高密度水基鉆井液在小井眼水平井中的應(yīng)用

王信，張民立，莊偉，田增艷，王志彬，白冰，鐘新新

（1.渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)公司，天津 300280； 2.渤海鉆探新青玉事業(yè)部，甘肅敦煌 736200）

獅49H1井是青海油田部署在柴達木盆地英西區(qū)塊的一口小井眼水平井，三開儲層井段優(yōu)選BHWEI鉆井液，也是英西儲層專打首口高密度水平井。原設(shè)計鉆井液密度為1.45～1.70 g/cm3，因二開技術(shù)套管未封住高壓水層，致使三開上部存在高壓水層，而下部為易漏失層。為壓穩(wěn)高壓水層，確保井下安全，將鉆井液密度最高提至2.10 g/cm3。高密度鉆井液在小井眼水平井施工對鉆井液的性能有著較大要求，受小井眼、泵排量、水平段較長影響，易發(fā)生卡鉆、井漏、電測阻卡等井下復(fù)雜。三開目的層克服高密度BH-WEI鉆井液在小井眼水平井應(yīng)用難題，發(fā)揮體系強抑制、強封堵、流變性與潤滑性好等特點，目的層井徑擴大率為4.9%，電測成功率為100%，為區(qū)塊后續(xù)勘探開發(fā)提供了技術(shù)保障[1-5]。

1 地質(zhì)及工程簡況

1.1 地質(zhì)概況

獅49H1井構(gòu)造位置位于柴達木盆地西部坳陷區(qū)茫崖坳陷亞區(qū)獅子溝—油砂山背斜帶獅子溝構(gòu)造，地層分層由上至下為：上油砂山組N22，下油砂山組N21，上干柴溝組N1，下干柴溝組上段E32。鉆探目的是為了提高獅49井區(qū)背斜構(gòu)造高部位產(chǎn)能，擴展E32-V油組產(chǎn)能規(guī)模，同時為提供下步井位部署的依據(jù)；進一步了解獅子溝油田E32油藏油氣富集規(guī)律，為儲量計算提供參數(shù)；獲取獅子溝油田E32油藏開發(fā)所需的資料及相應(yīng)的儲層參數(shù)及產(chǎn)能參數(shù)，為油田滾動勘探開發(fā)提供資料。

1.2 工程概況

獅49H1井設(shè)計為三開水平開發(fā)井， 該井一開采用311.1 mm 鉆頭鉆至井深 1998 m， 下入φ244.5 mm 表層套管， 下入深度為 1973.86 m ；二開使用φ215.9 mm 鉆頭鉆至井深 3500 m， 下入φ177.8 mm 技術(shù)套管， 下入深度為 3440.43 m ；三開使用φ152.4 mm鉆頭鉆至井深4642 m順利完鉆，油層采用裸眼滑套管完井， 最大井斜為80.13°，水平段長為772 m，井底位移為994.06 m。

2 鉆井液技術(shù)難點

1）施工井位于青海油田一級井控風(fēng)險區(qū)，區(qū)塊N1下部至E32上部地層富含膏鹽層，易蠕動，且存在高壓水層，鉆井液極易受到污染。鉆井液使用密度高，窄窗口，且性能控制困難，采用小井眼鉆井，等量油氣進入井筒，上竄速度更快，上竄高度是φ215.9 mm井眼的2倍以上，發(fā)生溢流時反應(yīng)時間短，對溢流更加敏感，流體在井筒中侵入高度越高，控制難度越大，增加了井控風(fēng)險。

2）三開小井眼環(huán)空間隙小，環(huán)空壓耗大，排量受限，既要控制ECD值，又要確保環(huán)空返速。當(dāng)鉆具轉(zhuǎn)動時鉆井液上返形成偏心螺旋流，小間隙井受影響更為明顯，而轉(zhuǎn)速越高，切向流速和偏心力越大，導(dǎo)致環(huán)空壓耗成倍增加。

