延長(zhǎng)油田致密油藏水平井強(qiáng)封堵鉆井液優(yōu)選與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用*

張文哲，李 偉，王 波，劉 云

（1.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075；2.陜西省特低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710077；3.延長(zhǎng)油田股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)研究中心，陜西 延安 716099）

鄂爾多斯盆地三疊系致密油藏以延長(zhǎng)組7 段（簡(jiǎn)稱長(zhǎng)7）頂部油頁(yè)巖、致密含油砂巖和延長(zhǎng)組6段（簡(jiǎn)稱長(zhǎng)6）中部油層組致密含油砂巖最為典型［1-2］。致密含油砂巖由于其硬脆性、片理結(jié)構(gòu)，在鉆井過(guò)程中易發(fā)生坍塌掉塊、裂縫井漏等復(fù)雜情況，已成為延長(zhǎng)油田鉆井，特別是水平井鉆井的一大難題，提高井壁穩(wěn)定性是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵［3］。

以延長(zhǎng)油田中生界延長(zhǎng)組致密油藏長(zhǎng)7 段為例，地層深度1400數(shù)2600 m，儲(chǔ)層巖性主要為褐色油頁(yè)巖、灰黑色泥巖、深灰色砂質(zhì)泥巖夾灰色泥質(zhì)砂巖、淺灰色細(xì)砂巖等。通過(guò)X射線衍射（XRD）分析巖樣中的黏土礦物組分，伊利石含量最高，約占40.1%數(shù)88.9%，伊蒙混層含量平均值為15.2%，綠泥石含量為4.9%數(shù)27.8%，離散性整體較大；儲(chǔ)層節(jié)理微裂縫發(fā)育、紋理清楚、水化膨脹不均勻，屬非膨脹型破碎性（脆性）地層，膠結(jié)性差，井壁穩(wěn)定性較弱［4］，對(duì)鉆井液性能提出較高要求［5］。

由地層井壁不穩(wěn)定機(jī)理分析結(jié)果可知［6-8］，要保證井段的井壁穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)防塌鉆井液時(shí)，在技術(shù)上除了要滿足合理的鉆井液密度、良好的潤(rùn)滑性及流變性外，還必須滿足強(qiáng)抑制和強(qiáng)封堵特性。延長(zhǎng)油田致密油水平井現(xiàn)階段主要使用的鉆井液體系為聚丙烯酰胺鉀鹽（K-PAM）聚合物鉆井液體系。該體系在流變性能、潤(rùn)滑性能與井壁穩(wěn)定等方面還存在一些問(wèn)題［9］。現(xiàn)場(chǎng)主要技術(shù)難點(diǎn)有：坍塌、卡鉆等井壁失穩(wěn)現(xiàn)象普遍［10］，定向摩阻大托壓?jiǎn)栴}嚴(yán)重［11］，鉆井液攜巖性能欠佳［12］等。聚合物鉆井液體系的主要處理劑以K-PAM為主，配合聚合物降濾失劑等其他處理劑在水化好的膨潤(rùn)土漿中共同作用。現(xiàn)場(chǎng)鉆井液處理劑種類和加量比較雜亂，急需一種適合延長(zhǎng)致密油地層水平井的鉆井液體系和技術(shù)規(guī)范［13-14］。針對(duì)K-PAM 聚合物鉆井液體系流變性不佳、封堵和抑制性不足等問(wèn)題，室內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常用降濾失劑、抑制劑、潤(rùn)滑劑等處理劑進(jìn)行優(yōu)選，制得適合于致密油藏的強(qiáng)封堵型納米聚合醇水基鉆井液，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

鈉膨潤(rùn)土，宣化燕北礦業(yè)有限責(zé)任公司；燒堿、純堿、抗高溫抗鹽磺化降濾失劑SMPX、聚合物降濾失劑COP-FL、銨鹽頁(yè)巖抑制劑KD-40、無(wú)熒光防塌潤(rùn)滑劑FT342、固體石墨類潤(rùn)滑劑GRH-1、無(wú)水聚合醇WJH-1、納米乳液RL-2，勝利化工有限責(zé)任公司；增黏纖維降濾失劑SJL-1、陽(yáng)離子乳化瀝青GD-SFT、聚胺類抑制劑SJA-1、重晶石，延安朝政泥漿有限公司；液體極壓潤(rùn)滑劑JM-1，河南龍翔石油助劑有限公司；聚丙烯酰胺鉀鹽K-PAM，西安藍(lán)翔化工有限公司；抗溫型鉆井液分散劑SXY、增黏劑FV-5，四川光亞科技股份有限公司；自來(lái)水。

