高效携砂剂在大位移定向井中的应用

高效携砂剂在江苏油田大位移定向井中的应用王亚宁徐永刚刘功勋高霞王春雷周晓俊（江苏石油勘探局钻井处江苏扬州225261）摘要井眼净化是大位移定向井施工所要面临的技术难点之一[1]，井眼净化效果不好会导致摩阻和扭矩增加、卡钻，甚至影响电测、下套管和固井作业。随着勘探开发力度的增大，江苏油田每年所钻探的大位移井的数量也在逐年增多，为了满足大位移井井眼净化的需要，通过室内试验优选出了一种高效携砂剂，它在不增大钻井液表观粘度的情况下，却可以显著提高钻井液的动塑比和零切力值，大大提高了整个体系的携砂能力。目前高效携砂剂已经江苏油田施工的10口大位移井中使用，对于改善和提高大位移井段的井眼净化起到良好作用。关键词大位移定向井井眼净化高效携砂剂动塑比零切力值就钻井液而言，提高动塑比能够有效改善井眼净化状况已是一个常识性的结论[2]。通常认为，当动塑比接近或等于1Pa/mPa.s时能够达到最好的返出效果，在普通井的施工中，一般建议动塑比应不低于0.3Pa/mPa.s。从流变学角度讲，施工大斜度大位移定向井时更应提高动塑比，以保证环空流态和保持不同容积环空的有效粘度，较好地平衡过度冲刷和下井壁岩屑沉积效应之间的矛盾。另外，国外近年来引入了采用“零切力值[4]”来考察大位移井钻井液净化井眼的能力，不但具有明确的流变学意义，且操作也比较简洁，适合于现场应用，其基本定义为：在“零”静止时间下，一定泵排量下某环空段液流所对应的切力值。零切力值也叫做胶凝强度，它可以直接反映出环空钻井液在上返状态下对固相颗粒(钻屑)的承托能力，从理论上说，该值越高，钻屑越不易滑落[3]。以往江苏油田所钻的大位移定向几乎都使用的正电胶聚合物混油钻井液体系。该体系中用的白色正电胶粘度效应强，特别是钻井液在高膨润土含量下，加量超过一定值时，粘度难控制，静止后钻井液流型不好。另外，高粘度容易在井壁形成滞留层，虚泥饼增厚，在大斜度井段增大钻具与井壁的接触面积，也增加了粘附卡钻的风险。而黑色正电胶存放时间久了，电性会降低甚至消失，影响使用效果。1、室内试验1.1、XSJ-Ⅱ最佳加量地选择在预先配置好的基浆中，按照0.5-2.0%递增的加量依次加入XSJ-Ⅱ，通过动塑比大小变化，优选XSJ-Ⅱ的最佳加量。表1XSJ-Ⅱ最佳加量优选序号表观粘度塑性粘度动塑比nKη∞动塑比提高率/%1#980.130.850.037.182#12.590.390.640.157.9166.63#14.5100.450.610.218.1271.14#19130.460.600.309.3571.75#26200.30.700.219.8156.7配方：1#：5%基浆+0.2%PMHA-2+0.5%NH4-HPAN2#：1#+0.5%XSJ-Ⅱ3#：1#+1.0%XSJ-Ⅱ4#：1#+1.5%XSJ-Ⅱ5#：1#+2.0%XSJ-Ⅱ随着XSJ-Ⅱ在基浆中加量由0.5%-2%的递增，基浆的动塑比呈现出先增后降的发展态势，动塑比提高率在加量0.5-1.0%增幅最大，超过1%加量后动塑比的变化居于平缓，在2%加量时不增反降。所以，XSJ-Ⅱ的最佳加量为1-1.5%。1.2XSJ-Ⅱ与其它切力调节剂对钻井液性能的影响表2不同切力调节剂对钻井液动塑比和表观粘度的影响序号表观粘度塑性粘度动塑比3/610s/10min动塑比提高率/%AV增长率/%1#18130.382/32.5/122#20140.544/54/114211.13#20120.674/56/22.57611.14#26180.444/52.5/13.51644.45#31220.415/63/17872.26#21.5120.463/42.5/142119.47#22140.544/55/11.54222.2配方：1#：5%基浆+0.2%PMHA-2+0.5%Na-HPAN2#：1#+1.0%XSJ-Ⅱ3#：1#+1.5%XSJ-Ⅱ4#：1#+1.0%LV-CMC5#：1#+1.5%LV-CMC6#：1#+1.0%MMF7#：1#+1.5%MMF从上表数据可以看出，XSJ-Ⅱ、LV-CMC、MMF在1%加量时对基浆的动塑比和3/6（零切力值）均有提高，动塑比提高率分别为44.6%，16%，21%，显然XSJ-Ⅱ的提高幅度最大，3/6提高的程度基本相当。