3）井斜大，裸眼段較長，且井眼小、排量低，3440.4～3500 m井段為φ215.9 mm井眼，三開使用φ152.4 mm鉆頭，該井段形成人工“大肚子”。

4）目的層為高壓裂縫油氣藏，存在發(fā)育斷層。原設(shè)計鉆井液密度為1.45～1.70 g/cm3，二開中途完鉆井深3500 m，因變更靶點位置，技術(shù)套管下入井深 3440.4 m， 未封住 3460～3500 m 高壓水層， 致使三開上部存在高壓水層，而下部為易漏失層， 鉆進期間為確保井下安全，鉆井液密度提高至1.90～2.10 g/cm3，鉆遇裂縫段時，鉆井液密度“窗口窄”，存在溢漏并存、由漏轉(zhuǎn)噴等復(fù)雜問題。

5）小井眼鉆井在定向井軌跡剖面井身結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上實施，鉆井過程中鉆井提速、裸眼段長、摩阻大、軌跡控制難度大，定向井鉆具完全與下井壁接觸，易發(fā)生黏附卡鉆（鄰井獅49H3井，采用密度為1.85 g/cm3鉆井液定向鉆進至井深3869 m發(fā)生卡鉆事故），滑動鉆進時，小尺寸鉆具工具面受反扭角作用，井斜、方位、鉆井液性能對反扭角的作用影響更為嚴重，轉(zhuǎn)動鉆具不易傳至工具面，同時受地層傾角影響，定向過程，隨井深增加，鉆井液性能不穩(wěn)定易出現(xiàn)托壓現(xiàn)象。

6）三開井段含砂質(zhì)泥巖、 泥質(zhì)粉砂巖、 灰質(zhì)粉砂巖， 裂縫較發(fā)育， 小井眼鉆井施工過程泵壓高，起下鉆抽吸壓力和激動壓力增加， 加大了鉆進過程易漏失層位的井漏及井壁垮塌風(fēng)險。目的層為高壓裂縫油氣藏，且發(fā)育斷層，鉆遇裂縫段時，極易發(fā)生井噴井漏、 縮徑、 井壁失穩(wěn)和鉆井液受污染等情況。

3 鉆井液體系確定

優(yōu)選BH-WEI鉆井液體系，該體系為環(huán)境友好型雙保鉆井液，具有“三低兩強”特性，可以實現(xiàn)低ECD值，解決高密度鉆井液的固相與流變性、濾失量控制與流變性、抑制與分散這3大矛盾，以及窄密度窗口“溢-漏”同層的難題，保證小井眼水平井井眼清潔、井壁穩(wěn)定與潤滑防卡，同時對儲層具有良好的保護作用，是區(qū)塊首口高密度水基鉆井液能否確保安全鉆井的關(guān)鍵。基本配方如下。

H2O+（0.2%～0.3%）NaOH+（1.5%～2.5%）BZ-TQJ+（1.5%～2.5%）BZ-KLS-1+（0.25%～0.35%）BZ-BYJ-I+（0.2%～0.3%）JXC-HV+（2.0%～3.5%）BZ-YFT+（1.5%～2.5%）BZ-YRH+（1%～2%）BZDFT+（1%～2%）YX+40%BZ-YJZ-Ⅰ+20%BZ-YJZ-Ⅱ

4 鉆井液室內(nèi)及現(xiàn)場小型對比實驗

4.1 滾動回收率

采用易水化泥巖巖屑，評價了BH-WEI基液（復(fù)合鹽水溶液）和清水、BH-WEI鉆井液與常規(guī)聚磺鉆井液的巖屑回收率，見表1。從同區(qū)塊鉆井現(xiàn)場取鉆井液樣品，與清水及常規(guī)聚胺有機鹽鉆井液進行回收率對比實驗，巖屑回收率數(shù)據(jù)對比見表2。實驗結(jié)果表明，在常規(guī)體系對比中，BH-WEI鉆井液的抑制性極強，能抑制黏土顆粒的分散與膨脹，其抑制性遠高于常規(guī)水基鉆井液。

