高分子中空微珠低密度鉆井液技術(shù)在十屋地區(qū)的應(yīng)用

陳 鋮，許 洋，趙素麗，石秉忠，李 濤

(中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

0 引 言

國(guó)內(nèi)越來越多的老油田已進(jìn)入了中后階段的開發(fā)，逐漸成為低壓或衰竭油氣藏。其中，位于松遼盆地東南隆起區(qū)的十屋斷陷地層壓力系數(shù)小于1.0，為典型的低壓低滲油氣藏，漏失、儲(chǔ)層污染成為該地區(qū)常見的問題。使用低密度鉆井液技術(shù)能有效防止低壓地層漏失，從而達(dá)到保護(hù)油氣層、提高機(jī)械鉆速的目的。目前，充氣、混油、泡沫、加入減輕劑等鉆井液技術(shù)能夠配置密度低于1.00 g/cm3的鉆井液體系，其中使用減輕劑是最簡(jiǎn)單的方法，目前常用的減輕劑為玻璃中空微珠減輕劑[1-3]，但因玻璃殼層性脆、抗研磨與耐剪切能力低、易碎、密度維持時(shí)效低、本體密度大等技術(shù)難題，極大限制了其廣泛應(yīng)用[4-5]。研制了一種高分子中空微珠HPS，其具有高彈韌性、耐研磨等特點(diǎn)，在高速剪切下不易破碎，具有較好的降密度效果[6-8]。為了進(jìn)一步驗(yàn)證高分子中空微珠HPS在實(shí)際鉆井過程中的應(yīng)用效果，構(gòu)建出了一套新型低密度鉆井液體系，并在位于十屋斷陷的SW3-2井開展現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 地質(zhì)概況及現(xiàn)有技術(shù)分析

1.1 地質(zhì)概況

十屋地區(qū)儲(chǔ)層孔隙度多小于15.0%，平均為10.1%，滲透率多小于10×10-3μm2，地層壓力系數(shù)為0.7～1.0，屬低壓低孔低滲儲(chǔ)層。該區(qū)塊在測(cè)試過程中顯示有許多良好的油氣層，但試油產(chǎn)量普遍偏低，主要是由于儲(chǔ)層污染和井漏問題。地質(zhì)資料顯示，該地區(qū)裂縫形態(tài)復(fù)雜，地層損害方式和機(jī)理多樣，其中，上部青山口組漏失層段在構(gòu)造的主體部位上，出露地層為白堊系上統(tǒng)砂巖，由于孔隙發(fā)育，發(fā)生滲透性漏失幾率較大；下部營(yíng)城組構(gòu)造上多為火成巖，存在天然裂縫，漏失較為嚴(yán)重。此外，在固井階段，由于承壓試驗(yàn)時(shí)上部地層當(dāng)量密度高，極易被壓漏，承壓試驗(yàn)效果不理想，固井時(shí)鉆井液是否漏失存在極大的不確定性[10-15]。

1.2 現(xiàn)有鉆井液技術(shù)分析

十屋地區(qū)水平井多采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu)。從目前已完鉆井的情況來看，井區(qū)平均儲(chǔ)層溫度為85 ℃，現(xiàn)有鉆井液體系主要采用PK-PB(屏蔽暫堵)聚合物體系，密度為1.05～1.20 g/cm3，中壓失水量不大于5.0 mL。該體系以防塌降濾失劑FT-99、JS-9、HA樹脂為主處理劑，具有降濾失、防塌的作用，能夠抑制泥頁巖的水化膨脹和坍塌掉塊，使鉆井液有良好的造壁性，形成的泥餅致密光滑而且堅(jiān)韌，能夠增強(qiáng)井壁的穩(wěn)定性。進(jìn)入油氣層段時(shí)，加入油氣層保護(hù)劑PB-1對(duì)油氣層實(shí)施屏蔽暫堵，使儲(chǔ)層井壁形成強(qiáng)有力的屏蔽保護(hù)層，可防止有害固相、雜質(zhì)、濾液浸入儲(chǔ)層縱深區(qū)域，從而達(dá)到保護(hù)油氣層效果。

在實(shí)際鉆井過程中，鉆遇較多復(fù)雜情況。綜合分析可知，現(xiàn)有鉆井液主要存在以下問題。

(1) 青山口組至泉一組，伊利石含量自上而下增加，泥巖遇水膨脹、水敏性強(qiáng)、塑性軟彈性強(qiáng)、造漿嚴(yán)重、鉆井液黏切升高快，每次短起下均在井眼不同位置發(fā)生上提阻力大的現(xiàn)象，登婁庫組上部泥巖易垮塌，不僅制約鉆速，還帶來工程風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 在儲(chǔ)層段(主要為營(yíng)城組、沙河子組)易漏失。由于地層壓力系數(shù)低，在儲(chǔ)層段，現(xiàn)有鉆井液密度為1.08～1.15 g/cm3，在工程施工中過平衡鉆進(jìn)，從而造成液相圈閉、化學(xué)劑吸附與滯留堵塞孔喉、漏失等問題。綜合分析認(rèn)為：營(yíng)城組屬于天然裂縫性漏失，漏速較高，平均漏失速度為23.7～33.0 m3/h，屬于中漏地層；青山口組屬于含礫砂巖發(fā)生滲透性漏失或鉆遇裂縫性油氣層，漏速較低，平均漏失速度為1.5～3.8 m3/h，屬于微漏地層。此外，地層承壓能力不夠，地層抗破壓能力不強(qiáng)，鉆進(jìn)過程中容易導(dǎo)致各種井下復(fù)雜情況發(fā)生，且固井過程中易蹩漏地層，影響固井質(zhì)量。

