南海西部超淺層氣田水平井EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液研究與應(yīng)用

向 雄， 楊洪烈， 劉喜亮， 由福昌， 周姍姍

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，廣東湛江 524057；2.荊州嘉華科技有限公司，湖北荊州 434000)

近年來，海上淺層、超淺層氣田得到了有效的開發(fā)，但淺層氣田具有泥巖含量高、破裂壓力低和巖性疏松等特點，其地質(zhì)條件決定了鉆井工程將面臨巨大的挑戰(zhàn)，如果不能很好地控制鉆井液的黏度，會導(dǎo)致循環(huán)當(dāng)量密度(ECD)上升而壓漏地層，進(jìn)而出現(xiàn)卡鉆等各種井下復(fù)雜情況[1-6]。南海西部L氣田位于鶯歌海盆地中央泥底辟構(gòu)造帶東南端，開發(fā)井設(shè)計采用裸眼完井的水平井，最小垂深為586.00 m，水垂比達(dá)1.72～2.20。2017年該氣田壓力衰竭，地層壓力系數(shù)僅為0.87，且地層泥質(zhì)含量高達(dá)26%～40%，破裂壓力低。前期鉆探的2口井均采用海上常用的PRD鉆井液體系，該體系具有較高的低剪切速率黏度，鉆進(jìn)過程中由于鉆井液黏度較高且泥巖污染導(dǎo)致黏度進(jìn)一步升高，造成ECD上升，致使地層破裂并發(fā)生嚴(yán)重漏失，不得不提前完鉆；完井作業(yè)時需要對PRD鉆井液破膠返排才能夠保護(hù)儲層[7-9]，破膠后完井液漏失嚴(yán)重，導(dǎo)致無法有效進(jìn)行礫石充填，沒有達(dá)到防砂目的。為了解決上述問題，筆者對海上其他油氣田應(yīng)用的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液體系的抑制性、流變性和暫堵性進(jìn)行了優(yōu)化，解決了泥巖造漿導(dǎo)致的鉆井液增稠壓漏地層的問題，提高了地層的承壓能力和濾餅的耐沖刷性能，同時解決了礫石充填過程中的漏失問題，對海上和其他類似地區(qū)的超淺層水平井鉆井具有一定的借鑒。

1 淺層水平井鉆井難點

南海西部L氣田前期完鉆2口井，主要目的層為L1層和L2層，巖性主要為灰色泥巖夾細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，采用水平井鉆進(jìn)，垂深為593.00和849.00 m，裸眼水平段長486.00和980.00 m，水垂比為1.48和1.85，采用PRD鉆井液體系施工，鉆進(jìn)過程中PRD鉆井液的表觀黏度由剛開鉆的25 mPa·s升至32 mPa·s，動切力由開鉆的12.0 Pa升至21.0 Pa，ECD由初期的1.20 g/cm3升至1.39 g/cm3，最終壓漏地層，被迫提前完鉆；后期下完篩管進(jìn)行礫石充填作業(yè)前為了保護(hù)儲層對PRD鉆井液進(jìn)行破膠，破膠后井筒發(fā)生漏失，導(dǎo)致未完成礫石充填作業(yè)，防砂效果較差。

1.1 鉆井液黏度升高過快

前期完鉆的3H井、16H井儲層段均采用PRD鉆井液鉆進(jìn)，鉆進(jìn)期間鉆井液黏度升高明顯，采用置換一部分新鉆井液入井的方式來降低鉆井液的黏度，但仍很難控制其黏度升高。隨著井深的增加，2口井的鉆井液表觀黏度和動切力都呈現(xiàn)上升趨勢，由于鉆井液黏度過高，置換了一部分新鉆井液入井；但置換新鉆井液后其黏度和切力相對開鉆時依然較高，隨后又繼續(xù)增稠，說明鉆井液受地層泥巖污染后造漿嚴(yán)重，引起鉆井液增稠，分析認(rèn)為該地層泥巖造漿能力強(qiáng)，而PRD鉆井液的抑制性不強(qiáng)。

