微泡鉆井液在文23儲7-5井的應(yīng)用

王忠瑾，謝建宇，郭 鵬，梁 超

1.中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院,2.中原石油工程有限公司鉆井一公司：河南濮陽 457001

微泡鉆井液是國外一種成熟的新型低密度鉆井液體系，由美國MI鉆井液公司和Acti-Systems 公司共同研制[1]。該體系具有密度低、機械鉆速高、能有效防止低壓破碎、高滲透率砂巖及裂縫性漏失、保護油氣層、降低鉆井成本等優(yōu)點[2-4]。該體系可用于鉆進壓力衰竭或低壓油氣藏，實現(xiàn)近平衡鉆井。

國內(nèi)也開展了微泡鉆井液的研究工作，且在現(xiàn)場成功應(yīng)用[5-7]。中原石油工程公司鉆井院油化所研發(fā)出具有國內(nèi)外先進水平的微泡鉆井液新技術(shù)[8]。

中原油田文23氣田是典型的低壓低滲枯竭型砂巖氣藏，經(jīng)過三十多年的開發(fā)，主塊地層壓力已由原始狀態(tài)的38.6 MPa 下降至目前的3～4 MPa，壓力系數(shù)為0.1～0.6，產(chǎn)層壓力低，礦化度高，鉆井易漏失，儲層保護難度大。因此，決定在文23儲氣庫使用微泡鉆井液體系。

1 微泡鉆井液體系特點

微泡鉆井液體系具有以下特點：配制維護工藝簡單，現(xiàn)場無需添加注氣設(shè)備，只需通過振動篩、攪拌設(shè)備及鉆頭噴嘴處的高速剪切可產(chǎn)生微泡；流變性好，攜巖帶砂能力強、有較好的井眼凈化效果；防漏、堵漏效果好、防塌能力強，穿低壓層效果好。微泡鉆井液體系內(nèi)含微泡，故防漏堵漏效果好。密度可控制在0.85～1.00 g/cm3，在地層穩(wěn)定的井段可通過降低井內(nèi)液注壓力使其低于漏失壓力而防止井漏；體系內(nèi)微泡本身可封堵地層，提高地層的承壓能力。

2 鉆井液技術(shù)難點與技術(shù)思路

2.1 地質(zhì)工程概況

文23儲7-5井位于河南省濮陽縣文留鎮(zhèn)，構(gòu)造上位于東濮凹陷中央隆起帶北部文留構(gòu)造文23塊。目的層沙四下亞段(S4下)頂部為厚-中、薄層灰色粉砂巖與中、薄層的灰色、紫色、暗紫紅色泥巖不等厚互層，局部夾灰色泥質(zhì)粉砂巖。底部以中-厚層紫色、暗紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，局部夾棕色泥質(zhì)粉砂巖本井鉆井目的為文23儲氣庫建設(shè)，文23儲7-5井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見表1。

表1 文23儲7-5井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

2.2 技術(shù)難點

1)地層漏失頻繁。文23氣田在三十多年的開發(fā)過程中，幾乎所有井均進行了加沙壓裂，地層裂縫發(fā)育而不均衡，統(tǒng)計文23氣田50余口已完鉆井，井漏頻繁。

2)枯竭型氣藏地層壓力系數(shù)低，儲層保護難度大。目的層為沙四段現(xiàn)地層壓力系數(shù)最低僅0.15，鉆井液必須滿足對低壓儲層的保護要求。

3)微泡鉆井液施工泥漿泵上水效率低。為降低漏失風(fēng)險，減少鉆井液漏失對儲層的傷害，三開階段采用微泡鉆井液體系，鉆井液密度為0.90～0.98 g/cm3，鉆井液中較高的含氣量會對泥漿泵的上水效率產(chǎn)生較大影響，進而對攜砂減阻、水力破巖帶來不利影響。

4)井壁穩(wěn)定難度大。文23氣田沙四段主要巖性為粉砂巖、細(xì)砂巖，與泥巖地層互層。已完成井鉆井施工中為平衡上部文23鹽地層的穩(wěn)定性，鉆開文23鹽地層至完井階段的鉆井液密度以1.40～1.60 g/cm3為主。儲氣庫鉆井三開階段采用低密度鉆井液，沙四段的地層穩(wěn)定能力存在不確定性。

2.3 技術(shù)思路

1)在鉆遇較大孔隙時，微泡鉆井液會出現(xiàn)“多泡流動”現(xiàn)象，微泡聚集在鉆井液前端形成聚集體，由于拉普拉斯壓力的作用，逐漸與漏層達(dá)壓力平衡。當(dāng)鉆遇小孔隙時，微泡可改變形狀進入孔隙，并防止鉆井液進入。

