東海某氣田大位移井鉆井液技術(shù)室內(nèi)研究

邢希金（中海油研究總院，北京 100027）

東海某氣田位于平湖油氣田西南部，距離在產(chǎn)的平湖油氣田較近。該氣田有探井1口，揭示含氣層位為古近系平湖組，儲層埋深3500m?，F(xiàn)擬依托平湖氣田平臺現(xiàn)有設(shè)施，利用大位移井開發(fā)該氣田。但由于地層煤層發(fā)育、儲層異常高壓等復(fù)雜地層特征增加了鉆井難度，由此鉆井液體系的選擇成為決定大位移井開發(fā)作業(yè)成功與否的關(guān)鍵因素。筆者分析了大位移井鉆井難點(diǎn)，并通過室內(nèi)研究推薦了適合于東海海域大位移井鉆進(jìn)的油基鉆井液體系。

1 東海某氣田大位移井鉆井液難點(diǎn)

1.1 地層煤層發(fā)育易垮塌和漏失

東海海域油氣田普遍存在煤層發(fā)育特征。根據(jù)探井地質(zhì)錄井資料顯示，東海某氣田自上而下的新近系三潭組、玉泉組、龍井組，古近系花港組下段及平湖組下段均存在薄煤層，探井鉆探過程中發(fā)生過垮塌和漏失等復(fù)雜情況，這增加了大位移井的鉆井難度。

1.2 裸眼井段長，井壁易失穩(wěn)

1.3 平湖組第12小層儲層異常高壓溢流和井涌

東海地區(qū)平湖組地層普遍存在異常高壓［1］，根據(jù)探井測試結(jié)果及已開發(fā)井資料，平湖組第12小層儲層地層孔隙壓力因數(shù)高達(dá)1.51，考慮井控安全密度附加量0.15g／cm3，儲層段鉆井液密度高達(dá)1.66g／cm3，鉆井過程中存在溢流和井涌風(fēng)險(xiǎn)；由于in井段長達(dá)1680m，儲層頂部為正常壓力系統(tǒng)，高密度鉆井液鉆至儲層時(shí)上部地層可能發(fā)生漏失。

綜合分析，東海某氣田大位移井鉆井液應(yīng)具備以下特征：針對煤層要具有強(qiáng)抑制和強(qiáng)封堵能力；針對長裸眼段應(yīng)具有良好的井壁穩(wěn)定、攜巖及潤滑能力；針對高壓儲層應(yīng)具備防沉降和氣層保護(hù)能力。通過對比分析水基和油基鉆井液的特點(diǎn)，最終選擇油基鉆井液體系來完成12in及in井段鉆井作業(yè)。

表1 東海某氣田大位移井井身結(jié)構(gòu)與套管程序

2 油基鉆井液體系優(yōu)選

2.1 乳化劑的質(zhì)量對體系性能的影響

乳化劑是配制油基鉆井液的關(guān)鍵組分，油基鉆井液是否穩(wěn)定在很大程度上取決于該處理劑的合理使用。室內(nèi)在密度為1.66g／cm3條件下，對乳化劑進(jìn)行了評價(jià)，結(jié)果如表2所示。

基本配方：320ml 3＃白油＋80ml CaCl2溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%）＋主乳化劑HIEMUL＋輔乳化劑HICOAT＋6.0g流型調(diào)節(jié)劑HIRHE＋4.0g儲備堿MOALK＋3.2g有機(jī)土MOGEL＋3.2g提切劑JHS＋8g降濾失劑HIFLO＋4g封堵劑MOFL＋重晶石（加重到密度為1.66g／cm3）。

表2 乳化劑對油基鉆井液體系綜合性能的影響

從試驗(yàn)看出，主乳化劑HIEMUL為10.4g，輔助乳化劑HICOAT為1.6g時(shí)，滾后流變參數(shù)滿足工程要求，比其他配比節(jié)省藥劑，試驗(yàn)和現(xiàn)場推薦采用這種乳化劑的配方。

2.2 有機(jī)土的質(zhì)量對體系性能的影響

有機(jī)土是油基鉆井液中最基本的親油膠體，在油基鉆井液中既可提高鉆井液的黏度和切力，又能降低油基鉆井液的濾失量［2］。室內(nèi)對不同有機(jī)土質(zhì)量下的體系性能進(jìn)行了比較評價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