1.2 ECD過高壓漏地層

前期完鉆的3H井、16H井都出現(xiàn)了嚴(yán)重的漏失問題，且2口井的循環(huán)當(dāng)量密度均隨井深急劇增大，相對密度附加值最高達(dá)0.31 g/cm3，經(jīng)過置換新鉆井液處理后，鉆井液黏度有所下降，ECD也有所回落，但整體仍然偏高(可達(dá)1.39～1.45 g/cm3)，超過地層破裂壓力極限值，造成嚴(yán)重漏失，被迫提前完鉆。

1.3 完井礫石充填漏失嚴(yán)重

L氣田儲層為疏松砂巖，極易出砂，設(shè)計采用礫石充填防砂，而地層破裂壓力低，礫石充填極易引起漏失而導(dǎo)致無法有效完成充填。前期完鉆的3H井由于PRD鉆井液暫堵和承壓性能較差和對PRD鉆井液破膠導(dǎo)致礫石充填過程中漏失嚴(yán)重，最高漏失達(dá)20%，未有效完成充填作業(yè)，防砂效果不理想；16H井未采用礫石充填作業(yè)，但投產(chǎn)初期即出砂嚴(yán)重，影響了產(chǎn)量。

2 鉆井液體系優(yōu)選及性能優(yōu)化

為了避免鉆井液破膠帶來的漏失問題，采取保護(hù)儲層的鉆井液直接返排完井方式，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化鉆井液流變性能，提高鉆井液抑制性能，兼顧井下ECD和直接返排條件下的儲層保護(hù)，并提高地層的承壓能力，防止井下漏失，最終解決完井充填過程中的漏失問題。

2.1 鉆井液體系優(yōu)選

根據(jù)現(xiàn)場施工要求，研究采用在其他海上油田成功應(yīng)用的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液(以下簡稱EZFLOW鉆井液)。該鉆井液具有比PRD鉆井液更低的低剪切速率黏度，返排壓力極低，可以直接返排，從而保護(hù)儲層[10-14]。因此，以EZFLOW鉆井液為基礎(chǔ)，引入新型胺基抑制劑防止泥巖造漿，并優(yōu)化其流變性，在滿足攜砂和儲層保護(hù)的前提下，降低鉆井液的黏度和切力，從而降低ECD，提高鉆井液的暫堵性能，防止井下漏失。

EZFLOW鉆井液基本配方為：海水+0.1%NaOH+0.2%Na2CO3+EZVIS流型調(diào)節(jié)劑+2.5%EZFLO降濾失劑+5.0%EZCARB儲層暫堵劑+2.0%JLX-A聚合醇+KCl，加重至1.10 g/cm3。在此基礎(chǔ)上，對EZFLOW鉆井液的流變性、抑制性和暫堵性進(jìn)行優(yōu)化與評價。

2.2 流變性能對ECD和儲層保護(hù)性能的影響

在裸眼直接返排完井的前提下，流變性對ECD和儲層保護(hù)都有一定的影響，隨著低剪切速率黏度的變化，滲透率恢復(fù)率先增大后降低。既要防止鉆井液ECD過大，又要兼顧儲層保護(hù)，鉆井液的流變性應(yīng)有一個最佳范圍，根據(jù)鉆井液低剪切速率黏度的變化情況(見圖1)，結(jié)合井身結(jié)構(gòu)，采用DrillBench軟件模擬計算井下ECD，同時采用恒溫巖心驅(qū)替裝置模擬氣層測試不同低剪切速率黏度下的滲透率恢復(fù)率。試驗結(jié)果表明，隨著鉆井液低剪切速率黏度的逐漸增大，ECD逐漸增大，而巖心滲透率恢復(fù)率呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，低剪切速率黏度為15 000～30 000 mPa·s時，滲透率恢復(fù)率都能夠達(dá)到85%以上，且鉆井液密度為1.10 g/cm3時，ECD最高僅為1.23 g/cm3，能夠很好地控制井下ECD，防止漏失，實現(xiàn)既保護(hù)儲層又兼顧ECD的目的。

圖1 鉆井液流變性能對ECD和儲層保護(hù)的影響Fig.1 Influence of rheological properties of drilling fluid on ECD and reservoir protection

