GT1井抗高溫有機(jī)鹽鉆井液技術(shù)

摘" " 要：GT1井地質(zhì)復(fù)雜，地質(zhì)預(yù)測(cè)存在多個(gè)斷層和高壓氣層，因此該井三開、四開選用抗高溫有機(jī)鹽鉆井液體系，該體系具有抑制性強(qiáng)、抗高溫性強(qiáng)、抗黏土污染能力強(qiáng)、井壁穩(wěn)定等特點(diǎn)。抗高溫有機(jī)鹽鉆井液體系在GT1井的應(yīng)用表明，相對(duì)于類似井況的KT1井，GT1井實(shí)鉆鉆井液的動(dòng)切力初、終切值更高，動(dòng)塑比更高，更有利于井眼清潔；GT1井有機(jī)鹽井段平均井徑擴(kuò)大率更小，鉆井液抑制性更強(qiáng)，井壁更穩(wěn)定，井徑更規(guī)則；GT1井全井的平均機(jī)械鉆速比KT1井提高26.38%；GT1井減少了節(jié)流循環(huán)時(shí)間，節(jié)約了鉆完井周期。

關(guān)鍵詞：有機(jī)鹽鉆井液；抗高溫；抗黏土污染；井壁穩(wěn)定

High-temperature resistant organic salt drilling fluid technology for GT1 well

XIE Lun， YU Jianli， YU Qinghe， MIAO Siyu， BIAN Hailin

Drilling Branch of CNPC Offshore Engineering Company Limited， Tianjin 300451， China

Abstract：The geological condition of the GT1 well is complex， and multiple faults and high-pressure gas formations are predicted to exist according to geological prediction. Therefore， the high-temperature resistant organic salt drilling fluid system is selected for the third- and fourth-spud of the well. This system is strong in inhibition， high-temperature resistance， and clay pollution resistance， making stable wellbore. The application of a high-temperature resistant organic salt drilling fluid system in GT1 well shows that compared to similar well conditions in KT1 well， dynamic initial and 10-min gel strength as well as dynamic plastic ratio of the drilling fluid in GT1 well are higher， more conducive to wellbore cleaning. The average expansion rate of the section drilled with organic salt system in GT1 well is smaller. The drilling fluid′s inhibition is stronger， the wellbore is more stable， and the wellbore diameter is more uniform. The average penetration rate of GT1 well is 26.38% higher than that of KT1 well， reducing the throttling circulation time and shortening drilling and completion cycle.

Keywords：organic salt drilling fluid; high-temperature resistance; clay pollution resistance; borehole stability

GT1井位于遼寧省盤錦市大洼區(qū)二界溝鎮(zhèn)西南海域，該井設(shè)計(jì)井深為5 851.47 m，完鉆井深為5 850 m。本文結(jié)合GT1井鉆井過程中現(xiàn)場(chǎng)鉆井液的維護(hù)處理，介紹了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)抗高溫有機(jī)鹽鉆井液體系的合理應(yīng)用[1-3]。

1" " GT1井地層及巖性描述

GT1井實(shí)鉆地質(zhì)情況如表1所示。

2" " GT1井鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1）東三深灰泥巖易坍塌掉塊，沙河街組泥頁巖極易水化膨脹，存在井壁易失穩(wěn)等問題。

