川東北地區(qū)是中國天然氣最富集的區(qū)域之一,近年來中石化已將川東北地區(qū)作為重要的天然氣資源勘探開發(fā)區(qū)域。川東北地區(qū)海相儲(chǔ)層以碳酸鹽巖為主,存在地層溫度高、壓力梯度大、鹽膏侵嚴(yán)重、硫化氫含量高等難點(diǎn),對(duì)鉆井液技術(shù)提出了極高的要求。如金溪1井最高溫度為140e,最高鉆井液密度為2.16 g/cm3;河壩1井最高鉆井液密度達(dá)2.45g/cm3,最高溫度為160e。因此,需要研究出抗溫達(dá)160~180e、可控密度達(dá)2.45~2.70 g/cm3的抗高溫超高密度鉆井完井液,以滿足川東北地區(qū)深井、超深井安全、高效、快速鉆井的要求。

 

  1 研究思路.

 

  鉆井液處理劑在高溫高壓下可能會(huì)發(fā)生降解、發(fā)酵、增稠及失效等反應(yīng),從而導(dǎo)致鉆井液性能惡化,甚至將導(dǎo)致無法正常鉆進(jìn)。因此制定了以下的研究思路:篩選適用于超高密度鉆井液的加重劑[1-2];優(yōu)選出合適的抗高溫處理劑;確定膨潤土限量;綜合研究后形成基本體系并進(jìn)一步優(yōu)化;評(píng)價(jià)鉆井液性能,通過高溫穩(wěn)定性、潤滑性、抑制性、抗污染性等室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)并進(jìn)一步完善體系配方,最終形成適合于川東北地區(qū)的抗高溫超高密度鉆井液。

 

  室內(nèi)研究.

 

  體系組成的優(yōu)選.

 

  通過前期室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),形成了川東北地區(qū)抗高溫超高密度鉆井液)))復(fù)合金屬離子聚磺鉆井液,其基本配方如下。

 

  膨潤土漿+(0.1%~0.3%)復(fù)合金屬離子聚合物+(0.1%~0.3%)聚合物降黏劑+(2%~4%)SMP-1+(2%~5%)SMC+(1%~2%)稀釋劑+(1%~2%)防塌潤滑劑+(1%~2%)增黏護(hù)壁封堵劑+(0.2%~0.5%)KOH +(1%~3%)聚合醇+(0.2%~0.5%)乳化劑+(3%~5%)抗鹽抗高溫潤滑劑RH-220+改性重晶石粉加重劑的優(yōu)選.

 

  超高密度鉆井液流變性能的維護(hù)處理異常困難,經(jīng)常會(huì)陷入惡性循環(huán),體系的流變性和沉降穩(wěn)定性之間的矛盾突出,因此加重劑的種類、粒度分布選擇就成為研究的重點(diǎn)?？紤]到鈦鐵礦粉的成本高以及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理的難度較大,選用重晶石粉(密度不小于4.30 g/cm3、堿土金屬含量不大于30 mg/L)作為加重劑,使用特殊的工藝將重晶石粉進(jìn)行改性,改變重晶石粉的粒度分布和表面活性,降低其黏度效應(yīng).

 

  膨潤土限量的選擇.

 

  高溫超高密度下,如鉆井液膨潤土含量過高,高溫作用會(huì)促進(jìn)黏土水化分散,使鉆井液黏度、切力增大,甚至使其失去流動(dòng)性,且這一作用不可逆;如果膨潤土含量過低,鉆井液中的高價(jià)陽離子會(huì)在高溫條件下擠壓黏土擴(kuò)散雙電層,使黏土易于高溫聚結(jié),削弱鉆井液基本的凝膠強(qiáng)度,破壞其穩(wěn)定性,極易使重晶石粉、巖屑等固相沉降從而引發(fā)井下復(fù)雜事故。

 

  為此,開展了超高密度鉆井液膨潤土限量的研究.

 

  抑制性.

 

  取川東北地區(qū)沙溪廟、千佛崖、須家河組的泥頁巖,通過熱滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)、線性膨脹試驗(yàn),考察復(fù)合金屬離子聚磺鉆井液對(duì)泥頁巖的抑制性能。金溪1井1 600~1 800 m井段的巖屑在蒸餾水和金屬離子聚磺鉆井液中的膨脹率分別為23.7%和2.8%,熱滾回收率分別為58.0%和96.2%;馬1井2 500~2 800 m井段的巖屑在蒸餾水和金屬離子聚磺鉆井液的膨脹率分別為18.4%和1.2%,熱滾回收率分別為72.2%和96.6%?？梢钥闯?復(fù)合金屬離子聚磺鉆井液對(duì)泥頁巖的膨脹、分散性都有較好的抑制作用,其熱滾動(dòng)回收率大于90%,線性膨脹降低率大于88%,說明該鉆井液具有強(qiáng)抑制性。

 

  抗鹽鈣侵污能力.

