鐘 靈,馬文英,王武斌,李?;?,張 凱
(1.中國石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院;2.中國石化中原石油工程有限公司鉆井二公司;3.中國石化中原油田采油一廠:河南濮陽 457001)
NP 23-P 2016井位于河北省唐山市南堡開發(fā)區(qū),是由冀東油田公司在南堡2號潛山老堡南1斷塊山布置的一口開發(fā)水平井,設計井深5 579 m,垂深3 527 m,最大井斜90°。該井四開4 203~5 379 m鉆遇地層為東營組和沙河街組,巖性為灰色泥巖和凝灰?guī)r,水敏性強,易發(fā)生剝落、掉塊,造成井壁失穩(wěn),因此采用強抑制性氯化鉀鉆井液鉆進。該井鉆至4 800 m后發(fā)生井壁失穩(wěn),采取提高鉆井液密度、增加氯化鉀含量等措施,仍未解除復雜情況。根據(jù)室內實驗結果,采用胺基抑制劑FYZ-1增強鉆井液的抑制性能,保證了NP 23-P 2016井的四開施工順利完成。
NP 23-P 2016井四開施工采用強抑制性氯化鉀鉆井液體系,氯化鉀含量為6%,防塌降濾失劑FT-3000加量大于1.5%,并分次混入原油共計53 t。鉆至4 800 m時出現(xiàn)坍塌掉塊現(xiàn)象,循環(huán)時返出砂樣粒徑增大,井壁穩(wěn)定性差,起下鉆遇阻,劃眼時出現(xiàn)蹩頂驅、蹩泵現(xiàn)象。四開定向至4 800~4 900 m的施工過程中,摩阻扭矩增大,定向困難,井壁坍塌掉塊現(xiàn)象嚴重。鉆至4 930 m時,由于摩阻扭矩太大,接近頂驅的額定負荷,決定起鉆換鉆具組合清砂。起至4 850 m時發(fā)生了井壁垮塌,上提鉆具遇卡,倒劃眼出現(xiàn)蹩泵、蹩頂驅現(xiàn)象,經過多次上提下放最終解卡,解卡后循環(huán)過程中有大量掉塊返出。
出現(xiàn)井下復雜后將鉆井液密度由1.40 g/cm3增至1.42 g/cm3,并提高FT-3000、DSP-2、磺化瀝青等防塌處理劑的加量,以進一步提高鉆井液的抑制性和井壁的穩(wěn)定性,但效果仍不理想,時有掉塊現(xiàn)象發(fā)生。
胺基抑制劑是一種新型的抑制劑[1-3],能夠滿足環(huán)保要求,抑制機理不同于其他抑制劑,并可協(xié)同增效[4-5]。胺基抑制劑具有獨特的分子結構,通過引入胺基官能團,能很好地鑲嵌在黏土層間,并使黏土層緊密結合在一起,從而減少黏土的吸水傾向,抑制黏土的水化膨脹,防止井壁坍塌;胺基抑制劑能夠降低表面張力,易于吸附在黏土表面并進入黏土內部,有效抑制黏土和巖屑的分散,且其抑制性持久性強;胺基抑制劑具有成膜作用,能在頁巖和鉆屑表面形成一層保護膜,使鉆屑保持完整,避免鉆屑相互黏結,同時有利于井壁穩(wěn)定和儲層保護,能夠較好地兼顧鉆井液的分散造壁性與抑制性。因此筆者決定使用胺基抑制劑提高NP 23-P 2016井鉆井液的井壁穩(wěn)定能力。
取NP 23-P 2016井現(xiàn)場鉆井液,取樣井深4 860 m,Cl-的質量濃度為3.98×104mg/L,鉆井液實驗條件為130 ℃下老化16 h。
在現(xiàn)場鉆井液中加入胺基抑制劑FYZ-1,考察其對鉆井液性能的影響,結果見表1。隨著FYZ-1加量的增加,坂土含量逐漸降低,但降幅不大;FYZ-1的加量由0增至0.5%時,鉆井液的流變性和失水無明顯變化,當加量增至0.7%時,井漿黏度明顯上升,中壓失水不變。
表1 FYZ-1加量對鉆井液性能的影響
2.2.1巖屑回收率
在NP 23-P 2016井鉆井液中加入FYZ-1,進行巖心回收率實驗,采用馬12巖心,該巖心130 ℃清水回收率為17.8%,實驗結果見表2所示。
表2頁巖滾動回收率%
