鄂爾多斯盆地淺層大位移水平井鉆井液體系優(yōu)選

陶紅勝，馬振鋒，楊全枝，李紅梅，趙 毅

(陜西延長石油〈集團〉有限責(zé)任公司研究院，陜西西安710075)

七平1井是延長石油首口淺層大位移水平井，完鉆井深1366 m，垂深499.16 m，水平位移1003.58 m，位垂比2.01，創(chuàng)造了延長石油鄂爾多斯盆地位垂比最大記錄。大位移水平井能大范圍控制含油面積、提高油氣采收率［1］、降低油田開發(fā)成本、突破油田“開發(fā)禁區(qū)”。

延長油田地處鄂爾多斯盆地，是典型的低孔低滲油田，油層埋藏淺，且粘土含量高，因而很容易因各種流體侵入造成水敏、水鎖等損害。而鉆井液作為影響鉆井成敗的關(guān)鍵因素，是淺層大位移水平井技術(shù)的核心內(nèi)容［1］。

1 儲層地質(zhì)特征

七里村油區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東部，主要為西傾單斜背景上由差異壓實作用形成的一系列由東向西傾沒的低幅鼻狀隆起，鼻狀隆起軸線近于東西向。主要目的層為三疊系延長組長2和長6油組。長6油層在西傾單斜的背景之上，主要發(fā)育2個鼻狀隆起。

長6地層以灰色細粒長石砂巖為主，其次為中—細粒、中粒及粉—細粒長石砂巖。礦物成分以長石、石英為主。油層孔隙度最小為1.8%，最大13.2%，平均9.18%;滲透率在(0.04～28.1)×10－3μm2之間，平均 0.79 ×10－3μm2，主要分布在(0.1～1.0)×10－3μm2之間，非均質(zhì)性嚴重。

儲集空間主要為孔隙式，孔隙類型為原生孔隙、剩余粒間孔和粒間溶孔;孔喉分布較寬，以細孔喉為主成單峰形狀，孔喉半徑一般為0.1～1.2 μm。儲層裂縫發(fā)育較差且形態(tài)不規(guī)則。粘土含量在8%左右，主要為綠泥石、伊利石、伊蒙混層等敏感性礦物。具體巖心礦物含量為:綠泥石 69.58%，伊利石13.64%，伊蒙混層9.62%，高嶺石7.16%。

綜合分析儲層特征，七里村油區(qū)儲層具有孔隙度低、滲透性差、孔喉細小、裂縫不發(fā)育且非均質(zhì)性強的特點;儲集層中粘土含量較高，其中以綠泥石含量最高，會導(dǎo)致一定程度的水敏損害［2］。

2 淺層大位移水平井鉆井液技術(shù)難點

2．1 井壁穩(wěn)定問題

七里村油區(qū)井眼失穩(wěn)嚴重，主要表現(xiàn)在水平段的鉆探過程中，由于儲層長時間暴露在鉆井液中，其中的水敏性泥巖會發(fā)生膨脹縮徑，硬脆性泥巖發(fā)生水化剝落、掉塊。先前施工的鄭027井和鄭027－2井在鉆至延長組時發(fā)生嚴重掉塊，分析認為是井壁發(fā)生剝落引起。

2．2 井眼清潔問題

大位移水平井普遍存在井眼凈化問題，由于井眼上大下小，上部井眼環(huán)空返速低，加上井斜大、環(huán)空鉆井液不能滿眼流動，在大斜度井段極易形成巖屑床;該地區(qū)水平井的井徑擴大率一般都＞15%，且極易形成“大肚子”井眼，增加了巖屑的上返難度，特別在大斜度井段和水平段發(fā)生巖屑堆積的可能性大，嚴重影響鉆井安全。

2．3 潤滑減阻問題

管柱的摩阻扭矩問題是大位移井技術(shù)的核心問題之一，它決定水平位移的最大延伸［3］。鉆進過程中，隨著井斜和位移不斷增加，裸眼段不斷增長，鉆具與井壁接觸面積越來越大，鉆進過程中的扭矩和摩阻也越來越大，特別是定向鉆進時，鉆具與井壁緊貼，極易發(fā)生“托壓”現(xiàn)象［4］。特別是泥質(zhì)含量較高的地層，增加了發(fā)生粘附卡鉆和泥包卡鉆的風(fēng)險。

