新型無固相鉆井液研究及其在東海低孔滲氣田的應用

王喜杰，謝中誠，雷 磊，和鵬飛，袁則名

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司 天津300452；2.中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海200335)

0 引 言

東海油氣資源豐富，隨著勘探開發(fā)的深入，發(fā)現(xiàn)該區(qū)儲層普遍具有埋藏深、地質(zhì)成因復雜、儲層物性差的特點，屬于典型的低孔低滲儲層。在鉆、完井過程中，由于儲層孔隙度滲透率都較低，孔喉半徑小，極易受到外在因素的損害，而且損害一旦發(fā)生難以消除。常規(guī)低滲儲層產(chǎn)能較低、穩(wěn)產(chǎn)期短、累產(chǎn)量少，海上油氣的開發(fā)難度大，開采成本高，抵扣成本后經(jīng)濟效益低，使得低孔低滲儲層勘探開發(fā)的難度遠大于一般儲層。因此，實現(xiàn)低孔滲油氣田的高效開發(fā)對未來油氣產(chǎn)量的增長至關重要[1-4]。

1 東海氣田鉆井難點分析

通過前期勘探發(fā)現(xiàn)，位于東海海域上該區(qū)塊深層存在著大規(guī)模的低孔滲氣藏，針對其地質(zhì)情況分析，該區(qū)塊氣藏開發(fā)具有以下難點[5-8]:

①氣藏埋藏深，目的層埋藏約 4000m，甚至在5000m都有分布，因此要求鉆開液具有良好的攜砂作用和井壁穩(wěn)定性，同時具備較好的抑制性和合理的低剪切速率黏度。

②儲層物性差，儲層埋藏深在壓實作用下其孔隙度和滲透率都較低，孔隙度在 3%～19.8%，平均13.2%；滲透率在 0.046～200mD，平均 16.8mD。儲層主要為中低孔、中低滲儲層，目前主要開發(fā)常規(guī)孔滲儲層，同時帶動孔隙度小于5%，滲透率小于1%的低孔滲儲層開發(fā)，一旦低孔滲儲層被鉆完井液侵入將很難返排，易污染儲層。因此，鉆開液及完井液必須具有良好的儲層保護性能。

③儲層溫度高，該區(qū)塊地溫梯度為 3.01～3.29℃/100m，主力產(chǎn)層段地層溫度在 129.4～146.5℃，屬于正常溫壓系統(tǒng)，鉆開液及完井液體系必須具有良好的溫度適應性，在構建體系時所選材料即要考慮其儲層保護性能，又要考慮抗溫性能。

④地質(zhì)條件差，該區(qū)塊儲層非均質(zhì)性強，儲層厚度小，地層傾角大，水平段鉆進過程中會鉆遇大量泥巖，因此對儲層鉆開液也提出了雙重考驗:一是要保持井壁的穩(wěn)定，使鉆開液必須滿足泥巖水平鉆井需要；二是要保證儲層在鉆進過程中盡量減少污染，這就需要采用優(yōu)質(zhì)的儲層鉆開液鉆井。

2 新型鉆完井液一體化體系特點及性能評價

2.1 新型鉆完井液一體化體系配方

海水+0.1%～0.5%NaOH/Na2CO3(堿度調(diào)節(jié)劑)+2.0%～3.0%PF-EZFLO(改性可降解淀粉)+0.5%～1.0%PF-ZEVIS(流型調(diào)節(jié)劑)+2.0%～3.0%PF-JLXA/B/C(聚合醇防塌潤滑劑)+3.0%～6.0%PF-EZCARB(儲層保護劑)+1.5%～2.5%PF-LUB(潤滑劑)+1.0%PF-SATRO-I(防水鎖劑)，(選 NaCl、KCl、HCOONa或HCOOK加重到所需密度)。

2.2 基本性能評價

如表1所示，室內(nèi)綜合評價了該鉆完井液一體化體系的綜合性能，在不同溫度老化后，性能穩(wěn)定。

表1 新型鉆完井液一體化體系的適應性能評價Tab.1 Adaptive performance evaluation

2.3 封堵性能評價

由于該區(qū)塊屬于中低滲氣田，需要鉆/完井液一體化對儲層具有較好的封堵和返排能力。新型鉆/完井液一體化體系在此方面具特有的優(yōu)勢，如圖1所示。

圖1 濾失性能隨時間變化Fig.1 Filtration performance varies with time

2.4 防水鎖性能評價

低滲儲層在設計其鉆開液時，應考慮防水鎖劑對儲層的損害[9-10]，因此首先選取具有降低表面張力的表面活性劑來降低鉆開液體系濾液的表面張力。這就要求表面活性劑具有較弱的吸附性能，對體系中的鹽和聚合物等有機物吸附性能小，有較強的水溶性能夠穿透濾紙；同時一些表面活性劑的加入會引起較為嚴重的起泡，會對鉆開液造成嚴重影響。因此要求表面活性劑與鉆開液具有較強的配伍性，實驗室評價了不同的表面活性劑與鉆開液體系的配伍性能，實驗結果見表2。

表2 表面張力測定結果Tab.2 Measurement of surface tension

以上結果表明，XD-2與 PF-SATRO-I具有較好的表面張力，但 XD-2起泡較為嚴重，會影響鉆開液的密度，不利于安全鉆進。而 PF-SATRO-I具有較低的表面張力，且不起泡，不會影響鉆開液性能，適合用于鉆開液體系作為防水鎖劑。

