KCl聚磺钻井液体系在延长气田水平井的应用

张永利 吴高祥 王延东 张 飞 吴贝贝

1.西安石油大学2.陕西延长石油（集团）有限责任公司油气勘探公司

KCl聚磺钻井液体系在延长气田水平井的应用

张永利1,2吴高祥2王延东2张 飞2吴贝贝2

1.西安石油大学2.陕西延长石油（集团）有限责任公司油气勘探公司

鄂尔多斯盆地气藏类型多为低孔低渗砂岩气藏，通过水平井技术扩大泄流面积，充分挖掘储层潜力，提高单井产量，达到提高气田开发效益的目的。延长气田自2011年开始水平井钻探，但是钻井过程中经常钻遇井漏、井塌等复杂事故，钻井周期长、成本高，水平井开发效益不明显。通过对水平井的地质、工程概况和钻井液技术难点进行分析，针对气田水平井井壁失稳和井漏等两大突出问题，结合地层对钻井液抑制性和封堵性的要求，对比聚磺钻井液和KCl聚磺钻井液的抑制性和封堵性，KCl聚磺钻井液体系具有强的抑制性和封堵性。现场两口井应用证实，KCl聚磺钻井液具有预防垮塌与漏失的优点，钻井周期短，无复杂事故发生，经济效益明显。

延长油田地层易塌易漏水平井KCl聚磺钻井液体系井壁稳定防漏堵漏

水平井技术是当代油气资源勘探开发的重要技术之一，为了提高勘探开发综合经济效益，延长气田从2011年开始探索用水平井开发下二叠统山西组气层。由于水平井在钻井过程中井斜角从0°～90°变化，因而水平井工艺与直井有较大差别，水平井钻井液技术也要求更高。延长气田不断探索优选水平井钻井液体系，优化钻井液技术措施，解决钻井过程中遇到的井塌、井漏、储层保护等问题，提高气田开发效益。

1 地层特征及水平井井身结构

1.1 地层特征

延长气田自上而下钻遇地层及其特征分别为：①第四系黄土层，地层松散、易漏；②三叠系上统延长组、中统纸坊组、下统和尚沟组和刘家沟组，易卡，刘家沟组属区域漏失层位；③二叠系上统石千峰组、中统石盒子组，统称为“双石层”，井段长、夹层多，易垮塌、缩径、易喷；④二叠系下统目的层山西组为泥岩夹砂岩、煤层，其泥岩易垮塌，煤层易漏，易喷。山西组气层山23层，属于低孔低渗储层，存在强水锁、强土酸敏、中偏强盐敏、中偏强碱敏、中偏弱水敏、弱速敏等潜在损害因素[1-3]。

1.2 水平井井身结构

延长气田的水平井设计井深一般介于3 663～4 316 m，垂深2 550～2 650 m。一开采用φ311 mm钻头钻至井深500～550 m，下入φ244.5 mm表层套管；二开采用φ222.2 mm钻头，钻至2 100～2 200 m（石千峰组）开始造斜，钻斜直导眼钻至井斜60°，稳斜100 m左右至2 850～2 950 m，达A靶点垂深，电测录取地质资料，后回填侧钻至井深2 900～3 000 m到达A点（山西组），下入φ177.8 mm技术套管封隔上部地层，三开采用φ152.4 mm钻头钻水平段1 000 m左右完钻，下入不动压裂管柱完井。

2 水平井钻井液技术难点及技术对策

2.1 技术难点

2.1.1 井壁失稳问题突出

延长气田水平井造斜井段位于石千峰组、石盒子组、山西组，上述地层以硬脆性泥页岩层为主，地层内部微裂缝发育，压力波动易导致井周微裂缝扩展、交汇，形成不稳定的高渗带，钻井液沿裂缝面侵入，导致地层强度降低，存在井壁失稳的潜在风险［4］。目的层段山西组以裂缝发育的典型硬脆性泥岩、炭质泥岩和煤层为主，如技术措施不当，极易发生井塌，并且水平井井斜方位对坍塌压力有较大影响。

