江苏油田开窗侧钻井KCl聚合物钻井液应用研究

何竹梅，杨小敏，王 建，杨雪山，施智玲

（中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏 扬州 225009）

套管开窗侧钻井能利用老井的部分井眼、套管、井场及地面设施，从而大幅减少钻井、套管、地面建设等费用，同时有利于环保，是投资少、见效快、经济显著的开发手段［1-2］。 江苏油田自1996 年开展了套管开窗侧钻井技术的应用研究与现场实践，在近几年低油价时期，开窗侧钻实施井数占年钻井数的15%～43%，为油田稳产发挥着举足轻重的作用。但因井眼间隙小，受小钻具振动、起下钻压力激动、环空高速冲蚀，以及地层强水敏性等因素影响，井壁易失稳，导致起下钻遇阻、电测遇阻等复杂情况多发。为此，开展了强抑制强封堵KCl 聚合物钻井液体系配方的优化实验和现场应用，为开窗侧钻井有效应用提供了技术保障。

1 套管开窗侧钻井对钻井液性能要求

套管开窗侧钻井是指在原套管内某一深度处坐斜向器开窗或锻铣，打水泥塞后侧钻出新井眼［3］。江苏油田开窗侧钻井采用工艺是在Ø139.7 mm套管上坐斜向器开窗，采用Ø118 mm 钻头侧钻至目标井深，悬挂Ø90.5 mm 生产尾管、水泥固井、射孔完井［4］。因此类井环空间隙小，使用的钻头、钻杆的尺寸小，环空压力损耗大，工作压力高，同时受地面设备影响，钻井液循环排量选择受限，排量过低井眼将出现清洁不良，造成机械钻速慢，摩阻增大，井下复杂等问题；而循环排量过高，地面设备以及井壁都将承受高循环压力，同时井浆高速流动，加剧了对井壁的冲蚀。故套管开窗侧钻井的钻井液需具有以下性能特点:

（1）低黏高切。既有利于控制泵压和井内的压力激动，减少沿程压力损耗，提高喷射效率和钻速；又能确保钻井液悬浮携岩能力，防止岩屑沉降，减少托压现象。

（2）强抑制性能。能强力抑制水敏性泥页岩吸水膨胀、缩径和分散造浆，从而有助于控制井浆黏度上升和环空间隙进一步缩小，保持井眼清洁。

（3）强封堵降滤失性能。能提高泥饼质量，降低滤失量，有利于井壁稳定。

（4）突出的润滑防粘卡能力。由于开窗侧钻井多为定向井或水平井，随侧钻技术进步，侧钻井段进一步延长，加上使用钻具尺寸小，柔性大，在重力作用下，井下钻具多“侧躺”在下井壁，滑动钻进时，托压现象多见，若遇软泥岩或井下岩屑较多时，托压会更加明显。

（5）储层保护要求高。江苏油田多为强—极强水敏性储层，长期的注水开发，地层压力紊乱，存在钻遇高压地层风险。为防溢流，常采用较高密度钻井液，固相含量增多，井内压差增大，储层极易造成损害。

通过技术调研，KCl 聚合物钻井液具有流变性好、抑制性强等性能特点，符合套管开窗侧钻井对钻井液的性能要求［5-6］。由此，开展了适应江苏油田开窗侧钻井KCl聚合物钻井液体系配方优化实验研究与现场应用实践。

2 KCl 聚合物钻井液体系配方优化实验研究

2.1 抑制性能评价

采用H158井Ed1垮塌物，制成6～10目岩屑和小于100 目的岩心粉，通过页岩滚动回收率和页岩膨胀实验，评价KCl 不同质量分数下的抑制性、优选KCl 配伍性高的抑制剂，结果见图1 和表1。可见，KCl具有增强钻井液抑制泥页岩水化膨胀分散的能力，且抑制性随质量分数增加而增强，质量分数超过7%增势趋缓，初选质量分数5%～7%；由膨胀率实验可见，FA367+KCl组合的抑制性最佳。

图1 不同质量分数KCl钻井液的岩屑滚动回收率

表1 抑制剂优选

2.2 封堵性能评价

在配方为3%膨润土+0.3%FA367+7%KCl 的基浆中加入不同降滤失剂，测量试样的滤失量及流变性能，结果见表2。可见，LV-PAC降滤失效果最好，同时对钻井液的流变性能影响较小，因此优选LVPAC 作为体系降滤失剂。

表2 降滤失剂优选

在配方为3% 膨润土+0.2%FA367+7%KCl+1.5%FH-96+3%QS-4+CaCO3（密度1.15 g/cm3）的基浆中加入不同比例LV-PAC，测量其降滤失性能，结果见图2。可见，LV-PAC 质量分数达到0.5%时具有较好的降滤失效果，达1.0%后，滤失量降幅趋缓，初选0.5%～1.0%。

图2 不同质量分数的LV-PAC降滤失性能

2.3 防塌剂性能评价

在配方为3%膨润土+0.2%FA367+1%LV-PAC+7%KCl+3%QS-4 的基浆中加入4 种不同的防塌剂，测量试样的API滤失量，结果见图3。可见，FH-96、GL-1 和OSAM-K 均具有较好的降滤失效果。进一步对三种防塌剂进行复配评价，结果见表3。可见，1.5%FH-96 和1.5%OSAM-K 复配时降滤失效果最佳，故优选防塌剂FH-96、OSAM-K复配使用。

图3 防塌剂优选

表3 防塌剂复配配方优选

2.4 润滑性能评价

在配方为3%膨润土+0.2%FA367+1%LV-PAC+7%KCl+1.5%FH-96+1.5%OSAM-K+3%QS-4 的基浆中添加不同品种和比例的润滑剂，使用极压润滑仪测量润滑系数，评价其润滑性能，结果见表4、图4。可见，JS-LUB-1 的润滑性较好，相对基浆，其极压摩阻系数降低50%；随着JS-LUB-1 加量增加，摩阻系数随之降低，初选加量1%～2%。