基本配方：320ml 3＃白油＋80ml CaCl2溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%）＋10.4g主乳化劑 HIEMUL＋1.6g輔乳化劑HICOAT＋6.0g流型調(diào)節(jié)劑HIRHE＋4.0g儲備堿MOALK＋有機(jī)土MOGEL＋3.2g提切劑JHS＋8.0g降濾失劑HIFLO＋4.0g封堵劑MOFL＋重晶石（加重到密度為1.66g／cm3）。

表3 有機(jī)土的質(zhì)量變化對油井鉆井液體系性能的影響

在密度為1.66g／cm3的情況下，評價(jià)結(jié)果表明加入3.2g的有機(jī)土MOGEL，滾前滾后的流變效果都較好，但在密度較低時(shí)應(yīng)增加有機(jī)土確保提黏和降濾失。

2.3 降濾失處理劑的選擇及評價(jià)

具有一定親油性的非溶解性分散顆粒一般可以作為油基鉆井液的降濾失劑使用，在現(xiàn)場使用最為廣泛的是瀝青類物質(zhì)。瀝青可以通過氧化得到氧化瀝青，也可以通過磺化得到磺化瀝青，氧化瀝青和磺化瀝青都可以作為油基鉆井液的降濾失劑使用［3］。降濾失處理劑加入質(zhì)量對體系性能的影響如表4所示。

基本配方：320ml 3＃白油＋80mlCaCl2溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%）＋10.4g主乳化劑 HIEMUL＋1.6g輔乳化劑HICOAT＋6.0g流型調(diào)節(jié)劑HIRHE＋4.0g儲備堿 MOALK＋3.2g有機(jī)土 MOGEL＋3.2g提切劑JHS＋降濾失劑＋4.0g封堵劑MOFL＋重晶石（加重到密度為1.66g／cm3）。

表4 不同降濾失處理劑對油井鉆井液體系性能的影響

從表4可以看出，降濾失劑HIFLO與封堵劑MOFL復(fù)配后，流變性變好且高溫高壓失水降低。降濾失劑的加入改變了鉆井液體系的高溫高壓濾失量，并可以同時(shí)改善泥餅的質(zhì)量，根據(jù)室內(nèi)評價(jià)推薦現(xiàn)場使用這2種處理劑來控制失水。

2.4 儲備堿加入質(zhì)量對油井鉆井液體系性能的影響

堿度控制劑也稱為儲備堿，主要的功能是調(diào)節(jié)油基鉆井液的穩(wěn)定性，激活乳化劑，保護(hù)鉆具，中和以及緩沖地下酸性氣體的影響；油基鉆井液可以采用有機(jī)胺和石灰作為堿度控制劑。儲備堿加入質(zhì)量對體系性能影響如表5所示。

基本配方：320ml 3＃白油＋80mlCaCl2溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%）＋10.4g主乳化劑 HIEMUL＋1.6g輔乳化劑HICOAT＋6.0g流型調(diào)節(jié)劑HIRHE＋儲備堿MOALK＋3.2g有機(jī)土MOGEL＋3.2g提切劑JHS＋8.0g降濾失劑HIFLO＋8.0g封堵劑MOFL＋重晶石（加重到密度為1.66g／cm3）。

表5 儲備堿加入質(zhì)量對油井鉆井液體系性能的影響

從表5可以看出，儲備堿的加入會增加鉆井液的黏度，推薦MOALK的加量為8g左右，以兼顧塑性黏度和切力的需要。

2.5 成膜封堵劑性能評價(jià)

鉆井液中加入成膜封堵劑，能有效封堵不同滲透性地層，阻止固相和液相進(jìn)入地層，穩(wěn)定井壁。成膜封堵劑加入質(zhì)量對體系性能的影響如表6所示。

基本配方：320ml 3＃白油＋80mlCaCl2溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%）＋10.4g主乳化劑 HIEMUL＋1.6g輔乳化劑HICOAT＋6.0g流型調(diào)節(jié)劑HIRHE＋8g儲備堿MOALK＋3.2g有機(jī)土MOGEL＋3.2g提切劑JHS＋8.0g降濾失劑HIFLO＋封堵劑MOFL＋重晶石（加重到密度為1.66g／cm3）。