2.1.2 井漏处理难度大

延长气田刘家沟组与石千峰组为非整合接触，裂缝发育，潜在井漏，部分地区易发生失返性漏失。水平井二开钻至A靶点前，易漏地层刘家沟组与易垮塌地层山西组处于同一裸露层段，若施工过程中钻井液性能不良，极易发生又漏又垮的情况。

2.2 技术对策

Sneddon综合征1例报告 …………………………………………………… 刘艳君，韩在柱，毕彦超，等 145

井壁失稳和井漏问题是延长气田水平井钻井过程中的两大突出难题，为了有效预防井漏与井塌，钻井液体系必须要有强的抑制性、封堵性。延长气田直井和定向井普遍采用聚磺钻井液体系，但是该体系抑制性不强、封堵性弱，难以满足水平井钻进需要。通过室内筛选，决定二开斜井段、水平段优选KCl聚磺钻井液体系，该体系是在聚磺钻井液体系的基础上，加入KCl处理剂及聚胺抑制剂，利用K+的镶嵌作用提高井眼的稳定性，改善钻井液的抑制能力，提高钻井液的封堵性能，防止泥页岩水化膨胀。同时，现场根据井下情况及时调整钻井液性能，采取防塌防漏的钻井液技术措施，可有效解决延长气田水平井二开斜井段和水平段易垮易漏的问题。KCl聚磺钻井液体系配方：4%膨润土+0.2%Na2CO3+0.2%烧碱+ 5%～7%氯化钾+0.3%～0.5%HP+0.5%～0.7% NH4HPAN+0.5%～0.7%COP+0.5%～1.0%PL+2%～3%FT-342+2%～3%乳化沥青+3%～5%CGY+0.3%～0.5%聚铵抑制剂+0.2%～0.3%氨基聚醇+2%QS-2+ 0.5%～0.7%LV-CMC。

2.2.1 稳定井壁技术措施

1）本地区最大水平地应力方位为30°，最小水平地应力为120°。由于该地区地层受构造运动发生扭曲，同一层位不同井深地应力方向发生变化，因此确定钻井液密度时务必考虑地应力方位扭曲，根据井斜、方位与地层坍塌压力关系（图1、图2、图3）确定合理钻井液密度范围。安14平1井设计方位334.4°，在二开斜井段井斜从0°逐渐增加至90°，地层穿越易塌的石千峰组、石盒子组、山西组，为了稳定井壁，根据井斜、方位与地层坍塌压力关系，钻井液密度应控制在1.03～1.28 g/cm3。水平段井斜90°，层位山西组，钻井液密度应控制在1.24～1.28 g/cm3。

图1 石千峰组地层井壁坍塌压力随井斜角、方位角的变化规律曲线图

图2 石盒子组地层井壁坍塌压力随井斜角、方位角的变化规律曲线图

图3 山西组地层井壁坍塌压力随井斜角、方位角变化规律曲线图

2）加强钻井液的包被和封堵作用，钻井液中保证聚合物加量，聚合物配比适宜，以HP和KCl加强包被、抑制泥岩水化膨胀，以SMP-1、PL、COP等降低滤失量，以改性沥青、超细碳酸钙、弱荧光润滑剂改善滤饼质量，调整流变性和钻井液的润滑性，提高钻井液的抑制、防塌能力，降低泥饼渗透率，使钻井液具有极强封堵泥岩、炭质泥岩、煤层裂隙性能。

2.2.2 防漏堵漏技术措施

1）防止地层裂缝漏失措施

钻至刘家沟底部地层时在清水聚合物体系中加入0.50%～0.80%随钻堵漏剂，提高钻井液预防井漏能力；进入石千峰组地层20～30 m，下光钻杆进行地层承压试验，提高地层承压能力。钻井过程发生井漏可采用桥接堵漏或桥接堵漏与水泥堵漏［5］。