从粘度效应分析，XSJ-Ⅱ、LV-CMC、MMF在1%加量时会造成基浆表观粘度升高，分别达到11%，44.4%，20%，相比XSJ-Ⅱ的粘度效应最低。1.3XSJ-Ⅱ井浆动塑比的调节图1高效携砂剂对不同般含的井浆动塑比的改善曲线图高效携砂剂对井浆动塑比的改善0.220.960.380.370.411.030.50.500.20.40.60.811.21#3#5#7#四种不同井的井浆动塑比原浆处理后的浆配方：1#：井浆（永7平33，MBT35.75g/l）2#：1#+1.0%XSJ-Ⅱ3#：井浆（贲1井，MBT85.8g/l）4#：1#+1.0%XSJ-Ⅱ5#：井浆（双103井，MBT78.65g/l）6#：1#+1.0%XSJ-Ⅱ7#：井浆（孙x1井，MBT64.35g/l）8#：1#+1.0%XSJ-Ⅱ由上图可以看出，对于不同般含的井浆，当加入1.0%XSJ-Ⅱ后，钻井液的动塑比与原浆比较，都有明显的提高，特别是低般含是最明显，永7平33井MBT为35.75g/l，加入1.0%XSJ-Ⅱ后，动塑比提高率为46.3%，而高般含的贲1井MBT为85.8g/l，加入1.0%XSJ-Ⅱ后，动塑比提高率仅为6.7%。由此说明，XSJ-Ⅱ对提高钻井液的携砂能力有很好改善提高。1.4XSJ-Ⅱ对高动塑比的钻井液动切力的影响表3XSJ-Ⅱ对钻井液动切力的影响序号表观粘度塑性粘度动塑比nη∞切力10s切力10min1#44191.320.357.16692#63291.170.3811.186.514.53#83361.310.3513.1610.517配方：1#：井浆（般含：71.5g/l1.32g/cm3,62s）2#：1#+0.3%XSJ-Ⅱ3#：1#+0.5%XSJ-Ⅱ对于高般含强结构的钻井液，XSJ-Ⅱ的加入对钻井液的动塑比改善不是很明显，但对钻井液的切力却有很好的改善。特别是终切。同时也说明XSJ-Ⅱ在高般含的情况下，增粘比较大。1.5XSJ-Ⅱ的抗温性实验表4XSJ-Ⅱ的抗温性实验序号表观粘度塑性粘度动塑比3/610s/10min动塑比提高率/%AV增长率/%1#30230.305/72.5/7//老化32220.344.5/63/7//2#35230.526/94/84214老化37240.546/105/103713.5注：140℃×16h老化配方：1#：井浆2#：1#+1.0%XSJ-Ⅱ从上表数据分析，XSJ-Ⅱ加入井浆之中，经过140℃×16h老化后，井浆的动塑比和零切力值与老化前相比较没多大变化，说明XSJ-Ⅱ具有良好的抗温性能。2、现场应用2.1纪x13井2.1.1工程简况纪x13井是江苏油田高邮凹陷南部纪13断块的一口大位移定向探井，完钻井深3250.00m。稳斜井段1315.56m-3251.00m，斜井段长达2786米，最大井斜48.33°，水平位移1770.76m，水垂比达到0.69。因此，钻井液悬浮携砂能力即井眼净化，摩阻控制，防粘、防卡成为本井的首要任务。2.1.2三开井段钻井液技术措施（1315.56～3251.00m）该井段阜一段地层粉砂岩发育，泰州组灰黑色泥岩易垮塌，而泰州组粗砂岩、浦口组顶部的风化壳易漏失。同时该井段为大井斜稳斜段，最大井斜达48°，要求钻井液具有良好的防塌能力、优良的润滑性能及良好的携砂能力。①三开前对循环罐彻底清砂，钻进中，按0.5Kg/m的量将PMHA-Ⅱ配成胶液补充，并且每钻进200-300米添加0.5%的NH4-HPAN，大小分子搭配（PMHA-Ⅱ：Na-HPAN=1：2）调节好钻井液流型，增强钻井液抑制能力。