表6 成膜封堵劑質(zhì)量變化對油井鉆井液體系性能的影響

從表6可以看出，隨著封堵劑MOFL加入質(zhì)量的增加，體系黏度逐漸增大，失水下降，綜合對比流變性與高溫高壓失水情況來看，建議封堵劑加量在8g左右為宜。室內(nèi)采用填砂管（20～40目）試驗(yàn)，評價(jià)了在油基鉆井液體系中封堵劑MOFL不同加入質(zhì)量條件下的成膜封堵性能。主要從砂床的侵入深度來衡量其封堵性，圖1（a）為沒有加MOFL的侵入深度（3.2cm）；圖1（b）為加入4g MOFL的侵入深度（2.6cm）；圖1（c）為加入8g MOFL的侵入深度（1.4cm）。說明在添加成膜封堵劑MOFL后，體系具有較好的成膜封堵效果，能夠有效地降低砂床的侵入深度。

2.6 油基鉆井液的潤滑性能

大位移井的摩阻扭矩是保證大位移井作業(yè)成功的關(guān)鍵，對大多數(shù)水基鉆井液來說，摩阻系數(shù)維持在0.12～0.20。室內(nèi)采用Fann公司EP極壓潤滑儀，在扭矩為16.95N·m，轉(zhuǎn)速為60r／min條件下轉(zhuǎn)5min后讀取儀表讀數(shù)，計(jì)算得摩阻系數(shù)。結(jié)果見表7。

圖1 油基鉆井液成膜封堵效果

表7 摩阻及潤滑系數(shù)評價(jià)

可以看出，所評價(jià)的油基鉆井液潤滑系數(shù)可以達(dá)到0.09，顯示了良好的潤滑性能；與水基鉆井液比較，油基鉆井液潤滑性能要優(yōu)良得多，具有滿足大位移井鉆井作業(yè)的低摩阻低扭矩要求。

2.7 推薦配方及綜合性能

通過對各個(gè)處理劑加入質(zhì)量的系統(tǒng)化評價(jià)，確定了所推薦的油基鉆井液體系配方，其中根據(jù)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及密度設(shè)計(jì)情況，分別對各個(gè)井段的油基鉆井液體系基本配方進(jìn)行了推薦（見表8，各處理劑的加量按照3＃白油和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%CaCl2總和1m3體積計(jì)算結(jié)果），并評價(jià)了其相關(guān)性能（表9）。

表8 油基鉆井液體系推薦配方

表9 油基鉆井液體系推薦配方性能

根據(jù)各個(gè)密度段油基鉆井液體系的推薦配方及性能可以看出，該套油基鉆井液體系具有較好的綜合性能，其塑性黏度較低，高溫高壓失水量較小，封堵性和潤滑性好，能夠滿足大位移井鉆井的需求。

3 結(jié)論與認(rèn)識

通過室內(nèi)大量的分析及試驗(yàn)評價(jià)研究，可以得到如下結(jié)論：

1）針對東海海域地層發(fā)育特征，歸納總結(jié)了東海某氣田大位移井的煤層漏失、長裸眼段井壁穩(wěn)定、高密度沉降、潤滑性等開發(fā)難點(diǎn)，對比分析水基和油基鉆井液的特點(diǎn)，最終選擇油基鉆井液體系解決方案。

2）室內(nèi)構(gòu)建獲得的油基鉆井液具有較好的流變控制性能，黏度低、動(dòng)塑比較高，處理劑加入質(zhì)量低，電穩(wěn)定性較高，儲層保護(hù)效果好，性能穩(wěn)定，具有滿足大位移井鉆井需要的潤滑性能、井壁穩(wěn)定性能、流變帶砂和井眼清潔性能。

［1］王偉，張麗艷，李響 .平湖油氣田油氣成藏新模式 ［J］.海相油氣地質(zhì)，2011，16（1）：51～55.

［2］郝廣業(yè) .抗高溫油基鉆井液有機(jī)土的研制及室內(nèi)評價(jià) ［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2008，18（1）：108～110.

［3］楊玉良，李躍明，馬世昌 .瀝青在石油鉆井中的研究與應(yīng)用 ［J］.新疆石油天然氣，2010，6（1）：59～62.