表1 室內(nèi)滾動回收率評價實驗（135 ℃、16 h）

表2 現(xiàn)場鉆井液滾動回收率對比評價實驗

4.2 膨脹性

使用由50%高嶺土與50%膨潤土制成的巖心做膨脹率實驗，見表3。

表3 室內(nèi)膨脹率評價實驗（135 ℃、16 h）

由表3可以看出，BH-WEI鉆井液體系的膨脹率遠遠低于清水的膨脹率，與常規(guī)聚磺鉆井液體系相比僅為該體系膨脹率的37.65%，抑制效果明顯。

4.3 現(xiàn)場老化實驗

對密度為1.93 g/cm3的現(xiàn)場鉆井液進行老化實驗，老化前將鉆井液升溫至60～70 ℃，后降至40～50 ℃測性能；在160 ℃進行老化，老化后高速攪拌10 min，升溫至40～50 ℃測性能，結(jié)果見表4。實驗結(jié)果表明，鉆井液老化后，玻璃棒均能自由到底，無明顯沉淀。

表4 現(xiàn)場井漿老化實驗（160 ℃）

4.4 現(xiàn)場熱滾實驗

對密度為1.93 g/cm3的現(xiàn)場鉆井液進行熱滾實驗，熱滾前將鉆井液升溫至60～70 ℃，然后降至40～50 ℃測性能；熱滾后高速攪拌10 min，升溫至40～50 ℃測性能，見表5。由熱滾實驗可以看出，鉆井液流變性無明顯變化，濾失微漲。

表5 現(xiàn)場鉆井液熱滾實驗的性能

4.5 潤滑效果

在密度為1.93 g/cm3的現(xiàn)場鉆井液中通過加入BH-YRH、BZ-YFT等處理劑改善泥餅質(zhì)量解決小井眼潤滑性難題，實驗結(jié)果見表6。由表6可以看出，BH-WEI鉆井液加入1%BZ-YRH與2%BZ-YFT復(fù)配可以改善泥餅質(zhì)量，與固體石墨復(fù)配，降低了泥餅黏附系數(shù)，可以解決小井眼滑動摩擦阻力大造成的托壓問題。

表6 鉆井液潤滑性實驗

5 鉆井液現(xiàn)場應(yīng)用技術(shù)

三開地層主要為砂泥巖、灰質(zhì)泥巖、鹽質(zhì)泥巖及膏鹽，地層相對膠結(jié)穩(wěn)定性差，由于存在多套壓力體系，二開高壓水層未封住，施工難度大。三開采用φ152.4 mm鉆頭，應(yīng)用BH-WEI鉆井液體系，鉆井液最高密度達2.10 g/cm3，黏度為70～80 s，發(fā)揮其強抑制、強封堵的優(yōu)勢，鉆進、起下鉆過程體系穩(wěn)定，安全鉆進至井深4642 m完鉆，裸眼滑套完井座封順利。

5.1 鉆井液配制

在基地配制鹽水前需對配制罐進行清砂， 沖洗干凈， 不能留有殘余鉆井液， 全面檢查配漿泵循環(huán)系統(tǒng)的所有閘門， 不得有滲漏、 竄漏問題?，F(xiàn)場通過混合漏斗依次加入 BZ-YFT、 BZ-BYJ-Ⅱ、 BZ-KLS-Ⅰ、BZ-YRH、 JXC-HV、 BZ-YJZ-Ⅱ、 BZ-YJZ-Ⅰ。配好基液后， 測量靜切力為1～2/2～3 Pa/Pa，加入加重劑至所需密度。配制期間始終開啟攪拌器、剪切泵，實現(xiàn)充分循環(huán)攪拌， 配制過程簡單， 配制完成及時檢測鉆井液各項性能， 滿足水平井施工要求。

