CP全阳离子钻井液体系在跃满区块的应用

时间：2024-07-28

崔晓明，祝学飞，冯勇，冯丽，吴大超，王盼

（川庆钻探工程有限公司新疆分公司，新疆库尔勒 841000）

跃满区块前期钻进过程中，上部采用传统的聚合物钻井液体系，下部采用KCl聚磺体系，在白垩系与三叠系层位多次出现短起阻卡、卡钻情况，二叠系火成岩易漏失地层多次出现漏失、垮塌、卡钻情况[1]。KCl 聚磺体系因含有高浓度的磺化材料属于强分散型钻井液[2]，随着钻遇裸眼段长的增加、钻屑污染，钻井液密度的提高，体系动切力和静切力逐步升高，强凝胶状态逐步突出加剧了易渗透地层裸眼井段阻卡、二叠系漏失、6500m 以下井段的高温增稠诱发井漏等复杂情况,为解决此问题，特引入CP全阳离子钻井液体系在该区块进行应用。

1 跃满区块地质特性与施工难点

跃满区块大斜度井二开段裸眼长4300m 左右，三开裸眼段长2200m左右，且存在多套压力系统，对钻井液抑制、防塌、防漏及抗温提出了较高的要求[3]。上部新生代地层为砂泥岩互层，可钻性好，易形成虚假泥饼造成井眼缩径引起起下钻阻卡，中生代白垩系、侏罗系、三叠系地层中的巨厚泥岩在压实过程中形成了硬脆性泥岩，易出现井壁剥落掉块垮塌现象，二叠系火成岩易发漏失情况，石炭系以下地层以硬脆性泥岩为主，易发井壁垮塌，井眼扩大形成大肚子与糖葫芦井眼[4]；奥陶系地层以灰岩为主溶洞发育，井底温度达到150℃～170 ℃，对高温流变性提出了较高的要求。研究发现本区块地层岩性的ξ电位在-10～-25mV范围[5]，而CP全阳离子钻井液体系能通过体系材料浓度把钻井液的负电性能提高至与地层的电动电位相当的趋势，从而为该体系的实施创造了条件。

2 区域井身结构、钻井液技术关键节点

跃满区块大斜度井采用四开制标准井井身结构[6]，二开进入石炭系100m中完，三开进入奥陶系一间房组10m中完。区块井身结构与地层岩性及钻井液技术关键节点见表1。

表1 区块井深结构与地层岩性及钻井液技术关键节点

3 CP全阳离子体系研究

3.1 处理剂抑制包被能力评价

选定哈拉哈塘区块三叠系地层钻屑进行岩芯柱实验。岩芯柱分别在蒸馏水、1.5%CPI、8%KCl、20%Weigh2 溶液中进行浸泡24h 拍照抑制性评价，结果显示经CPI 溶液浸泡的岩芯柱在24h 内未发生松散坍塌现象，基本上保持原样，其余试样发生松散垮塌现象。岩芯柱分别在蒸馏水、1%CPH-1、1%IND30溶液中进行浸泡24h 拍照包被性评价，结果显示CPH-1 和IND30 溶液浸泡的岩芯柱形状保持较好，未发生水化分散现象,但CPH-1能为体系提供阳离子。

3.2 室内优化配方实验

基于合理土相与粘切、强包被、强抑制、强封堵、强润滑防卡的技术思路结合区块地质特点，以流变性、抑制性、润滑性、封堵性为主要考察评价指标，优化完善基础配方，形成一套CP 全阳离子基础配方,并进行阳离子浓度测试。配方：3%土+0.2%NaOH+1%CPH-2+0.5%CPH-1+1%CPI+1.5%CPF+1%CPA+2%润滑剂+石灰石/重晶石（密度1.30g/cm3以上重晶石加重）。基础配方试验性能表见表2。

