钾钙基有机盐钻井液体系在莫116井区的应用

罗 亮　陆 军　唐琪凌　李春祥

(1.新疆油田公司开发公司， 新疆 克拉玛依 834000； 2.新疆油田公司工程技术研究院， 新疆 克拉玛依 834000；

3.西部钻探克拉玛依钻井泥浆技术服务公司， 新疆 克拉玛依 834009)



钾钙基有机盐钻井液体系在莫116井区的应用

罗 亮1陆 军1唐琪凌2李春祥3

(1.新疆油田公司开发公司， 新疆 克拉玛依 834000； 2.新疆油田公司工程技术研究院， 新疆 克拉玛依 834000；

3.西部钻探克拉玛依钻井泥浆技术服务公司， 新疆 克拉玛依 834009)

摘要：准噶尔盆地腹部莫116井区在钻井过程中遇到的主要难点是：二开长裸眼井段在吐谷鲁群地层有大段泥岩易吸水膨胀，极易造成缩径、卡钻；西山窑组的煤层易掉块和垮塌，同时该层也是潜在漏失层；三工河组地层压力系统复杂，下部存在高压含气水层。针对该区块钻井缩径和卡钻问题，研制一种有效的钾钙基有机盐钻井液体系。该钻井液体系具有抑制性强、流变性好且易调控、滤失量低、携岩能力良好等特性，可避免井下复杂情况引起的事故，提高机械钻速和电测一次成功率。

关键词：莫116井区； 钾钙基； 有机盐； 抑制性

莫116井区钻遇地层从上至下为：白垩系艾里克湖组K2a、吐谷鲁群组K1tg(底界深度约3 880 m)、侏罗系头屯河组J2t(底界深度约3 940 m)、西山窑组J2x(底界深度约4 055 m)、三工河组J1s(J1s3底界深度约4 170 m、J1s2底界深度约4 300 m)。准噶尔盆地腹部莫北地区吐谷鲁群地层有大段膏质泥岩易吸水膨胀，极易造成缩径、卡钻，西山窑组煤层易掉块和垮塌，传统钻井液体系抗盐、抗钙能力较弱，钻遇大段含盐、膏质泥岩地层时易受污染，钻井液失水上升，流变性变差，造成地层缩径、坍塌等井下复杂，甚至发生卡钻、卡套管事故[1-4]。在莫北2井区已成功使用钾钙基钻井液体系，但是莫116井区的地质条件比莫北2井区的更加复杂，所以在钾钙基体系基础上加入有机盐以增强对泥岩的抑制性，提高钻井液抗盐、抗钙与防塌能力[5-8]，满足复杂地层钻井需要。钾钙基有机盐钻井液在莫116井区应用后，表现出抑制性强、流动性好，固相含量低，易于维护处理，油气层保护效果明显等优点，钻井施工顺利，收到了很好的应用效果。

1钻井液技术存在的问题

该井区所钻井设计井深4 350 m，其中吐谷鲁群组地层厚度在3 900 m左右。上部岩性主要以大套棕色、暗棕色泥岩夹薄层灰绿色泥岩、细砂岩，其中泥岩层厚、夹层多、含膏质；中部和下部也有棕色和暗棕色泥岩，泥岩水敏性强，易水化分散、膨胀，容易导致井眼缩径和垮塌[9-10]。侏罗系地层以泥岩、泥质砂岩及粉砂岩为主，西山窑组有3套煤层，造浆性强、易垮塌，电测易遇阻和黏卡。邻井在钻井过程中，在井段600 — 800 m、1 400 — 2 000 m、2 600 — 3 300 m遇阻、卡钻和电测黏卡的复杂和事故经常发生。

1.1表层和二开长裸眼段钻进存在的问题

莫116井区地处沙漠腹地，表层为风成散沙和砂砾石，钻井容易发生窜漏和垮塌。在二开长裸眼段，吐谷鲁群地层(平均厚度为3 900 m左右)中上部主要为棕色泥岩、粉砂质泥岩，夹中 — 薄层泥质粉细砂岩，即二开长裸眼段钻井中，泥岩井段易吸水膨胀、分散，造成缩径、垮塌等复杂情况。

1.2完井作业存在的问题

莫116井区井眼稳定性差，井径不规则，钻进时阻卡现象严重[11]。中完及完井测井裸眼段长，作业时间久，电测时容易卡电缆。侏罗系西山窑组的煤层夹层易掉块和垮塌，同时也是潜在的漏失层。三工河组地层存在泥岩夹层，且易吸水膨胀，造成井眼缩径，垮塌严重，尤其在4 100 m左右处井眼扩大率较大，2010年已完钻井的完井电测遇阻、遇卡严重。通过对地层特性和邻井实钻情况的分析得知：井眼严重缩径造成起下钻阻卡、划眼、开泵憋漏地层以及西山窑组煤层的垮塌是该区钻井的主要难点，其中吐谷鲁群组井深1 400 — 1 800 m、2 600 — 3 300 m属严重缩径井段，3 900 — 4 150 m属易垮塌井段。因此, 有效抑制长裸眼段井眼的缩径和垮塌是钻井液技术的重点。

2钾钙基有机盐钻井液的作用机理

利用Ca2+与泥岩中的Na+发生离子交换作用，使钠质土转变为钙质土，同时Ca2+与黏土发生化学反应，产生不可逆的吸收，在黏土颗粒的表面形成水化硅酸钠；K+为抑制离子，Ca2+为辅助抑制离子，通过离子交换和吸附降低了黏土颗粒的亲水性和分散度，从而抑制泥岩的水化分散。