5.2 鉆井液應(yīng)用

針對三開井段小井眼施工難點， 優(yōu)化鉆井液配方， 調(diào)整鉆井液各項性能參數(shù)。鉆進中采用BZYFT、 BZ-YRH、 BZ-KLS-Ⅰ、 BZ-KLS-Ⅲ、 BZYJZ-Ⅰ、 JXC-HV等處理劑配成鹽水膠液，根據(jù)鉆進進度和井下情況適量調(diào)整加藥配方，每次膠液配方調(diào)整前均在室內(nèi)先做小型實驗。鉆井液使用密度達2.10 g/cm3，日常加強對鉆井液性能監(jiān)測，及時通過鹽水膠液調(diào)整鉆井液黏度和切力的同時，調(diào)整膨潤土含量至19～21 g/L，控制鉆井液良好的流變性能。

隨井深增加，井底溫度達140 ℃，現(xiàn)場及時加強對鉆井液高溫高壓濾失量的監(jiān)控，膠液維護中將抗高溫降濾失劑加量提高至3%～4%，加入3%BZ-KLS-Ⅲ，將高溫高壓濾失量嚴格控制在10 mL以下，提高鉆井液泥餅質(zhì)量。日常膠液維護中將BZ-YRH的加量提高至3%以上，及時測量泥餅黏度系數(shù)，控制黏度系數(shù)不大于0.07，從而充分保證體系的抑制性及良好的潤滑性，防止定向及水平段發(fā)生黏卡事故。

1）井壁穩(wěn)定。提高體系強抑制性， 將鉆井液有機鹽含量提高至70%以上， 現(xiàn)場根據(jù)濾液檢測及井下需要及時補充 BZ-YJZ-Ⅱ、 BZ-YJZ-Ⅰ， 同時將抑制性防塌劑BZ-YFT加量提高至3%， 現(xiàn)場取樣測得鉆井液滾動回收率達到75.60%， 確保定向及水平段井壁穩(wěn)定， 為后續(xù)鉆井作業(yè)打下良好基礎(chǔ)。

2）井眼凈化。針對施工井存在環(huán)空返速差異，泵排量受限的客觀現(xiàn)狀，定向及水平井段鉆進時，密切觀察出口巖屑返出情況，檢測返出鉆屑量，按照實鉆返砂情況及時調(diào)整流變參數(shù)，及時采取措施，根據(jù)需要補充流型調(diào)節(jié)劑等其他處理劑。受泵壓與機泵負荷的影響，采用變排量循環(huán)措施，鉆進過程控制泵排量為12～13 L/s，根據(jù)機械鉆速和返砂情況，接單根及起鉆前（含短程起下鉆）提高排量到13～14 L/s。每鉆進100～200 m或每鉆進48 h循環(huán)短程起下鉆1次，及時清除井壁鉆屑，起鉆前調(diào)整好鉆井液性能，在膠液中加入（0.1%～0.3%）BZ-HXC-1，提高鉆井液的攜砂能力，監(jiān)控固控設(shè)備的使用，充分保證定向及水平段井眼清潔，防止形成巖屑床造成井下復(fù)雜。通過控制鉆井液較低黏度和切力、低固相以及工程上變排量循環(huán)、下鉆采取分段循環(huán)等技術(shù)措施，避免因鉆井液觸變性過大對控制較低ECD值帶來的各種不利影響，防止了起下鉆過程產(chǎn)生過高的抽吸和激動壓力。

加強四級固控設(shè)備的使用， 采用孔徑為0.076～0.098 mm篩布，振動篩使用率為100%，壓力不低于0.25 MPa，根據(jù)鉆井液性能的需要合理使用離心機，及時清除鉆井液中的有害固相。