表2 CP全阳离子基础配方试验性能表

表2 可看出，体系流变性、滤失性、阳离子度6500mg/L均符合低粘切状态，适用于上部地层快速钻进。

4 现场应用与操作工艺

4.1 二开311.2mm井眼1200～3200m段

新近系至白垩系底维护工艺：①胶液配方，水+0.1%NaOH+0.3%CPH-2+0.5%CPI，待胶液充分水化与充分护胶的水化坂土浆按比例进行组合，通过CPH-2、CPI 对易水划分散泥岩进行有效包被抑制。②地层较新欠压实，机械钻速较高，渗透量较大，采用800～2000 目超细碳酸钙YX 复配随钻堵漏剂TYSD-1/TP-2，控制地层渗透量在井眼理论容积2.5～3倍以内。③控制较低漏斗粘度FV30～35s、FLAPI失水20mL 以上,雷诺数Re＞3000，通过工程大排量60～65L/s实现优快钻进，保持钻井液对井壁足够有效的冲刷作用[7]，防止钻屑贴附导致短起下钻阻卡的发生。

4.2 二开311.2mm井眼3200～5500m段

侏罗系至石炭系中部维护工艺：①侏罗系后提高胶液中各种护理剂的含量，进一步强化包被、抑制特性。随着井深增加，环空压耗增加，适当补充预水化护胶坂土浆适当提高钻井液粘切，保证携砂能力，4000m前漏斗粘度40s即可，排量50L/s以上，采用低粘切，强化井壁冲刷。②三叠系逐步提高密度至1.26～1.28g/cm3，加入5%～8%超细碳酸钙YX、1%～2%CPA干粉沥青、2%～3%乳化沥青SY-A01加强封堵改善泥饼质量，严控FLAPI、FLHTHP分别6mL、12mL以内。③二叠系密度稳定在1.26～1.28g/cm3,保持体系中CK+＞35000mg/L，防止二叠系垮塌。因二叠系存在易漏失现象，在井浆中引入纤维类、刚性类堵漏剂、强化封堵防塌前提下适当降低钻井液密度减小压差的主动防漏策略[8]，以实现该层位防漏防塌措施。④石炭系重点强化体系抗高温能力，胶液中CPF 加量提高至4%，为防止掉块和钻屑堆积，利用高密度稠浆段塞进行携砂清洁井眼。

4.3 三开215.9mm井眼5500～7500m段

石炭系-至奥陶系一间房组维护工艺：①中完钻塞期间做好钻井液的清洁净化工作，清除有害劣质固相，为下步维护奠定基础，胶液配方为：水+0.5%NaOH+5%～6%CPF+1%CPI+1%CPA，同时日常维护辅以润滑剂。②进入定向段前全井钻井液油含不低于3%，井浆加入0.5%～1%玻璃微珠、0.5%～1%石墨粉，定向期间在循环罐细水长流均匀加入润滑剂，提高YX加量至5%改善饼质量，封堵砂岩易渗透井段防止托压。③泥盆系东河砂岩及志留系沥青砂岩后，该段地层温度相对较高，加入抗高温处理剂，提高钻井液的热稳定性，保持较强的抑制性，易塌地层增大CPA 处理剂用量，保证在高温下具有良好的流变性和较低的高温高压失水，150℃下FLHTHP8mL。④本区块普遍存在下套管时井漏情况发生，下套管前地面准备1.5倍井筒钻井液备用，保证下套管完后固井施工顺利。

5 全阳离子钻井液体系应用效果评价

5.1 体系流变性控制

该钻井液体系在二开三开段钻进过程中有效抑制了上部井段疏松砂泥岩的水化膨胀，快速钻进阶段钻井液性能稳定，始终保持低粘切、强抑制及强包被特性，未发生泥包钻头现象，井眼畅通、起下钻顺利。体系有四种阳离子型处理剂，所以大大减少了原负电性体系需要7～8种处理剂才能维持阴离子钻井液性能的要求，阳离子浓度5000mg/L 以上，有效抑制了粘土矿物的水化膨胀和分散，利于稳定井壁。跃满21-5X 井全阳离子钻井液体系钻井液流变性见表3。

表3 跃满21-5X全阳离子钻井液体系钻井液流变性

表3 可看出：整个钻井液流变性在较低粘度、切力范围，4000m前雷诺数Re＞3000，大排量实现了对井壁的有效冲刷。

5.2 长时间静止体系高温流变特性稳定

根据日常维护与长起下钻到底开泵泵压比较、迟到时间井底段返出性能对比监测，发现该体系高温流变性能稳定，触变性能好，避免了压力激动造成与抽汲造成井漏问题。YueM21-5X 井在井深7305m 井底温度148℃经过69h 起下钻后流变性无变化，YueM703井井深7251m 井底温度142℃经过72h 起下钻后流变性无变化。