胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系研究与应用

2016-11-16张翔宇

天然气勘探与开发 2016年3期

关键词：胺基抑制性泥岩

张翔宇

（中国石化集团胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司）

胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系研究与应用

张翔宇

（中国石化集团胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司）

济阳坳陷沾化凹陷桩西古潜山披覆构造带南部桩64-平1井的斜井段、水平段位于上第三系东营组底部和下第三系渐新统沙河街组一段，该地层为泥页岩、油泥岩、灰色泥岩夹层，极易发生坍塌掉块、井壁失稳等井下复杂情况。针对这一难点，结合室内实验研究，选择了胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系，利用胺基硅醇的强抑制性抑制泥页岩、油泥岩水化膨胀，利用强抑制钻井液体系的高膨润土容量限，提高体系的优质黏土含量，并复配封堵防塌材料对地层微裂缝进行封堵，有效地避免了钻进易坍塌地层出现掉块、井壁失稳等井下复杂情况。图1表7参4

济阳坳陷胺基硅醇强抑制封堵防塌流型调节剂井壁失稳

0　引言

桩64-平1井是济阳坳陷沾化凹陷桩西潜山披覆构造带南部桩64块构造较高部位的一口水平井。设计垂深：A靶垂深3 140.00 m，B靶垂深3 147.00 m，A靶～B靶间水平距离261.01 m。完钻层位：沙一段。

该井前期施工顺利，但钻进至井深3 363 m（井斜91°）时，由于迟迟未能发现油层，在水平段不断调整井身轨迹，且钻井液设计密度偏低，井底水平段位置发生坍塌，划眼也没能解决井底复杂情况，后填井侧钻。

该井施工难点是斜井段、水平段位于第三系东营组底部和沙一段，该层段为泥页岩、油泥岩、灰色泥岩夹层，极易发生坍塌掉块现象，造成井下复杂情况［1］。

针对该难点，侧钻后选择了胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系，利用该体系的强抑制能力和强封堵能力，成功解决了该区块东营组底部和沙一段油泥岩、泥页岩水化膨胀、坍塌掉块等复杂情况，桩64-平1井侧钻后施工顺利，未再发生井塌等复杂情况。该井侧钻后仍未发现油气层，再次填井侧钻，井号改为桩64-平1侧，仍然使用胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系，施工顺利，也未出现复杂情况，顺利完井。

1　胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系特点

1.1胺基硅醇强抑制剂的特点

（1）胺基硅醇为含硅羟基、胺基的有机高分子化合物，分子中的Si—OH键与黏土上的Si—OH键缩聚成Si—O—Si键，胺基通过电荷吸附在黏土颗粒表面，形成牢固的化学吸附［2］；

（2）在胺基的基础上引入了硅羟基，通过对黏土表面形成疏水层，阻止了胺基对黏土颗粒的影响，因此胺基硅醇的加入对体系的流变性和滤失量影响较小；

（3）在黏土表面形成一层疏水基团朝外具有疏水特性的吸附层，阻止和减缓了黏土表面的水化作用，从而增加钻井液体系的抑制能力［3］。

1.2胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系的特点

（1）该体系采用胺基硅醇作为强抑制剂，使得该体系具有抑制泥页岩水化膨胀、防止地层坍塌掉块的特点；

（2）该体系能使地层岩石表面形成润湿反转，由亲水性转为疏水性，有效地阻止滤液侵入地层，避免地层中泥页岩、油泥岩由于水化膨胀而发生坍塌掉块；

（3）该体系具有流变性稳定特点，体系中加入胺基硅醇抑制剂能有效地抑制土相造浆分散，保持钻井液流变稳定性；

（4）该体系膨润土容量限、固相容量限要高于普通钻井液体系，体系中更高的土相和有用固相含量可以加强对地层微裂缝的封堵，及时形成致密滤饼，起到保护井壁防止坍塌掉块的作用；

（5）该体系具有保护油气层的特点。

2　室内实验研究

2.1胺基硅醇疏水性实验

从图1a可看出，水滴滴到亲水性岩石表面后，水滴在亲水岩石表面铺展开。

从图1b可看出，水滴滴到经0.5%胺基硅醇溶液浸泡8～12 h后的亲水性岩石表面之后，水滴呈球形，亲水性岩石经胺基硅醇溶液浸泡后岩石表面转换为疏水性。由上面两图可看出，胺基硅醇可改变岩石表面的亲水性，利用此特性，可以有效地抑制井壁水化膨胀，有利于保持井壁稳定，而且还具有保护油气层的特点。

图1　胺基硅醇疏水性实验现象展示图

2.2胺基硅醇对钻井液体系流变性影响实验

1号实验样品选择桩64-平1井处理井下复杂划眼期间的井浆，取样井深3 350 m。

1号钻井液样品配方（质量体积分数，下同）：

10%～12%膨润土+0.3%～0.5%聚合物包被剂+ 1%～1.5%聚合物降滤失剂+1%～1.5%抗复和盐水降滤失剂+2%～3%褐煤防塌降滤失剂+2%～3%磺化酚醛树脂+3%～4%超细碳酸钙。

1号井浆是划眼期间使用钻井液，由于井下出现复杂情况，需要钻井液具有高黏切的特性，将井底掉块带出。由表1中数据看出，1号井浆加入0.3%的胺基硅醇后，钻井液的漏斗黏度、PV、YP、G10s/G10min值明显降低，当胺基硅醇加量达到0.5%时，流变参数仍有所降低，而且加入胺基硅醇后滤失量未发生变化。

桩64-平1井划眼期间需求钻井液具有较高黏切，待复杂情况处理完后，可利用胺基硅醇来调整钻井液流动性，提高钻井液的抑制性，由于井下仍可能存在坍塌掉块风险，所以调整流动性时，胺基硅醇的加量0.3%～0.5%比较合适。

表1　胺基硅醇对钻井液流变性影响实验数据

2.3胺基硅醇抑制性评价试验

2号实验钻井液样品选择的桩64-平1井填井侧钻后井浆，取样井深2 800 m。

2号钻井液配方：6%～8%膨润土+0.3%～0.5%聚合物包被剂+1%～1.5%聚合物降滤失剂+1%～1.5%抗复和盐水降滤失剂+2%～3%褐煤防塌降滤失剂+2%～3%磺化酚醛树脂+3%～4%超细碳酸钙

3号钻井液配方：2号钻井液+0.5%胺基硅醇

4号钻井液配方：2号钻井液+0.5%胺基聚醇

页岩膨胀实验样品：评价土装入压模，用压力机加压至4 MPa，5 min后取出压好的实验样品。

2号、3号、4号钻井液样品性能见表3。

表3　钻井液样品性能参数

取2号、3号、4号钻井液样品的滤液做页岩线性膨胀实验，实验结果见表4。

表4　钻井液样品页岩膨胀实验结果数据

由表3中可看出，井浆中加入0.5%胺基硅醇后黏度切力稍有降低，API滤失量未有变化。井浆中加入0.5%的胺基聚醇后，钻井液稍有增稠现场，且API滤失量明显增加。由表4实验数据可看出，胺基聚醇的抑制性要优于胺基硅醇，但两者相差不大，考虑到材料成本以及后期维护成本，桩64—平1井选择胺基硅醇作为强抑制剂。