一种储气库井斜井段防托压润滑钻井液及其防托压润滑方法

摘要

本发明公开了一种储气库井斜井段防托压润滑钻井液及其防托压润滑方法，目的在于在钻井液中加入不同属性的润滑材料和提粘切材料，找出合适的配方和加量提高钻井液的携砂效率，降低钻井液和泥饼的摩阻，防止滑动托压和钻具粘卡，确保斜井段套管下入顺畅。通过对不同润滑材料降摩阻的能力及现场应用效果来合理选配润滑材料的配方，确定了斜井段不同井斜下润滑材料的含量和配比，并明确了具体的钻井液性能，同时明确了相关的工程技术措施和四级固控设备的相关使用参数。

说明书

技术领域

本发明涉及石油、天然气勘探开发过程中的钻井液技术领域，特别涉及一种储气库井斜井段防托压润滑钻井液及其防托压润滑方法。 

背景技术

储气库井是为了评价靖中南水平井建设储气库后地层的注入与生产能力，分析水平井组间的干扰情况，论证储气库水平井布井的极限井网、井距，而在高产区部署的四开大尺寸井眼注采试验水平井。储气库井为四开结构的大尺寸井眼的水平井，一开井径660.4mm，二开直井段井径444.5mm，三开斜井段井径311.2mm，四开水平段井径215.9mm。 

储气库井斜井段井眼尺寸为311.2mm，而常规水平井斜井段井眼尺寸仅为215.9mm，同比增大44.14%；斜井段建井周期80-110天，同比常规水平井增加80%-110%；环空容积60.4L/m，环空返速仅为0.7-0.8m/s,同比常规水平井斜井段降低了24.8%-36.4%。因此，储气库斜井段面临着钻井周期长、环空返速低、携砂困难等一系列难题。钻井周期长使得钻井液中有害固相累积量增多，环空返速低、携砂困难导致钻井液中含砂量增加、岩屑床形成，因此容易造成滑动托压、扭矩大、钻具粘卡、套管下入困难等井下复杂事故。 

发明内容

为解决以上技术难题，特开发一种储气库井斜井段防托压润滑钻井液及其防托压润滑方法，该钻井液提高钻井液的携砂能力，降低钻井液有害固相含量，大幅提升钻井液的润滑性。 

为此，本发明提供了一种储气库井斜井段防托压润滑钻井液，包括原复合盐水钻井液体系，即聚阴离子纤维素、硅氟防塌降虑失剂、抗盐羧甲基淀粉GD-K、聚合物降失水剂JT-1、超细碳酸钙、甲酸钠、氯化钠、氯化钾、重晶石粉和水，依次的质量体积比为0.3%、4%、3%、0.3%、5%、6%、4%、4%、10～20%和53.4～63.4%，还包括润滑材料和提粘切材料，质量体积比分别为3～4.5%和5.7～7%； 

所述润滑材料包括已经乳化的油基类液体润滑剂RY-838、颗粒粒度达到纳米级的石墨粉GD-2和水基类液体润滑剂无荧光聚合醇XCS-3，质量体积比依次为1.5～2%、1～1.5%和0.5～1%；

所述提粘切材料包括抗盐羧甲基淀粉GD-K、聚阴离子纤维素PAC-HV和XCD黄原胶，质量体积比依次为5～6%、0.5%～0.7%、0.2～0.3%。

一种上述钻井液的防托压润滑方法，包括以下步骤： 

步骤1：井斜0～40°时，在原复合盐水钻井液体系中加入RY-838、GD-2和XCS-3，并使其质量体积比依次达到1.5%、1%和0.5%；同时加入GD-K、PAC-HV和XCD，并使其质量体积比依次达到5%、0.5%和0.2%，提升原复合盐水钻井液体系提粘切材料的含量，最终使钻井液性能达到：马氏漏斗黏度值为50～58s，PV=25～35 mPas，YP=6～8 mPa，摩阻系数≤0.0963，含砂≤0.2%；

