吉木萨尔页岩油水平井复合盐钻井液技术研究与应用

杨国栋(中国石油集团西部钻探工程有限公司吐哈钻井公司，新疆鄯善838200)

1 前期施工概况

前期完成井主要存在以下难点：(1)新近系底部、古近系上部和中下部地层膏质泥岩发育，易膨胀缩径、污染钻井液性能，阻卡问题较多。(2)侏罗系J2x、J1b煤层发育，易坍塌；三叠系T1j和二叠系P3w t 水敏性泥岩，易剥落坍塌，形成大肚子井眼。(3)侏罗系煤系地层容易发生漏失；J2t-J2x、J1b-T2k、P3w t-P2l 界面不整合，承压能力低易漏。(4)水平段延长，长斜井段岩屑悬浮携带和润滑防卡问题突出。

2 室内研究

2.1 膏质泥岩地层研究

2.1.1 矿物组分分析

对新近系-古近系膏质泥岩样品进行X 射线衍射分析，结果表明：该地层膏质泥岩矿物组分主要为硬石膏(CaSO4)和粘土，含少量石膏(CaSO4·2H2O)；粘土矿物伊蒙混层为主，易水化膨胀。

2.1.2 理化特性及复杂机理

(1)硬石膏(CaSO4)填充于泥岩孔隙和微裂缝中，吸水后变为生石膏(CaSO4·2H2O)，体积增26%左右；该地层泥岩自身也易水化膨胀导致缩径。(2)石膏溶解产生Ca2+，对钻井液造成污染，导致粘切、失水升高，流态变差。

2.1.3 主处理剂优选

(1)确定复合盐配比。分别测定三种盐在不同配比下对应的岩心膨胀量变化，得出：当NaCl 浓度达到15%～20%后，Weigh2加量5%即能满足抑制需要，继续提高加量膨胀趋势减弱。综合考虑，确定复合盐最优配比：7%KCl+15-20%NaCl+5%Weigh2。

(2)优选包被抑制剂。实验表明：IND10抑制泥岩水化分散效果最佳，最优加量为0.6%～0.8%。

(3)优选抗盐降失水剂。实验表明：Redu1和SP-8抗盐降失水效果好，最优加量均1%～1.5%。SP-8具有一定的调流型降粘作用，Redu1具有一定的增粘作用，粘切较低时护胶效果显著。(4)复合盐体系基础配方确定：清水+4%土粉+0.5%NaOH+

0.6-0.8%IND10+1-1.5%SP-8(Redu1)+7%KCl+15-20%NaCl+5%Weigh2。

2.1.4 基础配方性能评价

表1抑制性评价试验

表2抗污染性评价试验

优化后的配方抑制泥岩水化膨胀、分散能力更强，具有较强的抗粘土、抗钙污染能力。

2.2 易塌易漏地层研究

2.2.1 地层三压力分析

韭菜园组、梧桐沟组地层坍塌压力相对较高(平均1.38～1.45g/cm3)，井壁稳定性较差。结合已完成井施工情况，韭菜园组及以下井段钻井液密度需保持在1.50～1.60g/cm3。

2.2.2 岩石矿物组分分析

通过全岩X 射线衍射和电镜扫描分析，得出以下结论：

(1)该区域地层粘土矿物含量偏高，伊蒙混层为主，地层水敏性强，易水化膨胀分散。

(2)J2x、J1b属于强分散中等膨胀地层；T1j-P3w t 属于强分散中膨胀地层；P2l 属于中分散弱膨胀地层。

(3)煤系地层胶结疏松、孔隙较大，易塌易漏；P3w t 地层微裂缝发育，充填膨胀性矿物组分较多，胶结强度差。

2.2.3 井壁失稳机理

(1)J2x、J1b煤系地层孔隙、裂缝发育，胶结疏松，滤液侵入后加速粘土矿物水化效应，易形成大面积垮塌。

(2)T1j-P3w t 地层坍塌压力较高，粘土矿物含量高，伊蒙混层为主，易水化分散使岩石强度下降，导致剥落坍塌。

(3)侏罗系煤系地层和各不整合面承压能力低，容易发生漏失；P3w t、P2l 孔隙、微裂缝发育易漏。

2.2.4 防塌性能优化

2.3 水平段井眼净化技术研究

2.3.1 岩屑运移规律研究

(1)造斜段：钻杆在井眼高边，高流速泥浆位于低边携带钻屑。0～45°：返速达到1.04～1.34m/s 即能满足携带；大于45°：岩屑床沉积，随井斜增大厚度增加。

(2)水平段：钻杆位于井眼低边，高流速泥浆位于高边，携带钻屑较困难。利用钻具的转动和泥浆性能混合形成的粘性耦合作用使岩屑运移到流速较高的泥浆中。

2.3.2 钻井液流变参数优选

研究表明，井斜小于45°层流效果最好，45～65°层流和紊流效果相同，65～90°紊流效果好。但实际很难形成紊流，且紊流冲刷严重，不利于井壁稳定。故采用平板型层流，通过提高低剪切粘度满足携带，主要是提高动塑比和φ6值。动塑比保持在0.36～0.7，φ6保持在8～10最佳。

2.3.3 优选提切剂

选用以下四种常用提切剂进行室内评价，测量120℃、16h热滚前后的流变性能：

表4提切剂优选评价试验

TCLT-1、AP220具有较高的动塑比，热稳定性良好，φ6能提高至8以上；AP220在提切的同时对表观粘度影响较小。

2.3.4 优选润滑剂

对现场常用润滑剂进行评价对比：液体润滑剂中LU-99润滑性最好，复配2%固体润滑剂后润滑性明显提升。最优配比：3%LU-99+2%PGCS-1+2%石墨粉。

3 现场应用效果

2019年，该技术在新疆油田吉木萨尔页岩油区累计应用11口水平井，整体应用情况如表5：

表5水平井整体应用情况

(1)相比应用前事故复杂率减少6.53个百分点，钻井液成本降低88.18元/米。

(2)优化后的钻井液抑制性明显增强，返出钻屑成型规整；上部膏质泥岩地层阻卡复杂率减少3.13%；水平段润滑性改善显著，起下钻遇阻次数减少，最大摩阻降低44.5%。

(3)单井指标多次刷新新疆油田吉木萨尔页岩油指标：J10057_H 井，创新疆油田水基泥浆水平段最长、水平段周期最短等多项纪录；JHW 152 井，创吉木萨尔页岩油区三开水平井斜井段用时最短纪录。

表3 防塌沥青软化点评价试验

实验结果表明，垂深2000米前用KR-n、NFA-25封堵效果好；2000米后，KH-n 能起到更好的封堵防塌效果，最优加量2%～3%。复配2%超微粉，能进一步提高封堵造壁性。

4 结语

本文对吉木萨尔页岩油水平井复合盐钻井液技术及其应用进行分析研究。应用结果表明，取得了显著效果。单井指标多次刷新新疆油田吉木萨尔页岩油指标：J10057_H 井，创新疆油田水基泥浆水平段最长、水平段周期最短等多项纪录；JHW 152井，创吉木萨尔页岩油区三开水平井斜井段用时最短纪录。