新型環(huán)保超性能水基鉆井液在大慶油田致密油層水平井的應(yīng)用

王佳慶

（大慶油田鉆探集團(tuán)鉆井研究院設(shè)計(jì)中心，黑龍江大慶163700）

大慶致密油水平井早期曾試用水基鉆井液，因井壁失穩(wěn)、井壁坍塌、托壓等問題突出，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求，所以基本使用油基鉆井液。隨著國(guó)家和地方環(huán)保要求的不斷提高，油基鉆井液廢棄物造成環(huán)保壓力不斷增大。今年以來，為探索既能保證作業(yè)安全，又能保證環(huán)境安全的鉆井液解決方案，選擇了水平段長(zhǎng)（著陸點(diǎn)到完鉆深度）在995～1916m范圍之間的致密油水平井試用環(huán)保超性能水基鉆井液替代油基鉆井液。該體系擁有以下優(yōu)良特性：①抑制性強(qiáng)、井壁穩(wěn)定；②低摩阻、高潤(rùn)滑；③懸浮性好、觸變性高、攜巖能力強(qiáng)；④適用密度范圍大（1.05～2.3g/cm3）；⑤抗固相污染和水污染能力強(qiáng)，抗鈣離子濃度3000～10000ppm；⑥適用于高溫(≤190°)高壓地層。

1 環(huán)保超性能水基鉆井液性能評(píng)價(jià)

鉆井液經(jīng)過井下循環(huán)以后,能否依然保持穩(wěn)定的性能,對(duì)鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行至關(guān)重要。因此我們通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)鉆井液的各項(xiàng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)是必要的，也為后續(xù)的鉆井液維護(hù)處理施工提供了理論依據(jù)。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)配方為：Water+0.2%KOH+0.6%MEES-VIS-500F+2%MEES-FIL305+0.2%MEESHIB100+1.5%MEES-HIB-1080+3%MEESFIL401+1.5%MEES-FIL403+3%NDFT-250+5%KCl+5%CAC。

1.1 抗溫性評(píng)價(jià)

通過對(duì)環(huán)保超性能水基鉆井液進(jìn)行抗高溫實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，該體系在150℃老化16h后，流變參數(shù)變化值較小，抗高溫性能好，高溫高壓濾失量較小，能滿足現(xiàn)場(chǎng)工程需求。

1.2 土侵和鹽侵評(píng)價(jià)

將不同比例的NaCl或者是鈣膨潤(rùn)土加入到該鉆井液體中，通過測(cè)量其流變性，該鉆井液體系在鹽侵和土侵后其流變參數(shù)變化量小。該鉆井液體系具有很強(qiáng)的抗鹽侵能力，當(dāng)NaCl加入量達(dá)到25%才能達(dá)到飽和（常規(guī)鉆井液抗鹽侵5%～20%）。當(dāng)加入鈣膨潤(rùn)土的量大于7%的時(shí)候，該鉆井液的流變性波動(dòng)開始變大，當(dāng)小于等于7%的時(shí)候，鉆井液流變參數(shù)都在合適的范圍內(nèi)，表明了該鉆井液體系具有較強(qiáng)的抗土侵能力（常規(guī)鉆井液抗土侵量為3%～5%）。

1.3 抑制性評(píng)價(jià)

選用大慶齊家—古龍凹陷區(qū)塊姚家組一段、青二、三段、泉頭組四段泥頁(yè)巖巖屑，通過對(duì)清水、高性能水基鉆井液體系、油基鉆井液體系、環(huán)保超性能水基鉆井液體系抑制性進(jìn)行評(píng)價(jià),環(huán)保超性能水基鉆井液體系與其他鉆井液體系相比，具有很強(qiáng)的抑制性，巖屑回收率明顯高于高性能水基鉆井液，其回收率和油基鉆井液相當(dāng)，能很好地防止泥頁(yè)巖水化分散，防止井壁剝落、垮塌,見表1。

1.4 提高機(jī)械鉆速

水基鉆井液體系鉆遇水化特別厲害的地層時(shí)，如果稍微維護(hù)不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)鉆頭泥包，影響機(jī)械鉆速，使鉆井周期增長(zhǎng)，增加生產(chǎn)成本。環(huán)保超性能水基鉆井液體系通過加入一種高效的大分子聚合物包被劑能很好地抑制泥頁(yè)巖水化分散，降低了鉆井液的無(wú)用固相，降低了鉆井液的塑性粘度，結(jié)合高效PDC鉆頭使用，從而提高了鉆速，縮短了鉆井周期,見表2。

1.5 安全環(huán)保

環(huán)保超性能水基鉆井液屬于低毒性水基鉆井液，毒性比聚磺體系等普通水基鉆井液更低，達(dá)到了美國(guó)海上作業(yè)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。其相關(guān)產(chǎn)品均通過美國(guó)EPA海上作業(yè)使用、排放驗(yàn)證。密度為1.5g/cm3的環(huán)保超性能水基鉆井液在美國(guó)檢測(cè)的半致死濃度為L(zhǎng)C50=172500ppm，毒性大大低于標(biāo)準(zhǔn)。