步骤2：井斜40～90°时，在上述步骤1完成后的钻井液中加入RY-838、GD-2和XCS-3，并使其质量体积比依次达到1.6～1.9%、1.1～1.4%和0.6～0.9%；同时加入GD-K、PAC-HV和XCD，并使其质量体积比依次达到5.6%、0.6%和0.2%，提升原复合盐水钻井液体系提粘切材料的含量，最终使钻井液性能达到：马氏漏斗黏度值为70～80s，PV=35～55 mPas，YP=11～15 mPa，摩阻系数≤0.0787，含砂≤0.2%；

步骤3：斜井段完钻下套管前，收集80方上述步骤2中完成后的钻井液用于封闭斜井段，配方为：在步骤2中完成后的钻井液中加入RY-838、GD-2和XCS-3，并使其质量体积比依次达到2%、1.5%和1%；同时加入GD-K、PAC-HV和XCD，并使其质量体积比依次达到6%、0.7%和0.3%，提升原复合盐水钻井液体系提粘切材料的含量，最终使钻井液性能达到：马氏漏斗黏度值为80～90s，PV=55～65 mPas，YP=15～18 mPa，摩阻系数≤0.0787，含砂≤0.2%。

本发明基于复合盐水钻井液体系之上，增加了润滑材料的种类，调整了润滑剂在不同井段的加量和配比，并强化了几种提粘切材料的含量。专项应用于储气库井斜井段钻井液的防托压润滑技术，与以往的配比和加量对比，斜井段机械钻速大幅提升，滑动托压现象明显改善，斜井段套管下入十分顺畅。从而降低了滑动粘卡、卡套管、断钻具等井下风险，为储气库斜井段钻井施工的提速工作提供了有力的保障。 

附图说明

图1是储气库井与常规四开水平井斜井段起下钻摩阻对比图。 

具体实施方式

一种储气库井斜井段防托压润滑钻井液，包括原复合盐水钻井液体系，即聚阴离子纤维素（PAC）、硅氟防塌降虑失剂（SF）、抗盐羧甲基淀粉GD-K、聚合物降失水剂JT-1、粒径为0.01～0.08μm的超细碳酸钙（ZDS）、甲酸钠、氯化钠、氯化钾、重晶石粉和水，依次的质量体积比为0.3%、4%、3%、0.3%、5%、6%、4%、4%、10～20%和53.4～63.4%，还包括润滑材料和提粘切材料，质量体积比分别为3～4.5%和5.7～7%；所述润滑材料包括已经乳化的油基类液体润滑剂RY-838、颗粒粒度达到纳米级的石墨粉GD-2和水基类液体润滑剂无荧光聚合醇XCS-3，质量体积比依次为1.5～2%、1～1.5%和0.5～1%；所述提粘切材料包括抗盐羧甲基淀粉GD-K、聚阴离子纤维素PAC-HV和XCD黄原胶（石油级，分子量范围是100-150），质量体积比依次为5～6%、0.5%～0.7%、0.2～0.3%。 

针对上述配料比例进行如下实验： 

选取储气库靖平22-4-1井和靖平51-13井斜井段复合盐水钻井液为实验基浆，评价润滑材料的润滑效果。

①浆+纳米石墨GD-2（表1） 

②基浆+RY-838（表2）

③基浆+XCS-3（表3）

通过三种润滑材料单剂的润滑效果对比，RY-838＞GD-2＞XCS-3，并通过加量-降摩阻能力对比，三种润滑材料的推荐加量分别为：RY-838为1.5-2%，GD-2为1-1.5%，XCS-3为0.5-1%。