2.5 儲層保護能力評價

實驗室測試了新型鉆/完井液一體化體系的儲層保護效果(見圖 2)，從圖 2可以看出，在不同滲透率情況下，該體系的滲透率恢復值都達到了 90%以上，說明該體系具有較好的儲層保護效果。

圖2 新型鉆/完井液一體化體系的儲層保護效果Fig.2 Evaluation of reservoir protection effect

2.6 直接返排能力評價

室內(nèi)分別在直接返排、破膠完井、射孔完井 3種完井工藝下，評價了新型鉆/完井液一體化體系對儲層的影響，并與常見的PRD體系進行了對比，見圖3。

圖3 完井工藝對滲透率恢復值的影響Fig.3 The effect of completion technology on the recovery of permeability

從圖 3可以看出，采用直接返排的完井工藝時，新型鉆/完井液一體化體系滲透率恢復值大于 85%，PRD體系滲透率恢復值非常低，僅為15%左右；而采用破膠完井之后，PRD體系和新型鉆/完井液一體化體系均具有較好的儲層保護效果，并且新型一體化體系的滲透率恢復值達到了100%；采用射孔完井的方式，兩個體系的滲透率恢復值均大于 85%。三種完井工藝中，直接返排完井是最經(jīng)濟的完井方式，也是對鉆井液的儲層保護要求最高的一種完井工藝。

3 現(xiàn)場應用

3.1 應用實例概況

某氣田構造位于東海大陸架盆地，構造樣式以斷階構造為主，目的層為碎屑巖沉積，儲層類型為中低孔低滲。設計井深為 4100～6500m 不等，井身結構為三開水平井設計，應用井段為 8-3/8″(212.725mm)水平段，地層溫度 120～140℃，鉆進的最大壓差9.9MPa。新型鉆/完井液一體化體系已在該氣田 6口井中應用。

該氣田中 A5M 井屬于中孔低滲儲層，鉆進至4274m 時替換新型鉆/完井液一體化體系，使用井段為H4a、H5氣層，井底溫度135℃，完鉆井深4764m(最大井斜為 93°)，鉆井液密度為 1.12g/cm3。鉆進過程中該鉆井液密度穩(wěn)定，流變性也控制在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，可調(diào)控性強，形成的濾餅薄而不透，和地層達到了完美的匹配，整個過程井眼井壁穩(wěn)定，無任何復雜情況發(fā)生。該鉆井液濾失量很小(見表3)，侵入儲層的深度很小(最高 20cm)，儲層保護效果非常好，完井后氣舉返排 5h就達到了生產(chǎn)要求，產(chǎn)量也超出配產(chǎn)要求。且該鉆井液完井階段不需要破膠，直接節(jié)約完井工期 0.75d，鉆井工期也由于鉆井液的穩(wěn)定性能而大為提前。

表3 A5M井鉆井液性能Tab.3 Performance of well drilling fluid in well A5M

A4H井屬于中孔低滲儲層，鉆進至3930m時替換新型鉆/完井液一體化體系，使用井段為 H4d氣層，井底溫度 127℃，完鉆井深 5056m(最大井斜為95.34°)，鉆井液密度為 1.15g/cm3。鉆進過程中該鉆井液性能穩(wěn)定(見表4)直接返排完井節(jié)約工期1.0d。

表4 A4M井鉆井液性能Tab.4 Performance of well drilling fluid in well A4M

3.2 現(xiàn)場應用效果評價

新型鉆/完井液一體化體系在該區(qū)塊的 6口井3200～6400m 水平段應用，該鉆井液抗溫性能好，抑制性強，鉆屑成形棱角分明，能有效解決水平井攜砂、高溫高密度下鉆井液流變性能難控、大段泥巖煤層井壁失穩(wěn)等問題，同時具有良好的儲層保護效果，能夠滿足海上鉆井作業(yè)要求，完鉆的5口井均采用直接返排的完井方式。

對比海上鉆井常用的無固相 PRD鉆開液體系，新型鉆/完井液一體化體系作業(yè)成本降低了 20%～30%；PRD體系需要破膠完井，所以還需要用到破膠液、完井液、封隔液、堵漏液等材料，并且破膠后存在嚴重的漏失風險，可能帶來二次儲層污染；而新型鉆/完井液一體化體系無需破膠完井，可直接返排；同時因為無需破膠完井作業(yè)，節(jié)省了頂替破膠和下中心管的時間，縮短了作業(yè)周期，降低了作業(yè)風險，同時節(jié)約了鉆井的綜合成本。

4 結 論

①新型鉆/完井液一體化體系綜合性能良好，可直接返排儲層保護效果好，在50～140℃條件下具有良好的流變性、抑制性和儲層保護性，能夠滿足水平井鉆井作業(yè)需要；②該鉆/完井液一體化液體系在東低滲氣田應用后，能夠適應低滲儲層較強的應力敏感性和水鎖效應，鉆井作業(yè)順利，儲層保護效果好，投產(chǎn)后均能達到配產(chǎn)要求，部分井超過配產(chǎn)，為低滲儲層的有效開采提供了新思路；③該鉆/完井液一體化體系適用范圍廣，不但簡化了完井程序，降低了鉆完井作業(yè)費用，同時具有良好儲層保護效果，可在海上水平井鉆井作業(yè)中推廣應用。