聚胺酯复合盐钻井液技术在致密油气井的应用

杨光昭

摘要：随着油田钻井生产深入发展，井型有常规井，大斜度，水平井，致密油气水平井施工常遇到碳质泥岩，易垮塌和井漏，垮塌引起井下复杂，起下钻困难，划眼时间长;堵漏周期长，费用大，钻井成本高;斜井段和水平段定向托压严重，机械钻速低，钻井周期增大，为了寻找最佳的解决方案，钻井液方面通过对三磺钻井液，聚磺钻井液和复合盐钻井液的优点进行综合考虑，突出钻井液防塌和防漏优点加以利用，复配出聚胺酯复合盐钻井液体系，该钻井液既能稳定井壁、防止井漏，又能减少对油气层的损害，解决了坍塌应力要求钻井液高密度防塌与低气层孔隙压力。

关键词：聚胺酯;复合盐;致密油气

前言：钻井中遇到的困难井壁垮塌、井漏，保护油气层、保护环境，钻井液工作者一直在寻求能够在钻进页岩地层安全经济的水基钻井液。一种以聚胺酯复合盐为主剂的高性能水基钻井液已广泛应用于鄂尔多斯盆地钻井市场，操作简单，维护方便，成本低，性能稳定等特点，取得较好的效果。聚氨酯复合盐钻井液体系主要使用的是酰胺类作为聚合物的主剂，加强钻井液的絮凝能力和包被性，复合盐和树脂具有很强的抑制性和包被性，能够很好的提高钻井液的防塌和润滑性，为此优选出一种适用于长庆油气田、且成本较低，并具有强抑制性的聚胺酯复合盐钻井液体系，该体系能够很好地解决井塌定向托压等问题。

1 鄂尔多斯盆地钻井液技术难点

鄂尔多斯地区水平井井型通常为三和四开制，二开和三开斜井段主要为三叠系和二叠系上，主要目的层为二叠系下石盒子组、山西组和太原组，其中含有大量层理发育的煤层、泥质含量高碳质泥岩、深灰色泥岩地层，钻井施工过程中极易出现井壁失稳形成大面积垮塌现象，造成起下钻遇阻划眼周期长及定向滑动托压严重等情况。

1.1井壁不稳定性

1）延长组、马家沟组、和尚沟组、刘家沟组地层层理裂缝发育，遇水易水化膨胀分散剥落掉块，形成大面积垮塌出现大肚子井眼，刘家沟组地层存在裂缝性发育明显，承压能力差，对压力敏感，易发生井漏，堵漏难度大。

2）延长组，石千峰和石盒子组地层泥页岩、碳质泥岩岩性脆，层理发育良好，微裂缝发育明显，易发生剥落垮塌掉块，周期性垮塌明显。

3）山西组和太原组含多套煤层，煤层裂隙发育。

层理性强，胶结松散，多含有泥岩胶结物、性脆，且渗透性良好，易发生渗透性漏失;煤层胶结质泥岩易吸水膨胀，造成煤层应力失衡，导致煤层严重垮塌，形成大肚子井眼，引起井下复杂。

4）滑动定向钻进中钻具与井壁接触面较大，钻具斜躺在井壁上，摩阻大，钻压加不到钻头上，一味强调加大钻压，出现蹩泵现象，多次活动钻具造成工具面不稳定，增斜率低。由于粘附造成托压，对钻井液的润滑、泥饼质量提出了更高要求。

1.2 滑动钻进托压

1）浅井阶段定向，钻井液粘土含量较高，钻井液分散性差，形成的泥饼虚厚，固相含量高，粘附力强，泥饼质量差。

2）油溶性润滑剂在钻井液中分散差，使用周期短，润滑效果不理想;

3）油溶性润滑剂消耗快，使用量比较大，加量多时影响钻井液泥饼质量，钻井液性能差。

4）聚合物类润滑剂，由于聚合物使用周期短，润滑效果不理想。

2 技术思路与应用

根据油气井水平井斜井段地层和岩性特点，从提高钻井液的润滑性，降低摩阻，提高滑动能力，提高钻井液对泥岩、碳质泥岩、煤层等井壁的防塌能力和井壁的稳定机理分析出发，寻找更好的防塌抑制剂、封堵材料及高效润滑剂。

1）防塌性能 将 KCL、液体润滑剂和聚胺酯抑制剂FTJ-1 复配使用，达到协同防塌的效果，室内试验见表 1。由表 1 可知，在 3%KCL 基础上加入 0.4% FTJ-1，泥页岩滚动回收率可继续得到提高，在2%KCL 基础上复配 2%液体润滑剂，页岩滚动回收率提高明显，继续复配FTJ-1，页岩滚动回收率明显提高，表明 FTJ-1与KCL、液体润滑剂的协同与共同作用良好，防塌效果比较理想。确定抑制防塌方案为：

