钾铵基悬浮乳钻井液体系在水平井中的应用
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[摘 要]本文就解决华北大牛地气田钻水平井段长、大位移和大斜度的难题，巩固和发展环保型保护储层钻井液技术，开展了钾铵基悬浮乳液体系技术尝试。室内对该体系用处理剂进行评价，该体系具有优良的、防塌、抗温和保护油气层性能，抑制性和抗污染能力。
[关键词]悬浮乳液体系 抗温 抗污染 保护油气层
中图分类号：TE254 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0092-01
一、作用机理
钾铵基悬浮乳液钻井液体系是在钾铵基聚合物钻井液体系的基础上，通过引入阳离子乳液聚合物DS-301、乳化石蜡RHJ-1和有机硅醇抑制剂DS-302三种悬乳液型处理剂研制而成的一种钾铵基悬浮乳液钻井液体系。该体系通过正电荷中和作用和长链聚合物的架桥作用，使粘土的比表面和负电荷大大下降，从而使粘土的水敏性基本丧失，有效抑制粘土颗粒的膨胀、分散、运移，起到稳定粘土的作用，结合乳化石蜡能在近井地带形成渗透率极低的屏蔽带的协同作用，减小进入储层的滤液及有害固相可能对油层造成的损害，有效地防止井壁坍塌和保护油气层。
二、体系配方
1、钾铵基悬浮乳液体系配方
通过室内大量实验，对各种处理剂的电性进行了测试，从中优选确定了钻井液体系处理剂；根据大牛地气田的地层特征及井身结构特点，推荐钻井液体系的基本组成和推荐加量如表1。
2、悬浮乳液体系室内性能评价
（1）抗钻屑污染试验
试验按照以下比例配制基浆：
3%坂土浆+0.2%K-PAM+1.5%NH4-PAN+0.2%阳离子乳液聚合DS-301+0.5% 有机硅醇抑制剂DS-302+2.5% 乳化石蜡RHJ-1 +0.5%LV-CMC。
试验方法：实验采用DP26T井2708-2788米井段岩屑进行评价试验，将泥页岩钻屑粉碎并进行筛分，取100-150目泥页岩粉粒加入基浆中，测定基浆性能的变化，试验结果表明，在钾铵基悬浮乳液钻井液体系中，随泥页岩加量增加，粘度几乎不发生变化，滤失量稍有降低，因此钾铵基悬浮乳液钻井液具有很强的抗钻屑固相污染的能力。
（2）抗CaCl2污染试验
钾铵基悬浮乳液钻井液抗CaCl2污染试验结果表明，钾铵基悬浮乳液钻井液具有很好的抗CaCl2污染能力。随CaCl2加量增加，其滤失量逐渐下降。若用CaCl2配制无固相钾铵基悬浮乳液钻井液体系，其无固相的密度可达1.35g/cm3以上。
3、悬浮乳液体系应用
大牛地气田2012年水平井开发主题是实施水平井技术工业化，这就意味着我们在做水平井钻井液时，要立足于储层保护和低成本运作，不断加强科研技术攻关，优化优选钻井液体系及配方，确保实现水平井技术工业化。针对大牛地气田低成本开发的需求，研发储备了值得在大牛地气田水平井推广应用的钻井液体系---钾铵基悬浮乳液钻井液体系 。悬浮乳液体系应用于大牛地气田水平井，不但其优越的储层保护性能，能满足水平段储层保护，还可以实现从直井段到水平段一套体系打完，有利于减少钻井液的排放量，并且可在原来钾铵基聚合物体系的基础上转化为钾铵基悬浮乳液。该体系的储层保护性能、防塌能力均比钾铵基聚合物钻井液好。
三、悬浮乳液体系现场应用情况
1、DP26T井 水平段钻井液施工情况