ZNN-D6型電動(dòng)六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、ZNS-2A型中壓濾失儀、GS-42型高溫高壓濾失儀、NP-03型多聯(lián)智能膨脹量測(cè)量?jī)x、NZ-3A型黏滯系數(shù)測(cè)定儀、EP-2型極壓潤(rùn)滑儀，青島海通達(dá)專用儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16783.1—2014《石油天然氣工業(yè)中鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試（第1部分：水基鉆井液）》測(cè)試鉆井液性能，評(píng)價(jià)鉆井液流變性、失水造壁性（中壓、高溫高壓）、抑制性、封堵性和潤(rùn)滑性，測(cè)試溫度為室溫。鉆井液老化條件為：80℃（地層溫度）熱滾24 h。參照石油與天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5613—2000《泥頁(yè)巖理化性能試驗(yàn)方法》測(cè)定線性膨脹率，采用宣化鈉膨潤(rùn)土制造人工巖心（壓力14 MPa，穩(wěn)壓時(shí)間5 min）進(jìn)行模擬，記錄巖心在鉆井液中浸泡16 h 的線性膨脹率。滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)選取定邊羅龐塬致密油區(qū)羅平X井洛河組地層巖屑（深度約350 m），在熱滾溫度80℃下一次滾動(dòng)時(shí)間16 h、二次滾動(dòng)48 h，測(cè)定鉆井液滾動(dòng)回收率。鉆井液封堵性測(cè)試首先配制封堵評(píng)價(jià)用標(biāo)準(zhǔn)漿，在自來(lái)水中依次加入10%鈉膨潤(rùn)土、0.5% Na2CO3、1.5%SXY、0.5%FV-5和0.7%重晶石攪拌而成，通過(guò)高溫高壓濾失實(shí)驗(yàn)制備具有地層特性的厚泥餅，通過(guò)測(cè)量鉆井液通過(guò)其產(chǎn)生的濾失量，利用達(dá)西滲透率公式計(jì)算厚泥餅滲透率，根據(jù)加入封堵劑前后滲透率變化（滲透率降低率）來(lái)表征封堵效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 降濾失劑優(yōu)選

延長(zhǎng)油田致密油區(qū)塊目前使用的主要降濾失劑有SMPX、COP-FL、SJL-1等。將現(xiàn)場(chǎng)取得的上述降濾失劑樣品加入基漿（4%鈉膨潤(rùn)土+0.2%純堿+0.4%K-PAM）中，分別配制成3 種鉆井液體系（1#：基漿+2% SMPX，2#：基漿+2% COP-FL，3#：基漿+2% SJL-1），80℃熱滾24 h 老化后測(cè)得鉆井液的流變性能見(jiàn)表1。對(duì)比老化后鉆井液API 中壓、高溫高壓濾失量，COP-FL聚合物降濾失劑優(yōu)于SJL-1降濾失劑；比較3種鉆井液的高溫高壓濾餅可見(jiàn)，1#泥餅虛厚，呈淡黃色，不致密，光滑性較弱；2#泥餅呈灰褐色，薄且致密、較光滑；3#泥餅呈灰黑色，致密性好且光滑，但稍厚。綜合考慮濾失量和泥餅質(zhì)量，選擇COP-FL聚合物降濾失劑（以水解聚丙烯腈銨鹽為主的聚合物），增強(qiáng)鉆井液結(jié)構(gòu)性和增加濾液黏度，顯著提高體系失水造壁性。

表1 加入不同降濾失劑后鉆井液的性能*

2.2 抑制劑優(yōu)選

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前延長(zhǎng)油田致密油區(qū)使用的鉆井液抑制型處理劑為FT342、KD-40、GD-SFT 和 SJA-1 4 種。在 2.1 節(jié)基漿中加入 4 種處理劑形成強(qiáng)抑制劑體系（1#：基漿+1.5%KD-40，2#：基漿+1.5% FT342，3#：基漿+1.5% GD-SFT，4#：基漿+1.5%SJA-1），通過(guò)測(cè)定鈉膨潤(rùn)土線性膨脹率和鉆井液一次、二次滾動(dòng)回收率評(píng)價(jià)其抑制黏土水化膨脹和水化分散的能力。抑制劑對(duì)鉆井液線性膨脹率的影響見(jiàn)圖1。銨鹽頁(yè)巖抑制劑KD-40和陽(yáng)離子乳化瀝青GD-SFT 的抑制效果相當(dāng)，但均弱于無(wú)熒光防塌潤(rùn)滑劑FT342。清水、1數(shù)4#強(qiáng)抑制劑體系的一次滾動(dòng)回收率分別為43.16%、76.50%、90.64%、77.48%、88.48%，二次滾動(dòng)回收率分別為27.18%、67.34%、89.67%、73.37%、87.65%。胺類抑制劑（4#）與無(wú)熒光防塌潤(rùn)滑劑（2#）的二次滾動(dòng)回收率較高，說(shuō)明抑制性較強(qiáng)且穩(wěn)定。綜合成本考慮，優(yōu)選出的抑制劑為無(wú)熒光防塌潤(rùn)滑劑FT342。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該處理劑由苯酚、甲醛、硝基腐殖酸鉀等聚合而成，所含苯環(huán)可在黏土表面多層吸附，鑲嵌覆蓋和堵塞致密泥頁(yè)巖的層理和微裂縫，防止濾液進(jìn)入，減少水化膨脹。