2．4 儲層保護問題

低滲透儲層中，由于孔道狹窄，毛細管效應(yīng)十分顯著，當油水兩相在地層孔隙中流動時，水滴流經(jīng)孔喉細處會發(fā)生遇阻，導(dǎo)致滲透率降低，發(fā)生水鎖效應(yīng)，如圖1所示。水鎖是低滲透儲層的主要損害類型，一般損害率在70% ～90%［5］。大位移水平井，由于儲層裸露時間長，對儲層保護要求更高［6］。

3 淺層大位移水平井鉆井液體系優(yōu)化及性能評價

圖1 水鎖效應(yīng)示意

聚合物鉆井液體系是陜北地區(qū)常用的儲層保護鉆井液體系，針對該鉆井液體系在淺層大位移水平井中的不足，在調(diào)研國內(nèi)外淺層大位移水平井鉆井液技術(shù)的基礎(chǔ)上［1，7－9］，對原鉆井液體系進行優(yōu)化，選擇性地加入流型調(diào)節(jié)劑MC－VIS、表面活性劑ABSN、納米石蠟乳液和理想充填暫堵劑，提高鉆井液的抑制性、潤滑性、攜巖性和儲層保護性能。

3．1 鉆井液體系優(yōu)選

3．1．1 MC －VIS 加量優(yōu)化

提高大位移水平井的井眼清潔程度，主要方法是提高低剪切速率下的鉆井液粘度，控制塑性粘度和動塑比在合理的范圍之內(nèi)。通過實驗分析MCVIS加量對鉆井液性能的影響，優(yōu)選出流型調(diào)節(jié)劑MC－VIS的最佳加量。實驗結(jié)果見表1。

表1 MC－VIS加量對鉆井液性能的影響

由表1可以看出，MC－VIS能大幅提高鉆井液的屈服值，并不會對塑性粘度產(chǎn)生太大影響，具有良好流型調(diào)節(jié)性能。現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，當MC－VIS加量達到0.3%時，鉆井液的攜巖性有較大提高;當MC－VIS含量超過0.3%以后，雖然鉆井液仍具有良好的攜巖性，但機械鉆速明顯降低。因此，優(yōu)選MCVIS加量為0.3%。

3．1．2 表面活性劑ABSN加量優(yōu)化

在鉆井液中使用能夠有效降低油/水界面張力的表面活性劑，可以防止或及時解除水鎖傷害。通過室內(nèi)實驗測量油水界面張力的方法對ABSN的加量進行優(yōu)化，實驗結(jié)果見圖2。

在校門口問過門衛(wèi)，學(xué)校建筑除了翻新了表面之外基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有改動。而門衛(wèi)說還沒看到馬老師下班，應(yīng)該要么在教室要么在辦公室。我正準備走向教學(xué)樓時，門衛(wèi)喊住我，叫我把傘放在門口就行。

圖2 ABSN加量對界面張力的影響

由圖2可知，ABSN能顯著降低油水分子的向心收縮力，當ABSN加量達到0.2%時，油/水界面張力0.68 mN/m，說明ABSN在極低的濃度下就能有效降低油/水的表面張力，從而降低水滴兩側(cè)的界面壓差，防止水鎖發(fā)生。

3．1．3 納米石蠟乳液加量優(yōu)化

納米石蠟乳液能有效抑制粘土礦物膨脹，提高鉆井液的抑制性;同時乳液中的石蠟?zāi)芴岣咩@井液的潤滑性，可降低鉆井過程中的摩阻，防止“托壓”發(fā)生。為了優(yōu)選出納米石蠟乳液的最佳加量，對不同加量下鉆井液的抑制性和潤滑性進行了評價，見圖3、圖4。

圖3 不同體系中巖石膨脹量隨時間變化

圖4 納米乳液加量與摩擦系數(shù)的關(guān)系

從圖3、圖4可以看出，隨著納米乳液加量的增加，鉆井液體系的抑制性逐漸增強，摩擦系數(shù)逐漸降低，但當納米乳液加量達到2%以后，鉆井液體系的抑制性降幅降低;當納米乳液加量達到1.5%以后，鉆井液體系的摩擦系數(shù)變化很小。綜合以上2組實驗，優(yōu)選出納米乳液的最佳加量為2%。