2）防止水平段井漏措施

进入水平段（一般为山西组）采用φ152.4 mm小钻头钻进，地层存在裂隙，环空压耗高，易诱发井漏。因而钻水平段过程中，在保证携岩前提下，尽可能降低钻井液黏度，降低环空压耗。

3KCl聚磺钻井液体系性能评价

3.1 封堵性能

聚磺钻井液体系中加入抑制剂5%KCl以及0.3%聚胺后进行钻井液砂床封堵性实验［6］，结果见表1。20～40目砂床滤失量和清水失水量不超过4 mL，说明KCl聚磺钻井液体系能够实现对地层的有效封堵，具有较好的封堵性能。

3.2 抑制性能

运用回收实验和膨胀实验测定KCl和聚胺抑制性能[7-8]，一次回收率提高到94%以上，二次回收率达到82%以上，16 h膨胀率分别降低4.3%和3.23%，钻井液抑制性明显提高。加入抑制剂抑制性能实验数据见表2。

表1 石千峰地层井壁坍塌压力随井斜角、方位角的变化规律对比图

表2 不同抑制剂抑制性能实验数据表

通过对KCl聚磺钻井液体系的封堵性和抑制性评价得出，该体系比聚磺钻井液体系具有更好地抑制性和封堵性，能够起到较好的稳定井壁和防漏作用。

4 现场应用

安14平1井二开斜井段地层穿越易塌的石千峰组、石盒子组、山西组，钻井液密度介于1.03～1.28 g/cm3；水平段层位山西组，钻井液密度介于1.24～1.28g/cm3。与延平4井相比，安14平1井能够及时调整钻井液密度，控制钻井液黏度，同时KCl聚磺钻井液有较小的滤失量，封堵性、抑制性良好，有效预防了井塌、井漏的发生。两口水平井钻井液性能如表3所示。

表3 两口水平井钻井液性能数据表

将延平4井应用聚磺钻井液和安14平1井应用KCl聚磺钻井液作对比，延平4井钻井过程中发生井漏、阻卡等复杂事故，处理损失时间长达427 h。安14平1井应用KCl聚磺钻井液体系，克服了井壁易垮塌、钻井过程中易漏失等难题，全井未发生井塌井漏等复杂事故，该井完钻电测成功率100%，井身质量合格率100%，完井作业非常顺利。两口水平井钻井工程概况如表4所示。

表4 延长气田水平井钻井工程概况统计表

通过两口应用结果对比，KCl聚磺钻井液具有更好的防塌防漏作用，能满足钻井工程施工要求，适合该区域地层需要。并且该井提前工期完钻，节约了大量成本，具有较好的技术经济效益。

5 结论

1）延长气田水平井造斜井段、水平段位于裂隙发育的石千峰组、石盒子组、山西组易塌易漏地层，水平段采用Φ152.4 mm小钻头钻进长达1 000 m，井壁失稳和井漏问题是水平井钻遇的两大突出难题。

2）室内性能评价实验表明，KCl聚磺钻井液体系比聚磺钻井液体系具有更优的抑制能力及防塌、防漏封堵能力。

3）延长气田目前应用的钻井液体系中，强抑制、强封堵的KCL聚磺钻井液能满足水平井钻井施工要求，适合该区域地层需要。

[1]杨国平,张吉,强小龙,徐森,万单夫,赵当妮,等.水平井地质导向技术在致密砂岩气藏中的应用及技术难点-以苏里格气田为例[J].天然气勘探与开发,2014,37(4):58-62.

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[8]崔迎春,康雪林,韩继勇.延长气田屏蔽暂堵钻井液研究[C]//第十届石油钻井院所长会议论文集.北京:石油工业出版社,2010.

（修改回稿日期 2016-08-11 编辑 景岷雪）

张永利，女，1987年生，助理工程师，硕士；从事钻井技术研究工作。地址：（716000）陕西省延安市南市街道七里铺油气勘探公司钻井工程部。电话：（0911）2651883，13484962501。E-mail:469055736@qq.com