FYZ-1加量一次回收率二次回收率相對回收率096.694.798.00.196.895.198.20.298.697.899.20.399.599.099.50.599.799.599.8
從表2可看出,未加入胺基抑制劑的氯化鉀鉆井液的一次回收率為96.6%,相對回收率為98.0%;當胺基抑制劑加量>0.2%時,巖屑相對回收率均>99.0%,說明胺基抑制劑的抑制作用具有長效性。
2.2.2鉆井液粒度分布
在現(xiàn)場鉆井液中加入FYZ-1,考察其對鉆井液粒度分布的影響,結果見表3。加入FYZ-1后鉆井液中顆粒粒度增大。當FYZ-1的加量為0.2%時,D50由未加FYZ-1時的5.58 μm增至8.14 μm,說明FYZ-1可有效控制鉆井液中固相的分散。細微顆粒含量的降低,有利于鉆井液的固相控制及提高機械鉆速。
表3 FYZ-1加量對井漿粒度分布的影響
室內實驗結果表明,胺基抑制劑FYZ-1的加量>0.2%時即具有良好的抑制效果,當加量>0.5%時略有起泡現(xiàn)象,影響鉆井液的黏度,因此在現(xiàn)場施工中保持FYZ-1的加量為0.2%~0.3%。鉆進至4 900 m時開始加入FYZ-1,按5 kg/h的加量循環(huán)加入鉆井液中,共加入胺基抑制劑700 kg,加入胺基抑制劑前后鉆井液的性能見表4。胺基抑制劑與現(xiàn)場井漿具有良好的配伍性,鉆井液性能無明顯變化,中壓失水略有降低。
表4 加入胺基抑制劑前后鉆井液的性能
鉆井液中加入0.2%的胺基抑制劑和0.5%的極壓潤滑劑后,鉆速稍微加快,氣泡明顯減少,井下摩阻由660 kN降至560 kN,扭矩由45~48 kN·m降至39~42 kN·m。鉆進至井深5 379 m,井下施工情況正常,無掉塊現(xiàn)象,通井電測、下套管順利。由于后期胺基抑制劑補加量較少,井深5 379 m處鉆井液增稠,分段鉆井液性能見表5。
表5 分段鉆井液性能
鄰井NP 23-P 2009井與NP 23-P 2010井均使用淡水鉆井液體系,施工至與NP 23-P 2016井同井段(東營和沙河街井段)時井壁坍塌現(xiàn)象都比較嚴重,表現(xiàn)為該井段通井困難,每次下鉆不能到底,劃眼困難,振動篩上返出大量掉塊,井壁穩(wěn)定性較差。
應用結果表明,胺基抑制劑FYZ-1對NP 23-P 2016井的井壁穩(wěn)定性起到較大作用,NP 23-P 2016井四開井段的中完井深5 379 m,井底位移3 792 m,創(chuàng)造了冀東油田同類井同井段位移最大紀錄。中完時由于需要確定地層情況,在井深5 377~5 379 m處潛山風化殼地層取心,創(chuàng)造了在井斜達80°、位移3 792 m的情況下取心成功先例,同時創(chuàng)大位移水平井取心新紀錄。
1)胺基抑制劑FYZ-1與NP 23-P 2016井現(xiàn)場鉆井液的配伍性良好,可提高鉆井液的抑制性能,F(xiàn)YZ-1的加量為0.2%時巖屑相對回收率>99.0%,并能有效抑制固相顆粒的分散。
2)胺基抑制劑FYZ-1在NP 23-P 2016井的現(xiàn)場應用效果明顯,有效解除了井下復雜,施工正常無掉塊現(xiàn)象,通井電測、下套管順利,圓滿完成了四開鉆井施工任務,創(chuàng)造了冀東油田井底位移3 792 m的新紀錄。
3)現(xiàn)場試驗后期雖然胺基抑制劑FYZ-1的補充量不足,井深5 379 m處鉆井液增稠,坂土含量升至50 g/L,但已中完,沒有發(fā)生井壁失穩(wěn)現(xiàn)象。在施工中應保證FYZ-1的加量在有效范圍內,以達到穩(wěn)定井壁、順利安全鉆進的目的。
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