鑲嵌膜屏蔽鉆井液在水平井中的應(yīng)用

劉高

中國石化華北分公司工程監(jiān)督中心(河南鄭州450006)

鑲嵌膜屏蔽鉆井液在水平井中的應(yīng)用

劉高

中國石化華北分公司工程監(jiān)督中心(河南鄭州450006)

介紹了鑲嵌膜屏蔽鉆井液技術(shù)發(fā)展、特點(diǎn)及其優(yōu)勢，針對其在華北分公司杭錦旗工區(qū)水平井應(yīng)用試驗(yàn)過程中技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析研究，并對試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的復(fù)雜、不足等情況進(jìn)行總結(jié)。該體系對于提高井壁穩(wěn)定有它獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)固液分離、循環(huán)利用和不排漿，鑲嵌膜體系與不落地設(shè)備組合運(yùn)行，能夠徹底消滅傳統(tǒng)泥漿坑。

鑲嵌膜屏蔽鉆井液;鉆井液性能;井漏預(yù)防;水平井

杭錦旗地區(qū)為中國石化華北分公司重點(diǎn)勘探開發(fā)領(lǐng)域，杭錦旗地區(qū)石盒子組已形成2個(gè)主要生產(chǎn)層，多口井工業(yè)氣流的獲得，顯示出該區(qū)塊巨大的勘探及開發(fā)潛力。杭錦旗地區(qū)泊江海子斷裂帶的影響導(dǎo)致井漏頻發(fā)、鉆井周期、生產(chǎn)成本居高不下，嚴(yán)重制約了勘探開發(fā)步伐。針對上述問題，通過試驗(yàn)鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系在水平井中的應(yīng)用，為該地區(qū)勘探開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

鑲嵌膜屏蔽鉆井液技術(shù)起源于屏蔽暫堵技術(shù)，屏蔽暫堵技術(shù)先后有常規(guī)屏蔽暫堵技術(shù)、廣譜屏蔽暫堵技術(shù)［1］和理想充填屏蔽暫堵技術(shù)等。這些屏蔽暫堵技術(shù)要求暫堵劑粒子尺寸小孔隙或裂縫尺寸，且按一定規(guī)則與儲層孔喉尺寸嚴(yán)格匹配，因此準(zhǔn)確獲取儲層孔隙尺寸及分布狀況是成功實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù)的前提和關(guān)鍵所在［2］。

該技術(shù)所用的鑲嵌屏蔽劑是由高分子聚合物包裹屏蔽劑形成的，具有彈性可變性和直徑大于儲層孔隙直徑的特征，在壓差的作用下，鑲嵌屏蔽劑顆粒部分鑲嵌在孔隙入口處，將孔隙封堵住，其余部分仍在孔隙外面，以井壁“軟套管”阻止鉆井液濾液及固相顆粒進(jìn)入地層，進(jìn)而有效防止頁巖水化膨脹及屏蔽地層孔隙和微裂隙，起到單向封堵的作用。此封堵材料的彈性可變性特征可使其對入口為不同形狀的孔隙均具有良好的適應(yīng)性，克服了剛性顆粒因不能變形而適應(yīng)性差的缺點(diǎn)。根據(jù)其特點(diǎn)，該技術(shù)可用于國內(nèi)大部分油氣井勘探開發(fā)［3］。該技術(shù)曾在長慶油田定向井靖45520-02井實(shí)際應(yīng)用，與臨井使用的常規(guī)聚合物體系01井對比井徑擴(kuò)大率由8.3%降低到5.19%，使用過程中，達(dá)到了井眼規(guī)則、不造漿、用水量小、提高鉆速、節(jié)能環(huán)保等設(shè)計(jì)的效果。

鑲嵌膜屏蔽鉆井液技術(shù)有利于防止鉆井液進(jìn)入儲層內(nèi)部，在反壓差的作用下屏蔽層很容易解堵［4］。因此，該技術(shù)不需要特殊的解堵措施，完井后，在生產(chǎn)壓差(負(fù)壓差)的作用下，堵塞自動(dòng)解除，儲層恢復(fù)原來的滲透率，而不影響油井產(chǎn)能［5］。

1 鑲嵌膜屏蔽鉆井液技術(shù)在水平井中的應(yīng)用

為響應(yīng)國家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，以及從根本上解決水平井在鄂北工區(qū)達(dá)到可能化、現(xiàn)實(shí)化，中國石化華北油田分公司引進(jìn)鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系，在水平井中應(yīng)用試驗(yàn)，徹底解決井漏、泥漿不落地、固液分離難等問題。

1.1 針對劉家溝組井漏對策

杭錦旗地區(qū)三疊系劉家溝組屬于低破裂壓力層段，存在垂直裂縫，易發(fā)生井漏。針對井漏問題，鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系有良好的解決方法。

錦1井施工中為了使下部造斜段、水平段能夠安全順利進(jìn)行，在鉆穿劉家溝組進(jìn)入石千峰組30m時(shí)，對劉家溝組井段做一次當(dāng)量密度為1.25g/cm3的承壓試驗(yàn)，關(guān)閉閘板防噴器使用單凡爾憋壓做承壓試驗(yàn)，立壓憋壓至3.0MPa，套壓憋壓至2.5MPa，穩(wěn)壓30min基本無壓降，承壓試驗(yàn)成功。為下一步水平段加重奠定基礎(chǔ)，避免了由于加重導(dǎo)致薄弱地層的失穩(wěn)(表1)。

