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)海相儲層以碳酸鹽巖為主,存在地層溫度高、壓力梯度大、鹽膏侵嚴重、硫化氫含量高等難點,對鉆井液技術(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2.45g/cm3,最高溫度為160e。因此,需要研究出抗溫達160~180e、可控密度達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發(fā)生降解、發(fā)酵、增稠及失效等反應,從而導致鉆井液性能惡化,甚至將導致無法正常鉆進。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一步優(yōu)化;評價鉆井液性能,通過高溫穩(wěn)定性、潤滑性、抑制性、抗污染性等室內(nèi)實驗評價并進一步完善體系配方,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)實驗研究以及現(xiàn)場試驗,形成了川東北地區(qū)抗高溫超高密度鉆井液)))復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處理異常困難,經(jīng)常會陷入惡性循環(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?？紤]到鈦鐵礦粉的成本高以及現(xiàn)場維護處理的難度較大,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.

 

  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,高溫作用會促進黏土水化分散,使鉆井液黏度、切力增大,甚至使其失去流動性,且這一作用不可逆;如果膨潤土含量過低,鉆井液中的高價陽離子會在高溫條件下擠壓黏土擴散雙電層,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,通過熱滾動回收實驗、線性膨脹試驗,考察復合金屬離子聚磺鉆井液對泥頁巖的抑制性能。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?復合金屬離子聚磺鉆井液對泥頁巖的膨脹、分散性都有較好的抑制作用,其熱滾動回收率大于90%,線性膨脹降低率大于88%,說明該鉆井液具有強抑制性。

 

  抗鹽鈣侵污能力.

 

  對該鉆井液分別進行抗鹽、抗鈣、抗鉆屑污染實驗,結(jié)果見表6。由表6看出,復合金屬離子聚磺鉆井液具有很強的抗污染能力,在巖屑濃度達20%、NaCl濃度達10%、鈣離子濃度達2 000 mg/L的情況下,鉆井液各項性能指標變化不大,性能保持穩(wěn)定。

 

  儲層保護性能.

 

  在復合金屬離子聚磺鉆井液中加入復合型儲層保護劑,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、長興組地層巖心進行儲層保護實驗評價.

 

  現(xiàn)場試驗河壩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高點的第一口重點區(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,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2.28、地層溫度高達160e。

 

  該井使用保護儲層的超高密度復合金屬離子聚磺鉆井完井液。在應用過程中,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)其它井下復雜事故,且達到良好的儲層保護效果,經(jīng)測試無阻流量達到402@104m3/d。

 

  金溪1井為川東北金溪構(gòu)造帶安家營背斜高點上的第一口區(qū)域探井,設計井深為4 795 m。氣層壓力異常高,茅口組、棲霞組地層設計最高鉆井液密度達2.65 g/cm3、儲備的重漿密度達3.0 g/cm3(在實際鉆井過程中,吳家平組地層鉆井液密度最高僅為2.16g/cm3),地層溫度高達140e。在應用過程中,加大抗鹽鈣處理劑(SMP-2、SPNH等)的加量、加強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到2.70 g/cm3(儲備密度達3.0 g/cm3)、抗溫達180e的復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10%,抗Ca2+達2 000 mg/L,抗巖屑達20%。

 

  復合金屬離子聚磺鉆井液使用復合儲層保護劑,屏蔽暫堵率大于99.5%,壓力返排恢復率超過80%,酸化返排恢復率為200%,有效地保護油氣儲層。

 

  在河壩1井和金溪1井的現(xiàn)場應用結(jié)果表明,復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要求,且儲層保護效果良好。