②针对本井段粉砂岩发育，浦口组顶部存在风化壳，渗透性好的特点，同时阜宁组、泰州组灰黑色泥岩易垮塌，因此在随钻过程中添加3%的QS-2和1.5%的FT-388进行封堵，提高滤饼质量，增强钻井液的防塌能力，在浦口组顶部加入0.5%KD-23，增强井壁承压能力。全井平均井径扩大率为5.75%，未发生垮塌。③为有效解决携砂问题，防止岩屑床的形成，钻井液中补充1%高效携砂剂，提高钻井液的动塑比和零切力值。同时使用好四级净化设备，控制固相含量。工程上保证泵排量大于30l/s，每钻进100-150米进行短程起下钻，及时破坏和清理岩屑床，保持井壁井眼的清洁。钻井施工过程中携砂良好，返砂正常。④根据摩阻情况混入1%KD-21C及1%的固体润滑剂RH102,保证钻井液的润滑性能，摩阻系数控制在0.05左右，最大摩阻控制在20t以下。2.2真X200井2.2.1工程简况真X200井为一口老区定向探井，完钻井深3218m。定向井深879.48m,斜井段1500m-3218.00m，最大井斜51.11°。水平位移1559.07m,水垂比达到0.69。井斜大，稳斜段长，井底位移大，泥浆悬浮携砂成为本井的技术难点。2.2.2稳斜井段（1500-3218m）钻井液处理措施①进入Ed1前50m及时加入1.5%FH-96进行防塌预处理，并配合加入2%QS-2来提高钻井液的封堵能力，以改善泥饼的质量。②定向成功后及时混入1%乳化石蜡KD-51，钻进中根据进尺及摩阻的变化，采用“少量多餐”的方式补充，深井井段配合使用2%泥浆机油，确保钻井液的具有良好润滑性，同时减少扭矩。③随着井斜的增大，水平位移的延伸，为防止岩屑床的产生，钻进中加入1%XSJ-1，提高了钻井液在大斜度井段的携砂效果，同时工程配合每钻进100-150米进行一次短起下作业，以破坏岩屑床修复井壁。④定期使用离心机，及时清除有害固相，使固相含量小于10%，保证井壁和钻井液清洁。表5真X200井大井斜稳斜段钻井液性能2.3XSJ-Ⅱ在其它大位移井中的使用情况高效携砂剂XSJ-Ⅱ共在江苏油田所钻探的井底位超过1000米的11口大位移定向井中使用，它提高了钻井液的携砂能力，对大位移定向井的井眼净化起到了很好的改善作用，取得良好经济和技术指标。表6井底位移超1000米的定向井技术指标序号队号井号完钻井深(m)井底位移实际垂深水垂比最大井斜完井周期/D电测情况170200周深X149051004.7646310.2243.1161否240639花109-5X29491108.9223630.4763.2744一次成功345768瓦X2138501027.5334580.350.5554否470461庄13-1525721062.6822630.4739.0417一次成功570461庄13-1625901061.1422930.4635.8715一次成功670461庄13-1727301308.8322940.5739.0819一次成功745768纪X1332511770.7625600.6948.7754一次成功840671富83-233901339.9330020.4548.7338一次成功950766陈X1238721391.4133810.4146.5573一次成功1040671富83-134351211.7630690.3939.0730否1140416真x20032811559.0725280.6251.1131一次成功3认识与建议1）进入大斜度定向井段前调整好钻井液的流变性，高效携砂剂的使用，提高钻井液的零切力值和动塑比，提高钻井液悬浮能力，从而增强了钻井液的携砂效果；2）在长稳斜井的钻井中维护钻井液低粘切，既有利于钻井液对井壁和岩屑床的冲刷，紊流洗井，又有利于固控设备清除无用固相，从而尽可能降低塑性粘度，增大动塑比，提高了井眼净化能力。3）工程与泥浆的相互配合，大井斜井段定期进行短程起下钻，以破坏岩屑床，排量在32L/S以上，提高钻井液返速，从而提高岩屑输送效果。井深（m）井斜(º)Pv