3）防噴防漏。由于三開存在不同壓力地層，使用鉆井液密度“窗口窄”，鉆進控制近平衡鉆井，減小井底循環(huán)壓耗，加入（1%～2%）BZ-DFT（或BZ-DSA）隨鉆封堵材料，防止發(fā)生漏失。每次正式起鉆前根據(jù)短程起下鉆的后效情況，在確保不漏失的前提下，提高鉆井液密度0.05～0.10 g/cm3，起鉆前控制鉆井液密度為1.98～2.05 g/cm3，既減少上部高壓水層水侵，實現(xiàn)平衡壓井，防止發(fā)生溢流造成井控風(fēng)險，污染鉆井液，同時又防止目的層發(fā)生漏失。工程上嚴格控制起下鉆速度，避免產(chǎn)生較大壓力激動，下鉆采取分段循環(huán)等技術(shù)措施。

4）儲層保護。將油氣層保護及提高鉆井速度作為工作重點， 提高體系抑制性， 降低黏土礦物水化分散和吸水膨脹，保證儲層孔隙滲透率恢復(fù)值大于80%， 鉆進時控制鉆井液密度在1.93～1.95 g/cm3之間，保持鉆井液優(yōu)質(zhì)低固相，配合PDC鉆頭+螺桿，彌補小井眼鉆壓小機械破巖動載荷低、排量小水力破巖效率低的問題，通過提高機械鉆速，縮短鉆完井液對油氣層的浸泡時間。

6 應(yīng)用效果

在青海英西儲層專打項目中，BH-WEI鉆井液首次應(yīng)用于水平井，解決了小井眼水平井水平段鉆進過程井壁穩(wěn)定、井眼凈化、潤滑防卡等復(fù)雜問題，完井作業(yè)施工順利，投產(chǎn)后獲得高產(chǎn)工業(yè)油流。體系應(yīng)用效果表現(xiàn)在以下幾方面。①強抑制、剪切稀釋性好，該井地層存在多套壓力體系且存在鹽膏層?，F(xiàn)場返出鉆屑完整，取樣鉆井液回收率為75.6%，最高鉆井液密度為2.10 g/cm3，鉆井液流動性良好。三開儲層段井眼規(guī)則， 平均井徑為 159.88 mm， 平均井徑擴大率4.9%， 較好的控制了泥巖段剝落、坍塌問題。②潤滑性、攜砂能力強，鉆井液摩阻系數(shù)小于0.07， 定向及起下鉆均無阻卡現(xiàn)象。③封堵性強， 采用BZ-DFT復(fù)配其他復(fù)合堵漏劑， 提高地層承壓能力， 解決了多壓力體系安全鉆進問題， 解決了“窄密度窗口”預(yù)防漏失技術(shù)難題， 封堵效果明顯。④保護儲層效果好， 體系所用材料均為酸溶性材料， 在目的層段投產(chǎn)獲得工業(yè)油流， 用直徑為3 mm 的油嘴放噴， 日產(chǎn)原油 40.06 t/d。

儲層井段分段鉆井液性能見表7。

表7 儲層井段分段鉆井液性能

7 結(jié)論

1.BH-WEI鉆井液體系為環(huán)保友好型體系，鉆井液配制方便，維護簡單，效率高，減少了現(xiàn)場勞動強度，鉆井液實現(xiàn)零排放，有利于環(huán)境保護。

2.采用（1%～2%）BZ-DFT、（1%～2%）BZ-DSA與BZ-FPA復(fù)配進行隨鉆封堵，提高了地層承壓能力，解決了多套壓力體系安全鉆進難題， 封堵效果明顯。

3.小井眼水平井鉆進，應(yīng)提前控制鉆井液良好的流變性能，降低高溫高壓濾失量，提高復(fù)合鹽含量，提高體系潤滑性與強抑制性。

4. 采取小井眼鉆井技術(shù)是減少鉆井液用量實現(xiàn)控制鉆井綜合成本的有效途徑。