3．1．4 理想充填暫堵劑優(yōu)選

應(yīng)用理想充填理論和d90規(guī)則，根據(jù)延長組長6儲層的孔喉及裂縫尺寸分布，采取1000目CaCO3和600目CaCO3兩種暫堵劑復(fù)配，復(fù)配比例為4∶1，對不同加量條件的暫堵劑的封堵效果進行評價，優(yōu)選出暫堵劑的最佳加量。理想充填暫堵劑對鉆井液性能的影響見表2。

表2 理想充填暫堵劑對鉆井液性能的影響

3．2 鉆井液體系性能評價

根據(jù)實驗結(jié)果結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用情況，確定納米乳液封堵鉆井液體系的最終配方為:基漿+0.3%MC－VIS+0.4%ABSN+2%納米乳液+2%理想充填暫堵劑。按照GB/T 16783.1—2006(石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試第1部分:水基鉆井液)對納米乳液封堵鉆井液體系進行常規(guī)性能評價，見表3。由表3可知，該體系流變性、潤滑性好，濾失量低，滿足淺層大位移水平井鉆進要求。

表3 納米乳液封堵鉆井液體系基本性能數(shù)據(jù)表

為了評價納米乳液封堵鉆井液的儲層保護效果，使用巖心動態(tài)污染損害評價儀，對巖心進行污染實驗，將納米乳液封堵鉆井液與基漿(聚合物鉆井液)進行了比較，見表4。

表4 優(yōu)化前后鉆井液滲透率恢復(fù)對比

由表4可知，原聚合物鉆井液滲透率恢復(fù)值僅為59.39%，優(yōu)化后的納米乳液封堵鉆井液滲透率恢復(fù)值可達83.50%，較原聚合物鉆井液有較大提高，儲層保護效果明顯。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

七平1井是延長石油首口淺層大位移水平井，為了實現(xiàn)同時動用2個目的層，該井水平段設(shè)計為復(fù)雜的U形軌道。在鉆至臨入窗時靶點垂深下調(diào)了10 m之多，后期又進行了多次靶窗修正，給井壁穩(wěn)定、井眼凈化和摩阻控制帶來了極大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)場通過應(yīng)用納米乳化石蠟封堵鉆井液體系，并配合相應(yīng)的鉆井液維護處理工藝，鉆井過程中井壁穩(wěn)定，井眼凈化效果好，無“托壓”現(xiàn)象發(fā)生，漂浮下套管一次性下放到位。鉆井周期較設(shè)計減少11天，平均井眼擴大率控制在13%以內(nèi)，平均機械鉆速達5.68 m/h。最終七平1井完鉆井深1366 m，垂深499.16 m，水平位移1003.58 m，位垂比達2.01，創(chuàng)下了延長石油水平井位垂比的最大記錄。

5 結(jié)論

(1)七里村油區(qū)長6油層具有低孔隙度、非均質(zhì)性強等低滲透儲層的基本特征，鉆井過程中鉆井液濾液易污染儲層，并引起水鎖。

(2)針對淺層大位移水平井鉆井過程中，造斜點淺、井眼清潔難度大、扭矩摩阻大的特點，優(yōu)化研究出納米乳化石蠟封堵鉆井液體系，降低了鉆井過程中的摩阻，提高了井眼凈化能力，保證鉆井順利進行。

(3)納米乳液鉆井液中應(yīng)用理想充填技術(shù)，能有效克服納米乳液顆粒偏小，不能在儲層孔喉中形成架橋的特點，可將鉆井液失水量降至4.6 mL/30 min，減少鉆井液濾液對儲層的傷害。

(4)實驗表明，納米乳液封堵鉆井液體系具有良好的流變性，攜巖性，其滲透率恢復(fù)值高達83.50%，儲層保護效果顯著。

(5)納米乳液封堵鉆井液體系成功在七平1井應(yīng)用，鉆井過程中井壁穩(wěn)定，井眼凈化效果好，無“托壓”現(xiàn)象發(fā)生，鉆井周期減少11天，未發(fā)生各種復(fù)雜事故。

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