綜上所述，有效防止井漏和保護(hù)儲(chǔ)層的措施是鉆井液技術(shù)研究的關(guān)鍵，而采用新型的、配置工藝簡(jiǎn)單的低密度鉆井液體系是解決井漏和儲(chǔ)層保護(hù)問題的有效手段。

2 區(qū)塊鉆井液技術(shù)難點(diǎn)分析與對(duì)策研究

解決十屋地區(qū)鉆井液技術(shù)問題的重點(diǎn)在于構(gòu)建一種低密度、低固相，同時(shí)具備較強(qiáng)抑制能力、封堵能力的鉆井液體系。在儲(chǔ)層段防止漏失，有效保護(hù)儲(chǔ)層最有效的方式之一是實(shí)現(xiàn)鉆井液的近平衡或欠平衡鉆進(jìn)。在滿足井眼穩(wěn)定的前提下，盡可能降低鉆井液密度，既能夠保護(hù)裂縫，又能夠有效防止鉆井液漏失，同時(shí)該地區(qū)的儲(chǔ)層段大多位于營(yíng)城組及沙河子組，地層穩(wěn)定，存在著低密度鉆井液的適用條件。

針對(duì)十屋地區(qū)的地層特性，要求鉆井液的密度低于1.00 g/cm3。因此，研制了一種新型低密度鉆井液體系，采用中國(guó)石化工程技術(shù)研究院前期自主研發(fā)的高分子中空微珠HPS作為減輕劑，用以降低體系的密度。HPS為內(nèi)部封裝空氣的核殼結(jié)構(gòu)高分子微珠，殼層由2層組成：內(nèi)層為無機(jī)材料，具有較高的抗壓強(qiáng)度；外層為高分子材料，具有韌性和抗沖擊性。內(nèi)部中空封裝空氣，微珠本體密度為0.02～0.10 g/cm3，抗溫100 ℃，抗壓可達(dá)30 MPa。前期研究成果表明[7-9]，高分子中空微珠HPS可在鉆井液中良好分散，原油、pH值、其他固相等外界因素對(duì)其性能無影響，在一定加量范圍內(nèi)不影響鉆井液的流變性、濾失性等性能。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 應(yīng)用井基本情況

SW3-2井是東北油氣分公司在十屋斷陷任家東斷鼻圈閉構(gòu)造部署的1口開發(fā)井，設(shè)計(jì)井深為2 120 m，完鉆井深為2 120 m，該地區(qū)地層壓力系數(shù)為0.9～1.0，采用常規(guī)密度鉆井液鉆進(jìn)易發(fā)生漏失現(xiàn)象。根據(jù)鄰井完鉆資料可知，阜新組地層泥巖遇水易水化膨脹，剝落形成掉塊，儲(chǔ)層段九佛堂組易發(fā)生井漏，如SW3井在井深1 240.86 m(九佛堂組)發(fā)生井漏，漏失泥漿達(dá)310.02 m3。因此，為降低井漏的風(fēng)險(xiǎn)且最大限度保護(hù)儲(chǔ)層，在二開井段采用高分子中空微珠HPS低密度鉆井液體系。

3.2 HPS低密度鉆井液體系現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)井段地層資料進(jìn)行分析，確定了新型低密度鉆井液基漿配方，并在此基礎(chǔ)上加入高分子中空微珠HPS降低鉆井液密度。SW3-2井鉆井液配方為：清水+0.2%NaOH +(0.2%～0.4%)HV-CMC +(0.2%～0.4%)LV-CMC+(0.3%～0.5%)KPAM+(1.0%～2.0%)HPS+(1.0%～3.0%)NH4-HPAN+(1.0%～2.0%)FT-99+(1.0%～2.0%)HA+(1.0%～3.0%)JS-9。HPS在SW3-2井890 m處加入，試驗(yàn)地層為沙海組，主要考察920～1 285 m井段鉆井液性能。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用漏斗底部低壓管線沖帶，漏斗上部用清水沖洗的方式加入高分子中空微珠HPS，使其能夠在微珠鉆井液中均勻分散。

加入鉆井液體積1.0%的高分子中空微珠HPS后，鉆井液密度由初始的1.04 g/cm3下降至0.98 g/cm3，降密度效果明顯，且加入前后鉆井液流變性能維持穩(wěn)定，黏度有小幅上升，表明高分子中空微珠HPS作為密度減輕劑對(duì)鉆井液性能基本無影響，有利于鉆井液性能的維護(hù)處理。高分子中空微珠HPS無熒光，不影響地質(zhì)錄井，形成的低密度鉆井液滿足了現(xiàn)場(chǎng)施工要求，該井段無漏失發(fā)生。

4 結(jié) 論

(1) 十屋地區(qū)原有的鉆井液體系難以滿足安全鉆井施工需要，易漏失且對(duì)儲(chǔ)層易造成傷害，使用新研制的新型低密度鉆井液體系，現(xiàn)場(chǎng)施工工藝簡(jiǎn)單，不影響地質(zhì)錄井，可有效防止漏失發(fā)生，并保護(hù)油氣層。

(2) 高分子中空微珠HPS具有良好的彈韌性、抗溫抗壓性能，可直接加入鉆井液中，有效彌補(bǔ)了玻璃中空微珠在實(shí)際應(yīng)用中存在的易碎、密度維持時(shí)效短等缺點(diǎn)。