 

  對(duì)該鉆井液分別進(jìn)行抗鹽、抗鈣、抗鉆屑污染實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表6。由表6看出,復(fù)合金屬離子聚磺鉆井液具有很強(qiáng)的抗污染能力,在巖屑濃度達(dá)20%、NaCl濃度達(dá)10%、鈣離子濃度達(dá)2 000 mg/L的情況下,鉆井液各項(xiàng)性能指標(biāo)變化不大,性能保持穩(wěn)定。

 

  儲(chǔ)層保護(hù)性能.

 

  在復(fù)合金屬離子聚磺鉆井液中加入復(fù)合型儲(chǔ)層保護(hù)劑,將金屬離子聚磺鉆井液轉(zhuǎn)化成為金屬離子聚磺非滲透屏蔽暫堵鉆井完井液,取川東北地區(qū)飛仙關(guān)組、長興組地層巖心進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià).

 

  現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)河壩1井是中石化南方公司部署在四川盆地通南巴構(gòu)造帶南陽斷鼻東北端河壩場(chǎng)高點(diǎn)的第一口重點(diǎn)區(qū)域探井,完鉆井深為6 130 m。該區(qū)塊嘉陵江組二段和飛仙關(guān)組產(chǎn)層存在壓力高、溫度高、高含H2S、易井漏等難點(diǎn),特別是飛仙關(guān)組三段產(chǎn)層地層壓力高,地壓系數(shù)高達(dá)2.28、地層溫度高達(dá)160e。

 

  該井使用保護(hù)儲(chǔ)層的超高密度復(fù)合金屬離子聚磺鉆井完井液。在應(yīng)用過程中,該鉆井液漏斗黏度為50~65 s,最高密度為2.45 g/cm3,具有良好的高溫穩(wěn)定性、流變性能。在壓井過程中未出現(xiàn)其它井下復(fù)雜事故,且達(dá)到良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果,經(jīng)測(cè)試無阻流量達(dá)到402@104m3/d。

 

  金溪1井為川東北金溪構(gòu)造帶安家營背斜高點(diǎn)上的第一口區(qū)域探井,設(shè)計(jì)井深為4 795 m。氣層壓力異常高,茅口組、棲霞組地層設(shè)計(jì)最高鉆井液密度達(dá)2.65 g/cm3、儲(chǔ)備的重漿密度達(dá)3.0 g/cm3(在實(shí)際鉆井過程中,吳家平組地層鉆井液密度最高僅為2.16g/cm3),地層溫度高達(dá)140e。在應(yīng)用過程中,加大抗鹽鈣處理劑(SMP-2、SPNH等)的加量、加強(qiáng)鉆井液的抗鹽鈣侵污性能,在掃水泥塞、穿雷口坡組等鹽膏層時(shí)鉆井液都保持良好的流變性和穩(wěn)定性能;全井鉆井液服務(wù)質(zhì)量優(yōu)良,滿足了安全高效鉆井的需要。

 

  結(jié)論.

 

  形成了一套可控密度達(dá)到2.70 g/cm3(儲(chǔ)備密度達(dá)3.0 g/cm3)、抗溫達(dá)180e的復(fù)合金屬離子聚磺鉆井液,該體系具有良好的高溫穩(wěn)定性、潤滑性和抑制性能,具有較好的抗污染能力,抗NaCl達(dá)10%,抗Ca2+達(dá)2 000 mg/L,抗巖屑達(dá)20%。

 

  復(fù)合金屬離子聚磺鉆井液使用復(fù)合儲(chǔ)層保護(hù)劑,屏蔽暫堵率大于99.5%,壓力返排恢復(fù)率超過80%,酸化返排恢復(fù)率為200%,有效地保護(hù)油氣儲(chǔ)層。

 

  在河壩1井和金溪1井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明,復(fù)合金屬離子聚磺鉆井液具有良好的高溫穩(wěn)定性、流變性能、潤滑性能、抑制性能和抗污染性能,滿足了川東北地區(qū)高溫超高密度壓井修井液和鉆井完井液的各項(xiàng)要求,且儲(chǔ)層保護(hù)效果良好。