现场应用实例： 

①四开下古井斜井段机械钻速对比（表4）

影响斜井段机械钻速的主要因素就是滑动钻进速度的快慢，因此钻井液的润滑防托压性能是影响斜井段机械钻速的主因，由表4可以看出，后三口井井眼尺寸仅为215.9mm，但是机械钻速低于大尺寸井眼的储气库靖平22-4-1井，主要是储气库井在斜井段钻井液中加入了1.5%GD-2+1%XCS-3，从而在滑动钻进过程中几乎无托压现象，无粘卡发生。

②储气库井与其它四开水平井斜井段摩阻对比 

四口井配方对比如下表5所示：

四口井斜井段摩阻对比，如图1所示，通过四口井润滑材料的配方和摩阻的对比可以看出，储气库靖平22-4-3井斜井段的起下钻摩阻是最小的，同比靖平28-31井摩阻降低了43.8%，同时该井润滑材料总含量达到了3%，具体为复合盐水钻井液+1.5%GD-2+1%XCS-3+1%RY-838。

根据上述的钻井液，有一种更加优化的加料方法，按照以下的步骤进行操作： 

步骤1：井斜0～40°时，在原复合盐水钻井液体系中加入RY-838、GD-2和XCS-3，并使其质量体积比依次达到1.5%、1%和0.5%；同时加入GD-K、PAC-HV和XCD，并使其质量体积比依次达到5%、0.5%和0.2%，此时润滑材料的质量体积比达到钻井液体新的3%，提粘切材料的质量体积比达到钻井液体新的5.7%，提升原复合盐水钻井液体系提粘切材料的含量，最终使钻井液性能达到：马氏漏斗黏度值为50～58s，PV=25～35 mPas，YP=6～8 mPa，摩阻系数≤0.0963，含砂≤0.2%；

步骤2：井斜40～90°时，在上述步骤1完成后的钻井液中加入RY-838、GD-2和XCS-3，并使其质量体积比依次达到1.8%、1.3%和0.8%；同时加入GD-K、PAC-HV和XCD，并使其质量体积比依次达到5.6%、0.6%和0.2%，此时润滑材料的质量体积比达到钻井液体新的3.9%，提粘切材料的质量体积比达到钻井液体新的6.4%，提升原复合盐水钻井液体系提粘切材料的含量，最终使钻井液性能达到：马氏漏斗黏度值为70～80s，PV=35～55 mPas，YP=11～15 mPa，摩阻系数≤0.0787，含砂≤0.2%；

步骤3：斜井段完钻下套管前，收集80方上述步骤2中完成后的钻井液用于封闭斜井段，配方为：在步骤2中完成后的钻井液中加入RY-838、GD-2和XCS-3，并使其质量体积比依次达到2%、1.5%和1%；同时加入GD-K、PAC-HV和XCD，并使其质量体积比依次达到6%、0.7%和0.3%，此时润滑材料的质量体积比达到钻井液体新的4.5%，提粘切材料的质量体积比达到钻井液体新的7%，提升原复合盐水钻井液体系提粘切材料的含量，最终使钻井液性能达到：马氏漏斗黏度值为80～90s，PV=55～65 mPas，YP=15～18 mPa，摩阻系数≤0.0787，含砂≤0.2%。

在使用上述钻井液进行防托压润滑的时候，应满足以下工程技术措施： 

①泥浆泵排量控制在52～55L/S，每打完立柱划眼1～2次，每次起钻前，循环2周以上；

②严禁长时间连续滑动作业，尤其是工具面连续15分钟不变化时，应上提活动钻具；

③地面循环罐总容量大于300方，每趟下钻起钻后清理锥形管一次；

④振动筛筛布孔径≥160目，使用率达100%；一体机筛布孔径≥200目，使用率达80%以上；高速离心机转速控制在2100-2500r/min，使用率达到60%以上。

采用上述的方法应用在储气库井斜井段防托压润滑，比使用原体系钻井液钻进摩阻降低了40%以上，有效地起到润滑防托压的效果。 

上述化学试剂均可以从市场上直接购得。 

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。