頁(yè)巖油藏油基鉆井液技術(shù)

劉振東 劉國(guó)亮 高 楊 李海斌

1.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng) 257000；

2.中石化勝利石油工程有限公司渤海鉆井總公司，山東 東營(yíng) 257200

0 前言

勝利油田羅家區(qū)塊地層屬于濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷羅家鼻狀構(gòu)造帶，該構(gòu)造帶是一個(gè)近南北向的大型水下隆起，北臨渤南洼陷，南靠陳家莊凸起。 羅家鼻狀構(gòu)造帶在沙三段時(shí)期沉積了數(shù)百米的暗色泥頁(yè)巖，本區(qū)新生界古近系地層被數(shù)條北西向延伸的盆傾斷層切割，形成斷階帶。 據(jù)該區(qū)實(shí)鉆和物探資料分析，設(shè)計(jì)井區(qū)沙三段油、泥頁(yè)巖裂縫發(fā)育，易形成泥頁(yè)巖裂縫油氣藏。 梁頁(yè)1 HF 井位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷利津洼陷帶南坡梁頁(yè)1 HF 塊較高部位。 利津洼陷沙三下-沙四上時(shí)期，盆地處于斷陷-坳陷階段，沉降速度加快，湖盆的沉積環(huán)境逐漸由濱淺湖轉(zhuǎn)變?yōu)榘肷詈?深湖，因而從下到上發(fā)育了以油頁(yè)巖、泥巖及灰質(zhì)泥巖為主的地層。 對(duì)羅家及喬莊區(qū)塊泥頁(yè)巖水化穩(wěn)定性進(jìn)行研究， 有助于明確泥頁(yè)巖的穩(wěn)定性機(jī)理，優(yōu)選鉆井液體系，保證該區(qū)塊鉆井過(guò)程中的井下安全。

1 鉆井液對(duì)泥頁(yè)巖水化穩(wěn)定性影響

1.1 泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)

利用泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)考察泥頁(yè)巖水化作用對(duì)巖石穩(wěn)定性的影響，見(jiàn)圖1。 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，巖屑的清水回收率達(dá)到82.4%，柴油基鉆井液回收率高達(dá)99%，說(shuō)明該地層巖屑在柴油基鉆井液中不易水化分散。

圖1 泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.2 巖石相對(duì)強(qiáng)度評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

將羅67 井頁(yè)巖井段巖心在室內(nèi)利用不同鉆井液浸泡，然后分別測(cè)定泥頁(yè)巖聲波傳遞速度，評(píng)價(jià)巖石相對(duì)強(qiáng)度，見(jiàn)表1。

由于巖石相對(duì)強(qiáng)度和聲波傳遞速度成正比，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，柴油基鉆井液浸泡后巖石的聲波傳遞速度降低率明顯低于水基鉆井液，因此證實(shí)柴油基鉆井液對(duì)泥頁(yè)巖的水化作用最弱，較有利于井壁穩(wěn)定。

表1 聲波傳遞實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.3 不同鉆井液動(dòng)失水實(shí)驗(yàn)

泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)中，柴油基鉆井液的回收率高于水基鉆井液，其泥頁(yè)巖水化抑制性較好，這跟鉆井液濾失進(jìn)入地層的水有很大關(guān)系。 利用動(dòng)失水儀測(cè)定了柴油基鉆井液和胺基鉆井液的動(dòng)態(tài)濾失量，定量考察了濾失量大小對(duì)泥頁(yè)巖水化作用的影響，見(jiàn)圖2。

由圖2 可見(jiàn)，柴油基鉆井液的動(dòng)態(tài)濾失量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于胺基鉆井液，進(jìn)入地層的濾失小，自然水化作用就會(huì)弱。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，油基鉆井液泥頁(yè)巖水化穩(wěn)定性好，原因在于：

a）濾失量小，可有效防止泥頁(yè)巖水化；

b） 抑制性好，對(duì)泥頁(yè)巖水化作用弱，不易使泥頁(yè)巖微裂縫開(kāi)啟，保證了泥頁(yè)巖的井壁穩(wěn)定［1-3］。

圖2 動(dòng)失水實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 油基鉆井液性能評(píng)價(jià)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 鉆井液性能評(píng)價(jià)