2.3 抑制性能

在確定了EZFLOW鉆井液最佳流變性的前提下，為防止鉆進(jìn)時其黏度和切力升高，必須提高鉆井液抑制易水化分散泥巖的造漿性能。筆者采用鐘漢毅等人[15-17]提出的抑制膨潤土造漿的性能試驗方法，根據(jù)高濃度的鈉膨潤土和現(xiàn)場泥巖鉆屑侵污后的黏度變化來評價鉆井液的抑制性能，并對前期2口井應(yīng)用的聚胺UHIB和新型胺基抑制劑UHIB-L的造漿性能進(jìn)行了對比評價，基本配方為去離子水+抑制劑+25%鈉膨潤土。鈉膨潤土在去離子水及抑制劑溶液中造漿后的流變性能評價試驗結(jié)果見表1。試驗結(jié)果表明，去離子水中未加入抑制劑時，25%鈉膨潤土侵污后，黏度、切力非常高，僅能測得6轉(zhuǎn)和3轉(zhuǎn)讀數(shù)；去離子水中加入抑制劑時，經(jīng)過25%鈉膨潤土侵污后，加入2%UHIB后去離子水的黏度和切力依然較高，而加入2%UHIB-L后去離子水的黏度和切力較低，說明UHIB-L的抑制造漿性能要優(yōu)于UHIB。

表1 鈉膨潤土侵污評價Table 1 Evaluation of sodium bentonite contamination

UHIB-L加入EZFLOW鉆井液后的抑制性能評價試驗結(jié)果見表2。試驗結(jié)果表明，未加入胺基抑制劑UHIB-L時，經(jīng)過25%鈉膨潤土和現(xiàn)場泥巖侵污后，鉆井液黏度和切力升高較多；加入2%UHIB-L后，25%鈉膨潤土和現(xiàn)場泥巖侵污后，鉆井液黏度、切力升高幅度較小，說明UHIB-L能夠有效地抑制泥巖的造漿，防止鉆井液增稠。

注：現(xiàn)場泥巖取自前期完鉆的3H井L1層位，泥質(zhì)含量33%，烘干磨粉過140目篩。

經(jīng)過上述評價與優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液配方：海水+0.1%NaOH+0.2%Na2CO3+0.4% EZVIS流型調(diào)節(jié)劑+2.5%EZFLO降濾失劑+5.0%EZCARB儲層暫堵劑+2.0%JLX-A聚合醇+2.0%新型胺基抑制劑UHIB-L+KCl，加重至所需密度(以下試驗采用的鉆井液密度均為1.10 g/cm3)。

室內(nèi)采用3H井的L1層位的現(xiàn)場泥巖進(jìn)一步評價了優(yōu)化后的EZFLOW鉆井液，取6～10目現(xiàn)場泥巖進(jìn)行滾動回收率試驗。試驗結(jié)果表明，清水回收率為7.8%，EZFLOW鉆井液回收率達(dá)到87.7%，表明EZFLOW鉆井液具有較好的抑制性。

2.4 承壓能力

L氣田氣井完鉆后下入優(yōu)質(zhì)篩管并采用礫石充填防砂完井，不僅需要提高地層的承壓能力，還不能傷害儲層，因此粒徑匹配與暫堵同樣重要[18-19]。采用自制的高溫高壓填砂管模擬疏松砂巖進(jìn)行了鉆井液體系的承壓能力試驗，試驗條件：溫度50 ℃，壓力1～5 MPa，砂床目數(shù)為20～40目，40～60目砂按1∶1填砂，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 鉆井液承壓能力性能評價Fig.2 Performance evaluation of drilling fluid pressure bearing capacity

從圖2可以看出，PRD鉆井液在1 MPa條件下的濾失量隨著時間逐漸增大到66 mL，最后趨于穩(wěn)定；優(yōu)化后的EZFLOW鉆井液在1 MPa時無漏失，3 MPa下的濾失量最大僅7 mL且穩(wěn)定，5 MPa下的濾失量在20 min時穩(wěn)定在33 mL，表明優(yōu)化后的EZFLOW鉆井液可以形成致密的暫堵層，其承壓能力可達(dá)5 MPa，能夠在一定程度上防止井下漏失，尤其是能夠防止礫石充填過程中的漏失。