2）封堵能力 提高钻井液对底层的封堵能力，通过对目前现场所有堵漏剂的优选与复配，寻找更适合所钻地层的堵漏剂，提高堵漏效率，降低堵漏成本，对现场使用的封堵剂（氧化沥青、乳化沥青、超细碳酸钙、青石粉、海泡石绒、石墨、QD-1 和 QD-2）和研发的随钻超细植物纤维和超细凝胶进行了现场实验。实验方法：在现场井浆（3%膨润土+0.2%LV-CMC+0.1%降失水剂+3%封堵剂）中分别加入3%的封堵剂，根据不同井的现场试验，其中氧化沥青、DF-A和QD-1的加入使钻井液的封堵能力提高1倍以上，循环钻井液漏失量明显减小。

3）润滑性。针对鄂尔多斯定向油气井深浅不一样，地层不一样，地温差异大，处理剂的抗温性不一样，处理及选择难度大;润滑剂一般都是活性剂类价格高，用量大成本高，选择种类有限，固相控制难度大，泥饼中有害固相多，难以形成薄而韧的泥饼，油脂性润滑材料分散性差，温度影响比较大，浅井斜井段加入油脂类润滑剂分散性差，钻井液和润滑剂不配伍导致定向托压的问题，进行了润滑剂优选实验，结果见表 2

由实验结果及泥饼质量可知，现场使用的液体润滑剂润滑效果良好，润滑剂的配伍性差，导致泥饼质量差;单独使用液体润滑剂润滑性不明显，通过引入表面活性剂进行吸附性能改进，使润滑性得到了明显提高;表面活性剂的种类对提高液体润滑剂的润滑性影响很大，OP-10 对提高润滑性基本无作用，SP-80 可有效提高液体润滑剂的润滑作用，因此决定应用水溶性液体润滑剂，提高泥饼质量，改善润滑性，减少因钻井液原因引起的定向托压。

3 现场应用效果分析

1）钻井速度明显提升，采用强抑制强封堵聚胺酯钻井液所钻的靖77--64与靖77--62井比同一井队在同一井场所钻的陕56--26 与陕28—39--59井机械钻速提高 21%～20%钻井周期缩短3～20d;完井周期缩短10～30d。

2）防塌效果明显。该井致密油层位于一下段，长达2000 m 的水平段返出的岩屑仍然以泥岩或泥砂岩为主，泥岩易水化膨胀分散，容易造成井壁失稳难题。该井通过维持盐含量不低于7%，保证滤液具有较低的活度，同时保持白土含量2-3%，保证钻井液有一定的切力，維护钻井液的稳定性，结合高效封堵剂，形成薄而韧的致密泥饼，封堵硬脆性泥页岩的微裂缝，增强体系的护壁性。该井尽管后期完井作业超过40d，但是并没有出现任何井壁垮塌、掉块现象，验证了该体系良好的抑制防塌效果。

3）有效防止托压。该井斜井段造斜率高，水平段长，水平段钻井过程中井斜调整次数多，多处狗腿度大，井眼轨迹复杂，钻具与井壁接触面积大，容易产生托压，导致滑动定向钻进时加压困难，但是实钻过程中，通过高效液体润滑剂和固体润滑剂的协同作用，同时配合固控设备的使用，维持尽可能低的固相含量，控制体系润滑系数小于0.05，整个水平段钻进中没有出现因为托压影响定向钻进的现象。

4）井径规则。采用强抑制强封堵聚胺酯钻井液所钻的16口井，刘家沟组以下地层平均井径扩大率均小于12%。而该地区已完钻井刘家沟以下地层平均井径扩大率大于20%。

4 结论与探讨

1）鄂尔多斯盆地油田造斜段与水平段钻井过程中井壁垮塌的主要原因是部分地层泥页岩遇水膨胀分散，导致垮塌严重，钻井液防塌性能不足，不能很好的平衡地层应力，导致岩石脆裂。采用具有良好抑制能力和封堵能力的钻井液是预防和减少该地区井壁失稳的重要措施。

2）提高钻井液切力与动塑比，改善钻井液的流变性，减少钻井液的流动阻力;能够有效地提高钻井液携带岩屑的能力，减少岩屑床的形成;降低钻井液的滤失量，有利于形成薄且韧的泥饼，减少井下钻杆压差卡钻的发生。

3）通过室内实验，形成了聚胺酯复合盐钻井液配方，评价结果表明，该体系具有良好的流变性能和抑制性能，能够有效抑制泥页岩的水化膨胀。该体系形成的泥饼薄而韧，润滑性能较好，能够减少钻进过程中托压现象。