3钾钙基有机盐钻井液的配方研究

根据莫116井区钻井实际情况并结合直井不下技术套管的钻井试验成果，为保证大段强水敏地层井壁稳定，利用有机盐的强抑制性解决大段强水敏性泥页岩地层引起的长裸眼段井壁不稳定问题，优选试验钾钙基有机盐钻井液体系[11-12]。本次研究在综合考虑钻井液的性能和成本的基础上，通过大量的室内试验研究和配方研究，最终得出适合于莫116井区的钾钙基有机盐钻井液的配方为：4%坂土+0.2%Na2CO3+0.3%KOH+ 0.8%(SP-8)+7%KCl+0.8%FA367+0.5%NPAN+3%阳离子乳化沥青，再加上3%SMP+1%SPNH+0.3%CMC+0.5%CaO+3%磺化沥青粉，最后再配上10%(OS-100)+0.3%(KSZJ-1)+2%(QCX-1)+1%润滑剂+重晶石。该配方配制的钾钙基有机盐钻井完井液体系的性能参数及其抑制性评价分别见表1和表2。

表1　钾钙基有机盐钻井完井液体系常规性能流变参数数据表

表2　钾钙基有机盐钻井完井液体系抑制性评价

本次研制的钻井液与其他钻井液相比较，具有的优势和特点为：(1)抑制性强；(2)抗高温、抗污染能力强；(3)造壁性好；(4)保护油气层效果好。

现场应用表明：该钾钙基有机盐钻井完井液体系有较强的抑制性，可抑制钻屑分散及黏土膨胀，有利于防止缩径和卡钻；同时钻井液中侵入的亚微米颗粒少，有利于提高机械钻速[13-14]。从表2中的数据可以看出，该类型钻井液对强水敏地层的岩屑回收率高，抑制性强。

在室内分别测试该体系在80，100，120，140 ℃下热滚16 h后的钻井液性能。测试结果表明在不同温度下该体系都具有良好的流变性能和较低的滤失量，热滚后性能变化不大，表现出较强的热稳定性。对该体系进行抗膨润土、抗盐、抗石膏污染实验，结果表明：钾钙基有机盐钻井液流变性及滤失造壁性保持良好且稳定。Redu系列降滤失剂和沥青类产品可以明显改善泥饼质量、降低滤失量,形成薄而韧的泥饼,防塌、防卡效果较好。该钻井液固相含量低可以抑制泥岩中黏土矿物的膨胀与分散，进入油层后可形成屏蔽暂堵，有效保护储层。

4现场应用案例分析

新疆油田莫116井区共完成3口评价井和57口开发井，评价井使用的是钾钙基聚磺钻井液，开发井中有48口使用了本次研制的钾钙基有机盐钻井液体系，其余9口井使用了钾钙基聚磺钻井液。采用钾钙基有机盐钻井液的井与采用钾钙基聚磺钻井液的井相比，油层段的井径更加规则，复杂时间大幅度降低，平均机械钻速提高了46.20%(见表3)。

表3　不同钻井液体系效果对比表

在使用钾钙基有机盐钻井液的48口井中，筛选出当年已投产的6口井。这些井地层条件和目的层厚度相近并且未采取任何改造措施而具备自喷生产能力，同时使用的采油工艺相同、生产时间相同、产量相对稳定。不同体系的产量对比表明：使用钾钙基有机盐钻井液体系的油井平均每月产量是使用钾钙基聚磺钻井液体系的2倍以上，对于提高产量具有显著的效果(见表4)。

表4　使用不同钻井液体系下原油月平均产量对比表

5结语

(1)本次研究开发的钾钙基有机盐钻井液体系具有固相含量低的特点，可抑制泥岩中黏土矿物的膨胀与分散，进入油层后可形成屏蔽暂堵，实现储层的有效保护。

(2)本次研究的钾钙基有机盐具有良好的抑制、吸附、镶嵌作用功能，能解决钻井中缩径、卡钻、垮塌等问题。

(3)该体系能使机械钻速快，井径规则，保证电测一次成功率和固井的顺利进行，对于提高产量具有显著的效果。

参考文献

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The Application of Potassium and Calcium Based Organic

Salt Drilling Fluid System in Mo 116 Well Area

LUOLiang1LUJun1TANGQiling2LIChunxiang3

(1.Development Co. of PetroChina Xinjiang Oil Field, Karamay Xinjiang 834000, China;

2.Institute of Engineering and Technology of PetroChina Xinjiang Oil Field, Karamay Xinjiang 834000, China;

3.Karamay Drilling Mud Technology Services Company of XDEC, CNPC, Karamay Xinjiang 834009, China)

Abstract:Mo 116 well block structure is located in Junggar basin with complex geological conditions, high gypsum and montmorillonite content. In the process of drilling the main difficulties are: the long open hole section in Tugulu formation has a large section of the mudstone, and is easy to swell, causing shrinkage and sticking; west Shanyao kiln group would easily collapse and fall, and there is leakage risk; Sangonghe group formation pressure system is complex with high pressure gas layer. To solve these problems, we applied potassium calcium base organic salt drilling fluid system, which has many advantages, such as strong inhibitory, good rheological property, low fluid loss amount, and good capacity of bringing debris. Meanwhile, this system could reduce the accidents and improve the rate of penetration and electric log.

Key words:Junggar basin; Mo 116 well block; potassium calcium base; organic salt; inhibitory

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2015)03-0060-03

中图分类号：TE254

作者简介：罗亮(1981 — )，男，新疆人，工程师，研究方向为钻井液研制。

基金项目：国家“十二五”重大专项“复杂油气藏优快钻井技术研究” (2012E-34-13)

收稿日期：2014-11-06