表1 滾動(dòng)回收率對(duì)比數(shù)據(jù)表

表2 葡34-平14井、龍26-平16井、龍26-平15井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

2 環(huán)保鉆井液現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

環(huán)保超性能水基鉆井液體系在大慶油田以下3口井進(jìn)行了施工作業(yè)，分別為葡34-平13井、龍26-平16井和龍26-平15井，試驗(yàn)情況見表3、表4、表5。

表3 葡34-平13井環(huán)保超性能水基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，環(huán)保超性能水基鉆井液解決了水 基鉆井液在大慶油田致密油水平井施工中的以下問題。

表4 龍26-平16井環(huán)保超性能水基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)

表5 龍26-平15井環(huán)保超性能水基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)

2.1 解決了以嫩江組和青山口組泥巖為代表的井壁失穩(wěn)問題

在對(duì)嫩江組和青山口組典型泥巖進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制定了多元化抑制方案，針對(duì)泥巖的膨脹性和分散性等進(jìn)行全面地抑制，同時(shí)兼顧保證鉆屑的完整性，從而也彌補(bǔ)了振動(dòng)篩效率偏低的缺陷。

根據(jù)青山口等泥巖特征和泥砂互層等地層特點(diǎn)，以及在較硬脆泥巖段造斜的井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取了以隨鉆封堵裂縫為主的井筒強(qiáng)化方案。

發(fā)揮環(huán)保超性能水基鉆井液的流變性的優(yōu)勢(shì)，避免高激動(dòng)壓力誘發(fā)裂縫性地層脫落和坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)沒有出現(xiàn)井眼縮徑、鉆具泥包、鉆井液造漿性能惡化或鉆屑糊篩布等情況，也沒出現(xiàn)掉塊、井壁脫落情況。各類泥巖的鉆屑均完整、干燥，可見PDC鉆頭切削痕跡清楚，棱角完整，可與油基鉆井液相媲美。

2.2 解決了普通水基鉆井液摩阻大、造成托壓、套管難以到位等問題

3口井的鉆井液摩阻系數(shù)在造斜段和水平段極壓摩阻系數(shù)在0.08～0.1范圍（滑塊摩阻系數(shù)0.03以下），與油基鉆井液相當(dāng)。

在上述3口井的作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了全井無(wú)托壓現(xiàn)象，水平段正常接單根及起下鉆時(shí)，上提鉆具摩阻一般不高于10～13t，保證了定向鉆井施工順利。

高潤(rùn)滑性保證了在曲率迅速變化的“臺(tái)階型”井眼軌跡情況下（目的層深度變化臨時(shí)調(diào)整），確保了完成下套管作業(yè)等。其中葡34-平13井在1880～1930m區(qū)間，造斜率從每30m增斜2.9°調(diào)為7°再回到2.9°；龍26-平16井在1923.64～1971m區(qū)間，造斜率從每30m增斜3.66°調(diào)為9°再降到4°，其水平段長(zhǎng)達(dá)1916m。

2.3 解決了井筒清潔問題

先進(jìn)的無(wú)坂土技術(shù)，流型動(dòng)塑比高、觸變性高，有攜巖效率高、激動(dòng)壓力低等優(yōu)點(diǎn)。3口井鉆井液的動(dòng)切力和塑性粘度比保持在0.5以上，大大高于普通水基鉆井液（普通水基鉆井液約為0.3左右），優(yōu)于或類似于油基鉆井液。這一特性表明，在泵壓和排量相同的情況下，環(huán)保超性能水基鉆井液具有更高的攜巖能力，更高的井筒清潔效率。啟泵壓力與正常循環(huán)壓力差為5%～10%。

實(shí)際作業(yè)中，顯示了很強(qiáng)的攜巖能力，鉆屑始終隨鉆速均勻返出，作業(yè)中沒有扭矩增大、憋泵、起下鉆阻力增大等現(xiàn)象，表明井筒清潔度控制良好，沒有鉆屑床堆積，井筒通暢。

3 結(jié)論

（1）該鉆井液體系擁有良好的抑制性、流變性、潤(rùn)滑性可以比擬油基鉆井液，在同能鉆井液中其抗鹽、抗鈣性能良好，能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求。

（2）安全環(huán)保，對(duì)環(huán)境污染小，能更好地保護(hù)土壤和植被，達(dá)到了國(guó)家環(huán)保排放要求。

（3）該體系的作業(yè)性能完全滿足大慶致密油等水平井作業(yè)需要，同時(shí)避免了油基鉆井液產(chǎn)生的含油鉆屑等危廢處理的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),是油基鉆井液的理想替代技術(shù)。

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