表4 不同配方润滑性能评价

图4 JS-LUB-1不同质量分数下润滑性能评价

2.5 悬浮性能评价

从基本配方性能评价结果看出，KCl 聚合物钻井液的Φ3/Φ6值偏低，为提高体系的悬浮携砂能力，进行了提切剂XC加量的优选，结果见表5。可见，随着XC 质量分数增加，试样Φ3/Φ6值逐渐增加，当质量分数达到0.05%～0.1%时，试样的悬浮性已较好。但XC 质量分数持续增加，体系表观黏度呈递增趋势。故XC初选加量为质量分数0.05%～0.1%。

表5 XC质量分数对钻井液体系性能的影响

通过上述实验，优化建立KCl 聚合物钻井液体系配方为:3%膨润土+0.2%-0.3%FA367+1%-1.0%LV-PAC+5%-7%KCl+1.5%FH-96+1.5%OSAM-K+1%-2%JS-LUB-1+3%QS+0.05%-0.1%XC

2.6 储层保护效果评价

使用SX23 井强水敏储层（1 829.0～1 852.2 m）岩心，通过JHMD-Ⅱ高温高压动态损害评价仪，测定KCl聚合物钻井液中加入不同储层保护剂的岩心渗透率恢复值，优选与体系匹配的储层保护剂，配加FQ 的试样储层保护效果明显优于其他试样，见表6，因此，优选3%FQ作为储层保护剂。

表6 钻井液动态损害天然岩心实验结果

再用氮气、KCl聚合物钻井液滤液、聚合物钻井液滤液、纯净水为驱替介质，分别测定岩心渗透率恢复值，对比评价KCl对储层水敏损害情况，结果见表7。可见:KCl有助于降低聚合物钻井液滤液对储层的水敏损害，分析原因可能是由于KCl 对岩心中的泥岩起到抑制分散作用。

表7 KCl聚合物钻井液滤液储层水敏分析

由上述实验结果可以看出，优化建立的KCl 聚合物钻井液配方体系，具有优越的抑制性、流变性、封堵降滤失性、润滑性和储层保护效果，符合套管开窗侧钻井对钻井液的性能要求。储层段配用保护剂3%FQ，能得到较好的储层保护效果。

3 现场应用与效果分析

3.1 现场应用

KCl 聚合物钻井液技术已在CH113A、CSX23A井中成功应用，试验井的基本情况见表8。

表8 KCl聚合物钻井液试验井的基本情况

两口试验井均在Ø139.7 mm 的套管内开窗侧钻，采用Ø118 mm 钻头钻至设计井深，下入Ø95.25 mm 生产尾管完井。CH113A 井轨迹正常，但裸眼较长，而CSX23A 井四段制轨迹复杂，最大井斜39°，降磨减阻问题突出。试验井均具有的难点是:①上部棕色泥岩易吸水膨胀缩径、分散造浆，黏度不易控制，下部灰黑色泥岩易水敏垮塌，起下钻不畅，长时间划眼现象在邻近侧钻井中时有发生；②小井眼定向井，环空间隙小，钻具小柔性大，侧钻中托压和泵压高现象常见；③老区井，邻近注水井多，为防溢流需要采用高密度钻井液，高压差下易加剧托压、粘卡及压漏风险。

根据上述分析，结合实验研究，决定在CH113A、CSX23A井侧钻中采用KCl聚合物钻井液技术，以保证这两口侧钻井的安全施工。

现场工艺措施是:在3%坂土浆中加入0.3%FA367、0.5%LV-PAC 混合胶液，搅匀后加入7%KCl，增强聚合物钻井液抑制性，钻穿上部棕色砂泥岩夹层段；钻至易垮塌地层前加入1.5%FH-96 进行防塌预处理，后续定期补充，并配加1.5%OSAM-K 和3%QS-2，提高钻井液的封堵防塌能力；油层段加入3%FQ保护储层；根据需要，用XC 进行切力调整，保证携岩能力；用NaOH 溶液保持pH 值至9 以上；定期添加JS-LUB-1 保持粘附系数在0.08 以下，全程高效使用固控设备，确保般土含量在25～30g/L。试验井钻井液表现出良好的抑制性、封堵降滤失性、润滑性及悬浮携岩能力，侧钻井作业顺利。从表9 列举的CSX23A 井侧钻井段钻井液性能数据，可以看出，KCl聚合物钻井液性能稳定。

表9 CSX23A井侧钻井段钻井液性能

3.2 效果分析

CH113A、CSX23A 两口试验井侧钻顺利，侧钻段平均井径扩大率分别为7.5%、5.3%，井径规则，钻具提升摩阻小，托压现象不明显，完井电测均顺利。区块平均复杂时效分别由1.68%、1.5%降至0。试验井初期日产油量分别为4.5 t、4.2 t，堵塞比分别为0.67、0.71，储层处于完善状态，取得了较好的钻探效果。

4 认识

（1）室内研究与现场应用表明，优选的KCl聚合物钻井液配方体系具有抑制性和封堵防塌能力强、携岩性和润滑性好、流型易控制等特点，能够满足开窗侧钻井安全施工需要。

（2）KCl 聚合物钻井液配合3%FQ 对储层有良好保护作用，同时KCl 能减轻储层水敏损害。现场应用2 口井的堵塞比均小于1，储层处于完善状态，储层保护效果显著。

（3）现场配制KCl聚合物钻井液时，应将般土质量分数严格控制在3%～4%，预处理和维护时要按体系配方添加各种处理剂，合理使用四级固控设备，确保性能平稳。