圖1 抑制劑對(duì)鉆井液線性膨脹率的影響

2.3 潤(rùn)滑劑優(yōu)選

固體石墨類潤(rùn)滑劑GRH-1 和液體極壓潤(rùn)滑劑JM-1 是延長(zhǎng)致密油區(qū)目前普遍使用的兩種鉆井液用潤(rùn)滑劑。前者是將井壁和鉆柱間的滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦提高井眼潤(rùn)滑性，后者是通過(guò)增加兩者間的潤(rùn)滑膜厚度和強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)降摩減阻。室內(nèi)通過(guò)測(cè)定鉆井液的極壓潤(rùn)滑系數(shù)和HTHP泥餅黏滯系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)體系的潤(rùn)滑性。通過(guò)EP 極壓潤(rùn)滑儀測(cè)得基漿+2% COP-FL、基漿+2% COP-FL+1.0% GRH-1、基漿+2% COP-FL+1.0% JM-1 的潤(rùn)滑系數(shù)分別為0.30、0.25、0.17。加入兩種潤(rùn)滑劑后，鉆井液的潤(rùn)滑性均有提升，但液體極壓潤(rùn)滑劑JM-1提升效果更為顯著。液體潤(rùn)滑劑通過(guò)提高接觸潤(rùn)滑膜厚度和強(qiáng)度對(duì)致密油層優(yōu)快鉆井更有效。采用GS-42型高溫高壓濾失儀，在80℃下進(jìn)行鉆井液濾失實(shí)驗(yàn)，制得鉆井液HTHP 泥餅?；鶟{+2% COP-FL+1.0%GRH-1 體系泥餅稍厚，呈深灰色，膜表面帶有不溶性小顆粒，韌性不夠，泥餅黏滯系數(shù)為0.1235；基漿+2%COP-FL+1.0%JM-1體系泥餅薄且致密，呈灰白色，膜表面光滑，泥餅質(zhì)量整體優(yōu)于加入GRH-1 的體系，泥餅黏滯系數(shù)為0.0798。從極壓潤(rùn)滑系數(shù)和高溫高壓鉆井液泥餅黏滯系數(shù)綜合測(cè)試可以看出，選用JM-1 的整體潤(rùn)滑效果優(yōu)于GRH-1，因此，適宜的潤(rùn)滑劑為液體極壓潤(rùn)滑劑JM-1。

2.4 封堵劑優(yōu)選

國(guó)內(nèi)外研究中，沒(méi)有從本質(zhì)上解決致密油儲(chǔ)層鉆井液封堵問(wèn)題，封堵性差導(dǎo)致的坍塌、泥包和卡鉆等復(fù)雜問(wèn)題較為嚴(yán)重。筆者根據(jù)延長(zhǎng)油田致密油儲(chǔ)層納、微米級(jí)巖石孔縫特性，優(yōu)選出適合該地區(qū)的封堵劑體系。將陜北致密油區(qū)現(xiàn)場(chǎng)常用的工業(yè)級(jí)納米乳液RL-2 和無(wú)水聚合醇WJH-1 兩種封堵劑單劑復(fù)配后，加入鉆井液基漿中，通過(guò)高溫高壓濾失實(shí)驗(yàn)測(cè)量滲透率降低率來(lái)評(píng)價(jià)封堵效果［15］，結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)表2結(jié)果，優(yōu)選出適合致密油區(qū)鉆井液的封堵劑體系為：5%WJH-1+3%RL-2。實(shí)驗(yàn)用無(wú)水聚合醇WJH-1的濁點(diǎn)為80℃，溫度超過(guò)其濁點(diǎn)時(shí)發(fā)生相分離，析出大小可變的膠體粒子在孔隙中堵塞微細(xì)孔道［16］；納米乳液RL-2 因壓差、溫度變形成為小顆粒進(jìn)入泥餅的小空隙中起到封堵作用，使泥餅滲透率和失水量降低［17］。加入封堵劑體系的滲透率降低率（封堵性）相比原鉆井液提高51.7%，井壁穩(wěn)定性增強(qiáng)。