2）鉆進(jìn)預(yù)測(cè)在東三3 500 m左右、沙一段4 150 m左右可能鉆遇斷層，鉆井過程中容易發(fā)生井漏。

3）在沙三4 310～5 350 m、太古界5 350～ 5 850 m可能鉆遇高壓層，鉆井過程中有井噴風(fēng)險(xiǎn)。

4）實(shí)測(cè)井底溫度197 ℃，要求高溫鉆井液流變性能高。

5）完鉆密度達(dá)到1.70 g/cm3，對(duì)高溫高密度鉆井液的穩(wěn)定性要求較高。

3" " GT1井實(shí)驗(yàn)配方優(yōu)化

KT1井也是遼河油田近期施工的一口高溫深井，設(shè)計(jì)井深5 905 m，完鉆井深5 835 m，該井三開、四開也采用了抗高溫有機(jī)鹽鉆井液體系，和GT1井有一定可比性；針對(duì)KT1井鉆井過程中存在的巖屑易水化膨脹、井壁失穩(wěn)、高溫沉降等問題，在GT1井鉆井液中引入由抗高溫降濾失劑與磺酸鹽聚合物降濾失劑復(fù)配的高溫降濾失劑，同時(shí)再引入高性能水基鉆井液納米封堵材料，以保證強(qiáng)封堵能力[4]。

結(jié)合KT1井現(xiàn)場(chǎng)有機(jī)鹽鉆井液出現(xiàn)的黏度高、后期固井前循環(huán)調(diào)整降黏困難、循環(huán)時(shí)間長，以及鉆井液長時(shí)間停止循環(huán)有重晶石沉降的現(xiàn)象，在GT1井三開、四開時(shí)，對(duì)抗高溫有機(jī)鹽配方進(jìn)行了體系優(yōu)化，針對(duì)體系的抗高溫流變性能和高溫高密度沉降穩(wěn)定性進(jìn)行了配方優(yōu)化[5]。

第一，將有機(jī)鹽含量由30%提高至50%，引入20%的Weigh3，以增強(qiáng)體系的抑制性；另外，高含量的有機(jī)鹽也增加了其他處理劑的協(xié)同抗高溫能力，改善了體系在高溫高密度條件下的流變性能。

第二，在KT1井有機(jī)鹽體系的基礎(chǔ)上，加入了抗高溫提切劑kgwt3，提高了體系在200 ℃條件下的高溫沉降穩(wěn)定性，保證了在電測(cè)、下套管等井下長時(shí)間靜止條件下，井底鉆井液性能的穩(wěn)定，避免造成重晶石沉降、開泵憋壓等現(xiàn)象[6]。

3.1" " 抗高溫降濾失劑優(yōu)選

為了評(píng)價(jià)不同類型抗高溫降濾失劑對(duì)有機(jī)鹽鉆井液體系的降濾失效果，室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比評(píng)價(jià)了4種不同類型的降濾失劑（kgwj1～kgwj4），試驗(yàn)結(jié)果見圖1。各種降濾失劑的加量均為5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），基漿配方為30%有機(jī)鹽+4%kgwt2+2%白瀝青+2%固體聚合醇+3%超細(xì)碳酸鈣+重晶石（加至1.70 g/cm3），鉆井液滾動(dòng)老化條件為200 ℃、16 h，高溫高壓濾失量測(cè)試條件為200 ℃、3.5 MPa、30 min。

由圖1可見，經(jīng)過高溫老化后，基漿的高溫高壓濾失量較大，但在加入不同類型的降濾失劑后，高溫高壓濾失量均明顯降低，其中降濾失劑kgwj3的降濾失效果最好。

3.2" " 鉆井液抗高溫提切劑優(yōu)選

基礎(chǔ)配方為4%kgwt2+0.5%NaOH＋0.3%Na2CO3 ＋1%kgwj2＋1%kgwj3＋1%納米封堵防塌劑＋2%kgwj4＋4%瀝青＋2%聚合醇＋3%Carb＋30%weigh2＋重晶石（加至1.70 g/cm3）。1#配方為基礎(chǔ)配方+20%weigh3，2#配方為基礎(chǔ)配方+0.3%kgwt1，3#配方為基礎(chǔ)配方+20%weigh3+2%膨潤土，4#配方為基礎(chǔ)配方+20%weigh3+2%kgwt3。

實(shí)驗(yàn)條件：熱滾200 ℃、16 h，kgwt3提前在淡水中水化≥30 min，前期在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了抗高溫提切劑的優(yōu)選，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

對(duì)比1#、2#、3#、4#和基礎(chǔ)配方的綜合性能，發(fā)現(xiàn)4#配方的綜合性能明顯優(yōu)于其他配方，因此選定4#配方為現(xiàn)場(chǎng)施工的配方。