表1 井漏對比數(shù)據(jù)表

由表1數(shù)據(jù)分析可知，鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系鑲嵌屏蔽劑顆粒部分鑲嵌入孔隙入口處，將孔隙封堵住，對于預(yù)防井漏有明顯的效果。

1.2 鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系對水平井提供良好的鉆井液性能技術(shù)保障

1)現(xiàn)場通過做API濾失量測定，對泥餅進(jìn)行評價(jià)，薄而致密有韌性，觸摸感非常光滑，無澀感。定向鉆進(jìn)時(shí)，基本無脫壓現(xiàn)象，起下鉆摩阻較小(本井導(dǎo)眼段最大井深井斜42.36°，起下鉆摩阻為2～4t)。

2)錦1井在二開直井段和導(dǎo)眼造斜段施工中，塑性黏度在11～12mPa·s，動(dòng)塑比一直保持在0.9～1.1。上直井段快速鉆進(jìn)過程中，加單根時(shí)沒有倒返漿現(xiàn)象;下鉆中途頂漿后也沒有倒返漿現(xiàn)象。鉆進(jìn)至井深1 900m時(shí)振動(dòng)篩返出少量掉塊，掉塊尺寸較大，棱角分明，沒有重復(fù)破碎跡象，能一次性攜帶出井，最大掉塊尺寸4cm×5cm。

3)一開固井時(shí)按照鉀氨基聚合物體系井徑擴(kuò)大率15%計(jì)算，并加入5%的附加量，估算后水泥漿注入量26m3，返出地面10m3。通過反向計(jì)算，本井一開井眼擴(kuò)大率在6.45%左右。二開直井段短起下鉆過程中每柱均有輕微遇阻顯示，上下活動(dòng)鉆具，鉆具自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，遇阻點(diǎn)通過。

鉆遇煤層段時(shí)未加重，使用常規(guī)泥漿比重(1.11g/cm3)鉆穿煤層，振動(dòng)篩無掉塊現(xiàn)象，后期短起下順暢，無阻卡顯示。

錦1井作為鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系試驗(yàn)井的成功，標(biāo)志著該體系在水平井應(yīng)用的可行性。鉆井液內(nèi)微米顆粒鑲嵌于井壁，造就良好的屏蔽性能，能夠有效實(shí)現(xiàn)滲透承壓，有效防止坍塌掉塊及井漏，有利于地層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定;良好的抗沖刷性能，能夠有效解決沖刷破壞弱膠結(jié)層段問題;通過調(diào)整屏蔽劑的添加量，可以控制體系的動(dòng)、靜切力在適合正常鉆井的范圍內(nèi);鑲嵌膜屏蔽體系抗多種極度污染，固井水泥漿及鉆塞均不會(huì)影響鉆井液性能。

2 結(jié)論與建議

1)鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系由于材料重復(fù)利用需要，振動(dòng)篩采用粒徑0.35mm篩網(wǎng)，大量顆粒處理任務(wù)落到除砂器上，除砂器處理量有限;且采用粒徑0.35mm篩網(wǎng)，影響細(xì)砂巖和部分中砂巖地質(zhì)錄井工作。

2)鑲嵌膜屏蔽鉆井液由于泥質(zhì)含量過高和黏度過高頻繁出現(xiàn)泥包鉆頭現(xiàn)象，以及其對固控設(shè)備要求過高等問題，還需對新體系進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)合工區(qū)地層特性不斷優(yōu)化鉆井液性能指標(biāo)以及現(xiàn)場鉆井液維護(hù)處理方法。

3)鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系雖然存在上述各種不足，但該體系對于提高井壁穩(wěn)定有它獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)固液分離、循環(huán)利用和不排漿，鑲嵌膜體系與不落地設(shè)備組合運(yùn)行，能夠徹底消滅傳統(tǒng)泥漿坑。

［1］黃達(dá)全，許少營，田增艷.廣譜型屏蔽暫堵保護(hù)油層技術(shù)在大港油田的應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2004，21(6):23-27.

［2］賀雷.新型膜屏蔽鉆井液研究［D］.北京:中國石油大學(xué): 2011.

［3］呂開河，喬偉剛，趙修太，等.鑲嵌屏蔽鉆井液研究及應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2012，29(1):23-26，90.

［4］王飛，魏軍，李元啟，等.鉆井液屏蔽暫堵技術(shù)在陜北探區(qū)的應(yīng)用試驗(yàn)［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，25(2):70-71.

［5］劉愛軍.新型屏蔽暫堵鉆井完井液技術(shù)研究［J］.濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，17(1):83-86.

The development，characteristics and advantages of the embedded membrane shielding drilling fluid technology are introduced.The technical characteristics of its application to the horizontal wells in North China Hangjinqi area are analyzed，and the problems occurring in its application are summarized.This system has its unique advantages in improving the stability of wellbore，it can realize the separation of the solid with the liquid，realize the cyclic utilization of the drilling fluid without the drainage of drilling fluid，and the traditional mud pit can be eliminated by the combination of the embedded membrane system with the no-landing equipment.

embedded membrane shielding drilling fluid;drilling fluid property;well leakage prevention;horizontal well

立崗

2015-06-04

劉高(1984-)，男，現(xiàn)主要從事鉆井監(jiān)督工作。