柴油基鉆井液配方：〔（柴油+CaCl2溶液）（油水比80∶20）〕+3%主乳化劑+1.5%輔乳化劑+2%潤(rùn)濕劑+4%有機(jī)土+2.2% 堿度調(diào)節(jié)劑+3% 降濾失劑+3% 乳化封堵劑+5%復(fù)合封堵劑。

柴油基鉆井液配方性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

白油基鉆井液配方性能評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表2～3 可知，柴油基鉆井液和白油基鉆井液配方塑性黏度和動(dòng)切力較為合理，具有良好的流變性；同時(shí)破乳電壓均在500 V， 具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性； 老化后，鉆井液性能基本保持不變，也說(shuō)明了鉆井液體系的抗溫性。 這些指標(biāo)都說(shuō)明柴油基鉆井液和白油基鉆井液配方能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用條件［4-5］。

表2 柴油基鉆井液配方性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 白油基鉆井液配方性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

油基鉆井液在渤頁(yè)平1 井、渤頁(yè)平2 井及梁頁(yè)1 HF井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用， 表現(xiàn)出了良好的頁(yè)巖抑制效果、潤(rùn)滑能力以及井眼清潔能力。

渤頁(yè)平1 井采用柴油基鉆井液施工，完鉆井深4 335.54 m，套管下入至3 748.86 m。 本井三開(kāi)所鉆井段為油泥巖、油頁(yè)巖，裂縫發(fā)育，極易出現(xiàn)坍塌掉塊。 使用油基鉆井液鉆進(jìn)期間，鉆屑上返及時(shí)、均質(zhì)、棱角分明，無(wú)掉塊返出，電測(cè)井段井眼擴(kuò)大率≤3%，后期井壁失穩(wěn)后，在油氣顯示活躍條件下，優(yōu)質(zhì)的鉆井液保證了劃過(guò)井段井壁的穩(wěn)定性，為后期工程施工奠定基礎(chǔ)。

渤頁(yè)平2 井作為勝利油田第二口頁(yè)巖油水平井，該井三開(kāi)采用白油基鉆井液施工， 無(wú)任何復(fù)雜事故發(fā)生。該井井徑規(guī)則，井眼擴(kuò)大率為2.3%，成功解決了三開(kāi)井段泥頁(yè)巖井壁不穩(wěn)定、長(zhǎng)水平段井眼清潔難等問(wèn)題。 該井水平位移1 329.75 m，水平段881.88 m，平均機(jī)械鉆速達(dá)到8.22 m/h，鉆井速度較渤頁(yè)平1 井有大幅提高。

梁頁(yè)1 HF 井位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷利津洼陷帶南坡梁頁(yè)1 HF 塊較高部位。 該井采用白油基鉆井液施工，完鉆井深3 961.97 m，水平段長(zhǎng)626.2 m，位移1 003.16 m。該井三開(kāi)施工順利，無(wú)任何復(fù)雜事故，成功解決了該區(qū)塊三開(kāi)井段泥頁(yè)巖井壁不穩(wěn)定的難題。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的問(wèn)題及對(duì)策

3.1 乳液穩(wěn)定性

油基鉆井液使用中，必須確保乳液的穩(wěn)定性［6-10］。 目前，衡量乳液穩(wěn)定性的主要指標(biāo)是破乳電壓。 當(dāng)鉆遇水層引起地層水侵入，或當(dāng)大量鉆屑進(jìn)入鉆井液，乳化劑和潤(rùn)濕劑在鉆屑表面吸附導(dǎo)致其過(guò)量消耗而未能及時(shí)補(bǔ)充時(shí)，乳液穩(wěn)定性就會(huì)變差，需要及時(shí)補(bǔ)充乳化劑和潤(rùn)濕劑，并注意調(diào)整好油水比，盡快恢復(fù)其原有穩(wěn)定性。從現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，渤頁(yè)平1 井油基鉆井液隨循環(huán)剪切時(shí)間的增長(zhǎng)，鉆井液的破乳電壓呈增大趨勢(shì)，由最初的947 V 增大至1 500 V 左右。 鉆進(jìn)期間鉆屑及加重材料等固相不斷進(jìn)入鉆井液中， 為保證油基鉆井液的乳化穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)有針對(duì)性地適當(dāng)補(bǔ)充乳化劑及潤(rùn)濕劑，保證了油基鉆井液的乳化穩(wěn)定性，在后期鉆井液多次經(jīng)受高壓