3.3" " 鉆井液體系抗高溫穩(wěn)定性測(cè)試

將前期優(yōu)選的試驗(yàn)室配方進(jìn)行72 h和120 h抗高溫性能穩(wěn)定試驗(yàn)，檢測(cè)高溫老化72 h和120 h后的各項(xiàng)性能，見表3。

高溫老化72 h和120 h后，鉆井液性能基本變化不大，說明該配方抗高溫性能穩(wěn)定，該配方可用于現(xiàn)場(chǎng)施工。

4" " GT1井鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工

4.1" " 鉆井液配方及性能設(shè)計(jì)

根據(jù)前期室內(nèi)試驗(yàn)得到的性能數(shù)據(jù)，對(duì)GT1井的抗高溫有機(jī)鹽鉆井液體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，如表4和表5所示。

4.2" " "鉆井液維護(hù)處理措施

其一，東三深灰泥巖易坍塌掉塊，鉆進(jìn)中維持體系中有機(jī)鹽含量不低于30%，保證鉆井液的抑制性，補(bǔ)充3%超細(xì)碳酸鈣、2%瀝青、2%聚合醇、1%納米封堵防塌劑，以加強(qiáng)鉆井液的封堵防塌性能。

其二，沙河街組深灰色、褐灰色泥巖地層易坍塌掉塊，為進(jìn)一步提高鉆井液的抑制性，補(bǔ)充有機(jī)鹽weigh3，將有機(jī)鹽含量逐漸提高到40%～50%，補(bǔ)充3%超細(xì)碳酸鈣、2%瀝青、2%聚合醇、1%納米封堵防塌劑，以加強(qiáng)鉆井液的封堵防塌性能。

其三，鉆進(jìn)過程中補(bǔ)充有機(jī)鹽水，以控制鉆井液流變性能，保證鉆井液低黏高切。

其四，鉆進(jìn)中要控制合適的鉆井液密度，鉆進(jìn)或循環(huán)出現(xiàn)氣測(cè)值高，短起下后驗(yàn)證油氣上竄速度，起鉆前循環(huán)調(diào)整鉆井液密度，減緩油氣上竄速度，保證施工安全。

其五，鉆井液高溫高壓失水控制。在井深4 500 m以內(nèi)，主要通過復(fù)配1%kgwj4和2%kgwj5來調(diào)節(jié)高溫高壓失水；在井深4 500 m以下，主要通過復(fù)配抗高溫降失水劑1%kgwj1、1%kgwj2、2%kgwj4來控制高溫高壓失水，嚴(yán)格控制FLHTHP lt;12 mL。

其六，在井深4 800 m以內(nèi)，通過kgwt1和kgwj4來調(diào)整黏切性能；在井深4 800 m以下，通過補(bǔ)充kgwt2、kgwt3和kgwj4來調(diào)整黏切性能，由此防止發(fā)生高溫鉆井液沉降。

其七，測(cè)井和下套管時(shí)做好井深4 500 m～井底的鉆井液性能維護(hù)，加入1%～2%的抗高溫降濾失劑，以增強(qiáng)井底鉆井液抗溫能力。

4.3" " 油氣層保護(hù)措施

1）振動(dòng)篩、除砂、除泥全部開啟，振動(dòng)篩篩布使用至200目，離心機(jī)每天使用不低于5 h，及時(shí)清除有害固相，以減少固相對(duì)油層的損害。

2）減少濾液侵入。第一，進(jìn)入油層前，加入1%納米封堵防塌劑、1%聚合醇、2%超細(xì)碳酸鈣等油層保護(hù)材料，加強(qiáng)對(duì)油層孔喉的屏蔽暫堵。第二，進(jìn)入油層前嚴(yán)格控制鉆井液性能（FLAPI≤3 mL，F(xiàn)LHTHP＜12 mL）。第三，提高有機(jī)鹽的加量，降低鉆井液中水的活度，不同種類鹽在其飽和溶液中的活度如表6所示。