钻井液配制：本井三开配制钻井液120方。先把坂土浆充分预水化24小时，又依次加入处理剂，0.5%DS-301，2% RHJ-1，1%DS-302，并进行充分搅拌，钻井液性能达到开钻要求。钻井液性能：密度：1.03g/cm3；粘度：43S；API失水：4.2ml；PH：9；切力：5/7 Pa。
2、钻井液维护与处理
（1）钻进中维护处理：
在钻井过程中钻井液维护以补充胶液为主，避免钻井液性能的大起大落，同时根据性能的变化用少量的添加剂对循环系统内的泥浆处理调控，保持性能稳定，满足要求一般以阳离子乳液聚合物DS-301、有机硅醇抑制剂DS-302和水解聚丙烯晴铵盐NH4-HPAN为主配成胶液进行维护处理，根据钻井液粘度切力的高低而使用不同浓度的胶液。有机硅醇抑制剂的含量控制在1-1.5%，阳离子乳液聚合物DS-301的含量控制在0.1-0.3%。水解聚丙烯晴铵盐的含量控制在0.5～1.5%。加入DS-301时配合胶液加入，加入速度控制在30-40分钟/桶。并配合加入铵盐、LV-CMC等胶液，充分循环。
3、钻井液性能控制
（1）滤失量控制
水平井滤失量的控制至关重要，小的滤失量可以减少滤液对储层的水相圈闭伤害，可以减小泥页岩的吸水膨胀，有利于稳定井壁。在配制三开钻井液时，我们首先配制预水化坂土浆，并保证坂土浆的预水化时间，然后添加各种处理剂，并保证降滤失剂CPAM和LV-CMC的加量达到设计要求，检测新浆的滤失量小于5ml方才使用。由于钻遇煤层垮塌，回填侧钻后受水泥污染，滤失量有所上升，及时添加纯碱予以处理，使滤失量又回落到5ml以下。在处理泥浆的时候先做好小型实验，保证失水控制在设计范围内。日常维护泥浆以补充胶液为主，避免钻井液性能的大起大落，使滤失量始终控制在5ml以内，最低的时候达到3.2ml。
（2）钻井液密度控制
本井设计钻井液密度在1.06 g/cm3内。但是由于本井地层岩性含有大段石英砂岩，对钻头的研磨性非常强，在钻头钻开地层后，部分钻屑以微细粒径立刻分散在钻井液中，随着井深增加，混入的微细颗粒越来越多，增加离心机开启时间，有效的控制钻井液密度，达到设计要求。
（3）性能的控制
水平井钻井液性的优劣至关重要，只有良好的性才能保证施工进度和井下安全。钾铵基悬浮乳液钻井液体系具有良好的性，本体系使用可降解无荧光的植物油酸剂，此剂不会对储层造成伤害且不会影响地质录井，具有优良的性能，此外乳化石蜡和乳液高分子强力抑制剂DS-301也保证了该体系的性能。另外，加强了有害固相的控制，使用160-180目的振动筛筛布，使除砂器和除泥器的使用效率达到100%，中速离心机的使用效率达到80%以上，根据情况开启高速离心机。通过以上措施，使扭矩和摩阻控制在很小的范围之内，保证了起下钻顺畅，未出现一次起下钻遇阻，为快速钻进提供了有力的保障。
四、结论
钾铵基悬浮乳液钻井液体系的失水很小，下钻、通井都畅通无阻、没有任何阻卡现象。水平段钻遇深层泥岩，不会出现垮塌现象，这说明钾铵基悬浮乳液钻井液体系对泥页岩有很强的包被抑制性，有利于井下安全，用此体系在泥岩段施工会有非常好的效果。悬浮乳液体系具有优良的页岩抑制性和极强的抗盐、抗钙与抗温能力，体系稳定性能好，抗温达150℃，页岩回收率达90%以上，具有较好的油气层保护效果。悬浮乳液体系的应用大大提高了机械钻速，减少了井下复杂情况的发生，降低了钻井成本，取得很好的推广应用效果。