2)根據(jù)文23氣田滲流通道的孔徑分布狀況，選用合理的儲層保護劑粒徑匹配比例及分布范圍，對井壁實施致密封堵，盡量減少鉆井液濾液的侵入深度和對氣層的損害，封堵層較薄且可用射孔方式解除；選用環(huán)保型產(chǎn)品NAPG提高液相的抑制性，防止儲層敏感礦物引起的敏感性傷害。

3)采用密度為0.90～0.98 g/cm3的低密度微泡鉆井液鉆開目的層。泡沫穩(wěn)定劑、膠束促進劑、液膜強化劑等增加微液膜剛性強度，根據(jù)泵壓和泥漿泵上水情況控制鉆井液中氣泡比例，從而滿足泥漿泵的上水要求。

4)微泡鉆井液體系通過聚胺、聚醚烷基糖苷提高鉆井液抑制性；通過復(fù)配改性纖維封堵劑和高強封堵劑提高鉆井液的封堵能力，從而達(dá)到提高井壁穩(wěn)定能力的目的。

3 微泡鉆井液現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 鉆井液的主要組成

鉆井液的主要組成見表2。

表2 鉆井液的主要組成

3.2 微泡鉆井液配制

清洗干凈循環(huán)罐，按配制量在循環(huán)罐放入清水，加入膨潤土純堿、燒堿，攪拌水化24 h以上；在循環(huán)罐配制降濾失劑膠液，將膠液與土漿混合均勻護膠，用清水替出原井漿后全井循環(huán)，加入穩(wěn)泡劑、液膜強化劑、改性纖維封堵劑、NAPG；全井循環(huán)均勻后，加入表面活性劑VES-1，開啟振動篩循環(huán)發(fā)泡；循環(huán)過程中根據(jù)發(fā)泡效果和密度要求，選擇合適的表面活性劑VES-1加量，密度調(diào)整至0.90～0.98 g/cm3；測定鉆井液流變性能和濾失量，通過降濾失劑、泡沫穩(wěn)定劑等調(diào)整鉆井液性能至設(shè)計要求，進行三開鉆井施工。

3.3 微泡鉆井液的維護處理要點

1)微泡鉆井液的密度通過發(fā)泡劑、泡沫控制劑配合現(xiàn)場施工工藝進行調(diào)整。如果需要降低密度幅度較小，可以利用剪切泵參與循環(huán)降低密度，不必加入發(fā)泡劑。如果需要大幅度降低密度，需加入發(fā)泡劑，但其加入速度和用量不宜過大，且必須按循環(huán)周期加入，加入后在整個循環(huán)周期內(nèi)觀察鉆井液密度變化情況。

2)如需提高鉆井液密度，加入泡沫控制劑，并注意控制其加入速度且每次加量不超過0.02%。

3)鉆進過程中盡量提高固控設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，清除有害固相，控制鉆井液密度的自然升高。

4)鉆進過程中鉆井液需通過振動篩清除鉆屑并維持泡沫穩(wěn)定，攪拌器在鉆進和起下鉆過程中保持連續(xù)運轉(zhuǎn)，維持鉆井液性能。

3.4 應(yīng)用效果

文23儲7-5井設(shè)計井深3 086.8 m，實際完鉆井深3 105.0 m，三開井段2 835.0～3 105.0 m，采用微泡鉆井液體系，平均機械鉆速為14.1 m/h，平均井徑擴大率為3%。設(shè)計鉆井液密度為0.90～0.98 g/cm3，完鉆鉆井液密度為0.96 g/cm3。

在整個三開鉆進過程中，鉆井液性能穩(wěn)定，全井無漏失、無溢流，起下鉆暢通無阻、電測及下套管作業(yè)均一次成功，未出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，達(dá)到穩(wěn)定井壁、保護儲層及井下安全的目的。應(yīng)用井段鉆井液性能見表3。

表3 文23儲7-5井應(yīng)用井段鉆井液性能

注：ρ為鉆井液密度，PV為塑性黏度，YP為動切力，F(xiàn)L為濾失量。

4 結(jié)論

1)微泡鉆井液現(xiàn)場配制維護工藝簡單，不使用特殊的空氣注入設(shè)備及其附加設(shè)備，鉆井液成本低。

2)微泡鉆井液密度低，適合在文23區(qū)塊地層壓力系數(shù)低的地層使用，起到有效地防漏效果及儲層保護效果。

3)鉆井液具有優(yōu)異的抑制防塌性能，現(xiàn)場應(yīng)用表現(xiàn)出良好的井壁穩(wěn)定效果，保障快速、安全鉆進及電測、下套管的順利進行。

4)為保持微泡鉆井液的穩(wěn)定性，使用的基漿應(yīng)具有適當(dāng)高的黏度切力，并加入護膠降濾失劑。

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