3）降低鉆井液體系中固相含量。其一，提高有機(jī)鹽含量，減少重晶石的加量。其二，引入特級(jí)重晶石（4.3 g/cm3）加重。

4）其他措施。提高機(jī)械鉆速，減少油層浸泡時(shí)間；控制合理的鉆井液密度，降低壓差對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

5" " GT1井和KT1井應(yīng)用效果對(duì)比

5.1" " 有機(jī)鹽井段實(shí)鉆鉆井液性能對(duì)比

GT1井和KT1井實(shí)鉆鉆井液性能見表7和表8，兩口井有機(jī)鹽鉆井液的動(dòng)塑比如圖2所示。

對(duì)比GT1井和KT1井有機(jī)鹽井段的實(shí)鉆性能，可以明顯看出，GT1井實(shí)鉆鉆井液性能的動(dòng)切力初、終切值更高，動(dòng)塑比更高，更有利于井眼清潔。

5.2" " 有機(jī)鹽井段井徑擴(kuò)大率對(duì)比

GT1井12-1/4 in（1 in=25.4 mm）井眼（3 555～5 360 m）平均井徑擴(kuò)大率為2.81%，8-1/2 in井眼（5 360～5 735 m）平均井徑擴(kuò)大率為2.62%，GT1井有機(jī)鹽井段實(shí)鉆井徑曲線如圖3所示。

KT1井8-1/2 in井眼（3 830～5 660 m）平均井徑擴(kuò)大率為6.82%，6 in井眼（5 660～5 835 m）平均井徑擴(kuò)大率為5.17%，KT1井有機(jī)鹽井段實(shí)鉆井徑曲線如圖4所示。

對(duì)比GT1井和KT1井的有機(jī)鹽井段井徑曲線，可見GT1井有機(jī)鹽井段平均井徑擴(kuò)大率更小，鉆井液抑制性更強(qiáng)，井壁更穩(wěn)定，井徑更規(guī)則。

5.3" " 有機(jī)鹽井段機(jī)械鉆速對(duì)比

GT1井和KT1井有機(jī)鹽井段機(jī)械鉆速見表9。

對(duì)比KT1井和GT1井有機(jī)鹽鉆井液井段的機(jī)械鉆速，可知GT1井有機(jī)鹽鉆井液井段機(jī)械鉆速明顯提高，KT1全井平均機(jī)械鉆速6.52 m/h，GT1全井平均機(jī)械鉆速8.24 m/h，GT1井全井平均機(jī)械鉆速比KT1井提高26.38%。

5.4" " 有機(jī)鹽井段節(jié)流循環(huán)總時(shí)間對(duì)比

KT1井和GT1井節(jié)流循環(huán)的時(shí)間對(duì)比如圖5所示。從圖中可以看出，KT1井節(jié)流循環(huán)總時(shí)間為144 h，GT1井節(jié)流循環(huán)總時(shí)間為116 h，GT1井減少了節(jié)流循環(huán)時(shí)間，節(jié)約了鉆完井周期。

6" " 結(jié)論

1）抗高溫有機(jī)鹽鉆井液的配制維護(hù)必須考慮處理劑的先后加入順序，降濾失劑和有機(jī)鹽分開加入，護(hù)膠完成后再加有機(jī)鹽。

2）提高有機(jī)鹽的含量可以加強(qiáng)處理劑的協(xié)同抗溫作用。

3）提高鉆井液有機(jī)鹽含量有利于降低固相含量，根據(jù)防塌要求，提高鉆井液密度時(shí)盡量提高有機(jī)鹽含量，降低重晶石的加量[7]。

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作者簡(jiǎn)介：

謝" " 倫（1981—），男，四川宜賓人，工程師，2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事海洋鉆井現(xiàn)場(chǎng)鉆井液技術(shù)服務(wù)和鉆井液體系研發(fā)工作。Email：xielun.cpoe@cnpc.com.cn

編輯：林" " 鮮