油氣污染及大量集中加入加重材料的情況下，鉆井液的破乳電壓仍能保持在1 400 V 左右。

3.2 封堵性

盡管油基鉆井液具有很強(qiáng)的抑制性，但對(duì)于一些層理和微裂縫發(fā)育的硬脆性和破碎性地層，油的侵入仍然會(huì)帶來(lái)地層的不穩(wěn)定因素，故油基鉆井液的封堵問(wèn)題仍然不能忽視。 可通過(guò)采用乳化瀝青和納米封堵顆粒的復(fù)合封堵作用來(lái)提高鉆井液的封堵性能。 鉆井液封堵劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)見(jiàn)表4。

表4 鉆井液封堵劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

此方法在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中獲得了較好的封堵效果。 渤頁(yè)平1 井通過(guò)添加乳化瀝青、納米封堵顆粒及降濾失劑等材料，控制鉆井液的HTHP 濾失量在2.4 mL 左右，因而該井鉆井液封堵性良好， 未出現(xiàn)任何井壁失穩(wěn)的現(xiàn)象。又如梁頁(yè)1 井鉆進(jìn)至3 526 m，實(shí)施短起下作業(yè)時(shí)出現(xiàn)漏失，通過(guò)加入乳化瀝青及納米封堵材料，堵漏過(guò)程中井壁穩(wěn)定，未出現(xiàn)任何掉塊、坍塌等情況，說(shuō)明鉆井液封堵性強(qiáng)。

3.3 原油污染

鉆遇油層時(shí)，原油會(huì)溶于油基鉆井液，導(dǎo)致鉆井液流變性變差。 因此，在采用油基鉆井液鉆開(kāi)油層時(shí)，必須重視原油污染的預(yù)防和處理工作。 渤頁(yè)平1 井在鉆進(jìn)至4 264.86 m 后就曾出現(xiàn)多次油氣侵現(xiàn)象， 地層油氣不斷侵入鉆井液中，造成鉆井液黏切上升，性能變差。 故油基鉆井液配方必須有較好的抗原油污染能力。 從室內(nèi)研究來(lái)看，研制的油基鉆井液可以抗18% 的原油污染，抗原油污染效果比較理想，見(jiàn)表5。 另外，現(xiàn)場(chǎng)可采用基油稀釋的辦法調(diào)節(jié)黏切，并通過(guò)適當(dāng)加入乳化劑及潤(rùn)濕劑來(lái)保證鉆井液流變性和乳化穩(wěn)定性。

表5 鉆井液抗原油污染性能評(píng)價(jià)

3.4 油基鉆屑及鉆井液回收處理

油基鉆屑及鉆井液對(duì)環(huán)境的污染較大，雖然現(xiàn)在使用白油基低毒油基鉆井液，但鉆井液里面的芳烴物質(zhì)對(duì)環(huán)境仍有污染。 因此，需要對(duì)油基鉆屑和鉆井液進(jìn)行謹(jǐn)慎處理，保證其使用過(guò)程的環(huán)保安全。 目前，在現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)油基鉆屑及鉆井液全回收處理的辦法來(lái)解決環(huán)境友好性問(wèn)題；也可使用油基鉆屑的隨鉆處理裝置，通過(guò)對(duì)鉆屑的清洗，達(dá)到安全排放的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)油基鉆井液進(jìn)行回收處理并重復(fù)利用，可大大提高油基鉆屑的處理速度，簡(jiǎn)化油基鉆井液處理工藝和操作程序。 油基鉆井液回收處理工藝示意見(jiàn)圖3。

圖3 油基鉆井液回收處理工藝

4 結(jié)論

a）油基鉆井液濾失量小， 可有效防止泥頁(yè)巖水化；且油基鉆井液抑制性強(qiáng)，對(duì)泥頁(yè)巖的水化作用弱，可進(jìn)一步阻止泥頁(yè)巖的水化分散，因而更有利于泥頁(yè)巖的井壁穩(wěn)定。

b）通過(guò)在渤頁(yè)平1 井、 渤頁(yè)平2 井及梁頁(yè)1 HF 井的應(yīng)用，說(shuō)明研制的油基鉆井液體系抑制性強(qiáng)、潤(rùn)滑性好，能夠滿足頁(yè)巖地層的要求。

c）在油基鉆井液使用過(guò)程中， 要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)合理補(bǔ)充乳化劑和潤(rùn)濕劑，保證乳液穩(wěn)定性；同時(shí)要及時(shí)加入封堵材料，提高封堵能力，保證井壁穩(wěn)定性。

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