以靖邊致密油區(qū)長(zhǎng)7 為目的層的水平井為例，優(yōu)選出致密油水平井水平段強(qiáng)封堵型鉆井液體系基礎(chǔ)配方：4%鈉膨潤(rùn)土+0.2%純堿+0.4% K-PAM+2% COP-FL+1.5% FT342+1.0% JM-1+5% WJH-1+3%RL-2，其他致密油區(qū)可在此配方基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整部分處理劑加量，處理和維護(hù)簡(jiǎn)單。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn)，該體系可用石灰石（120數(shù)150目）加重，且性能保持穩(wěn)定，滿足延長(zhǎng)油田所有致密油區(qū)鉆井需要。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

將優(yōu)化后的強(qiáng)封堵型鉆井液體系在延長(zhǎng)油田致密油區(qū)杏平36井（東部淺層油區(qū)）、羅平16井（西部深層油區(qū)）兩口水平井進(jìn)行了應(yīng)用。

表2 封堵劑對(duì)鉆井液性能參數(shù)的影響*

2.5.1 杏平36井

杏平36 井位于鄂爾多斯盆地郝家坪南區(qū)鼻隆構(gòu)造內(nèi)，是典型的致密油區(qū)塊水平井，鄰井鉆進(jìn)過(guò)程中存在較為嚴(yán)重的漏失、托壓和掉塊等現(xiàn)象［18］。該井設(shè)計(jì)井深2745.75 m，造斜段和水平段（1350數(shù)2745 m）應(yīng)用該鉆井液體系。由鉆井液性能參數(shù)（表3）可見(jiàn)，該體系密度和黏切始終穩(wěn)定，動(dòng)塑比（YP/PV）保持在0.25左右，流變性優(yōu)異，失水控制在6 mL 以內(nèi)，造壁性好。現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，該體系防漏失、封堵效果較好，井壁始終保持穩(wěn)定，機(jī)械鉆速相比鄰井提高37.5%。

2.5.2 羅平16井

定邊羅龐塬致密油區(qū)以長(zhǎng)7 儲(chǔ)層為主要目的層；巖性主要為黑色油頁(yè)巖、暗色泥巖夾灰黑色細(xì)砂巖。該區(qū)在2017年水平井鉆進(jìn)過(guò)程中，多口井接連發(fā)生嚴(yán)重掉塊、井塌等復(fù)雜情況，最嚴(yán)重的填井、側(cè)鉆三次，是延長(zhǎng)致密油區(qū)最為復(fù)雜的區(qū)塊之一［19］。羅平16井井深3342 m，水平段長(zhǎng)達(dá)1200 m，該井鉆遇造斜段和水平段（2200數(shù)3500 m）時(shí)選用該鉆井液體系。由鉆井液性能參數(shù)（表4）可見(jiàn)，該體系密度在1.07數(shù)1.21 g/cm3范圍內(nèi)并可根據(jù)地層情況實(shí)時(shí)調(diào)整，性能穩(wěn)定，動(dòng)切力YP＞6 Pa、攜巖流變性好，黏滯系數(shù)＜0.14、潤(rùn)滑減阻性強(qiáng)。從應(yīng)用效果來(lái)看，鉆井液強(qiáng)封堵性和攜巖性能很好的解決該區(qū)塊出現(xiàn)的卡鉆、托壓等復(fù)雜問(wèn)題，井下事故率相比鄰井降低85.7%，施工周期縮短35.1%，鉆井成本減少34.7%，整體應(yīng)用效果較好。

表3 杏平36井現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能參數(shù)*

表4 羅平16井現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能參數(shù)

3 結(jié)論

針對(duì)延長(zhǎng)油田致密油區(qū)塊地層巖性和鉆井技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用主要處理劑（降濾失劑、抑制劑、潤(rùn)滑劑、封堵劑）進(jìn)行了優(yōu)選，確定了適合該地區(qū)強(qiáng)封堵型鉆井液體系配方，封堵性相比優(yōu)化前提高51.7%，井壁穩(wěn)定性增強(qiáng)。優(yōu)化后的鉆井液體系在延長(zhǎng)油田致密油2 口水平井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，施工過(guò)程中體系防漏失、封堵效果較好，機(jī)械鉆速相比鄰井提高30%，施工周期縮短35%，優(yōu)快鉆井效果顯著。