2.5 潤滑性能

鉆井液的潤滑性反映了施工扭矩的大小，摩阻因數(shù)越低，扭矩越小。室內(nèi)采用EP極壓潤滑儀評價鉆井液的潤滑性，計算得到摩阻因數(shù)為0.09，可以滿足長水平井對潤滑性的要求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2017年7—8月，南海西部L氣田有3口井(17H井、18H井和19H井)進(jìn)行了鉆井作業(yè)，主要目的層為L1層和L2層，巖性主要為灰色泥巖夾細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，壓力系數(shù)最低為0.87，采用水平井鉆進(jìn)，垂深分別為586.00，591.00和863.00 m，裸眼水平段分別長603.00，697.00和597.00 m，水垂比為1.72～2.20，與前期完鉆的2口井(3H井、16H井)相比，這3口井具有垂深更淺、水垂比更大的特點，對鉆井液的性能要求更高。3口井在鉆進(jìn)目的層時均采用優(yōu)化后的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液體系，鉆井作業(yè)順利，未出現(xiàn)井下漏失等任何井下復(fù)雜，完井過程中礫石充填漏失僅為0～3%，屬于輕微滲漏，完井期間未替入破膠液，節(jié)省了作業(yè)時間，且產(chǎn)量達(dá)到預(yù)期，并超過配產(chǎn)。

3.1 鉆井液黏度穩(wěn)定

應(yīng)用EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液的3口井和應(yīng)用PRD鉆井液的2口井的鉆井液性能隨井深的變化情況如圖3所示。

從圖3可以看出，與3H井、16H井應(yīng)用的PRD鉆井液相比，優(yōu)化后的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液的黏度和切力更低，并且隨著井深的增大，鉆井液黏度和切力波動幅度小，性能穩(wěn)定，未出現(xiàn)增稠現(xiàn)象，表明優(yōu)化后的EZFLOW鉆井液具有良好的抑制泥巖造漿的性能。

3.2 ECD附加值小

應(yīng)用EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液的3口井和應(yīng)用PRD鉆井液的2口井的ECD附加值隨井深的變化情況如圖4所示。

從圖4可以看出，與前期完鉆的3H井、16H井相比，17H井、18H井和19H井具有更低的ECD，并且降低了ECD相對密度的附加值，由原來最高的ECD附加值0.31 g/cm3降低至0.07 g/cm3，ECD也僅為1.18 g/cm3，低于地層破裂壓力當(dāng)量密度1.35 g/cm3，解決了ECD過高壓漏地層的問題。

圖3 鉆井液黏度、切力隨井深變化情況Fig.3 Variation of drilling fluid viscosity and shear force with well depth

圖4 ECD附加值隨井深的變化曲線Fig.4 Curves of ECD added value with well depth

3.3 儲層保護(hù)效果較好

3口井鉆井施工順利，鉆進(jìn)期間未發(fā)生漏失，礫石充填過程中僅漏失0～3%，順利完成礫石充填，達(dá)到了設(shè)計的防砂效果，充填后直接下入生產(chǎn)管柱進(jìn)行試氣，在配產(chǎn)10×104m3/d的情況下，3口井最低產(chǎn)氣量10.3×104m3/d，最高達(dá)16.0×104m3/d，均超過配產(chǎn)指標(biāo)，表明EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液體系具有良好的儲層保護(hù)效果。

4 結(jié)論與建議

1) 針對超淺層地層泥巖含量高和破裂壓力低的特點，在保護(hù)儲層的前提下，給出了鉆井液的最佳流變性范圍，有效地控制循環(huán)當(dāng)量密度升高，防止壓裂地層引起漏失，形成了優(yōu)化后的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液體系。

2) 室內(nèi)試驗和現(xiàn)場應(yīng)用表明，EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液能夠滿足超淺層水平井防漏和儲層保護(hù)的需要，為海上超淺層油氣開發(fā)提供了技術(shù)支持，可為類似的超淺層水平井鉆井提供借鑒。

3) EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液雖然解決了超淺層水平井的鉆井難題，但在鉆進(jìn)超淺層長裸眼水平井時需要進(jìn)一步優(yōu)化鉆井液流變性及ECD。

參 考 文 獻(xiàn)

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