳定，井下安全;钻进中要保持各种处理剂的有效含量，并定期补充，使钻井液性能符合设计各井段要求。

3.4 应用效果

天然改性低分子聚合物钻井液钻井段平均机械钻速为31.5 m/h，井径平均扩大率为3.45%，优化前平均井径扩大率为4.93%，井眼相对规则，表明天然改性低分子聚合物钻井液体系较好地满足了该地区非常规水平井段的钻井工程需求。