全油合成基鉆井液在永3-側(cè)平×井的應(yīng)用

孫榮華

(中石化新疆新春石油開發(fā)有限責(zé)任公司)

永3-側(cè)平×井位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣。近些年的研究認(rèn)為[1]，永進地區(qū)屬于天山山前構(gòu)造帶，為擠壓地應(yīng)力環(huán)境，深部地層保持了較強的地應(yīng)力狀態(tài)，地層坍塌壓力全井段基本高于地層孔隙壓力，決定井筒穩(wěn)定的關(guān)鍵壓力參數(shù)是地層坍塌壓力；通過儲層巖心黏土含量及電鏡圖片分析表明,黏土礦物含量低，伊蒙混層占有一定比例，水化應(yīng)力不均易導(dǎo)致井壁失穩(wěn)；層理、孔隙及微裂縫發(fā)育，黏土礦物充填其中，水化后膠結(jié)強度降低，外力作用下易坍塌。使用合成基油作為連續(xù)相的全油合成基鉆井液體系，具有油基鉆井液的特性以及很強的抑制能力，最適合鉆水敏地層；其潤滑性能和抗污染能力強，特別適合斜井和水平井；同時具有良好的流動性、環(huán)保性能等優(yōu)點。全油合成基鉆井液體系[2-3]在保持原有合成基體系性能不變的基礎(chǔ)上，最大限度地提升合成基油在體系中的含量，減少水的含量。配合現(xiàn)場維護工藝，使用全油合成基鉆井液體系成功解決了永3-側(cè)平×井鉆井施工中的井壁失穩(wěn)問題，滿足了施工要求。

一、鉆井液技術(shù)難點

永3-側(cè)平×井是位于新疆維吾爾族自治區(qū)昌吉市永3井套管開窗、側(cè)鉆的一口水平井，為中石化總部2017年部署在永進油田的一口重點先導(dǎo)試驗水平井，旨在探索永進油田超深層特低滲油藏經(jīng)濟有效動用技術(shù)。本井于2018年3月27日開窗側(cè)鉆，側(cè)鉆點5 355 m，開窗后用?149.2 mm鉆頭側(cè)鉆，于9月14日完鉆，完鉆深度6 111 m，側(cè)鉆進尺756 m，完鉆層位為侏羅系西山窯組。根據(jù)鄰井資料，該井存在的主要鉆井液難點為：

(1)清水河組地層含大段泥巖及砂泥巖互層，礦物組成主要為伊/蒙有序間層和伊利石構(gòu)成，微裂縫發(fā)育，極易吸水膨脹分散，剝落垮塌；西山窯組地層存在煤質(zhì)夾層，煤巖中黏土礦物主要為高嶺石、綠泥石、伊利石和少量伊蒙混層，結(jié)構(gòu)不均勻，節(jié)理、微裂縫發(fā)育，極易發(fā)生垮塌，要求鉆井液必須具有極強的抑制性。

(2)受山前構(gòu)造帶高地應(yīng)力影響，清水河組、西山窯組呈現(xiàn)異常高壓狀態(tài)，如永3井地層壓力系數(shù)達1.86，且地層坍塌壓力大于地層孔隙壓力，硬脆性泥頁巖地層井壁失穩(wěn)嚴(yán)重，要求鉆井液具有較高的密度和良好的封堵性能。

(3)本井為深井小井眼施工，環(huán)空間隙小、循環(huán)壓耗大，排量與攜巖矛盾突出，要求鉆井液有較好的懸浮性能和流動性。

(4)小井眼側(cè)鉆水平井，定向施工難度大，需要較低的摩阻，對鉆井液潤滑性要求高。

二、全油合成基鉆井液體系研制與評價

1.全油合成基鉆井液體系配方研制

基于永進油田鉆井液技術(shù)難點，研發(fā)了新型全油合成基鉆井液體系，其具有較高的閃點和苯胺點，黏度受溫度變化影響小，幾乎不含芳香烴。具有抑制性強、潤滑性能好、抗污染能力強、熱穩(wěn)定性能好等特點，能有效抑制泥頁巖水化膨脹，防止水敏性地層井壁失穩(wěn)[4-5]，解決了永進油田清水河組、西山窯組井壁失穩(wěn)問題。

全油合成基鉆井液體系基本不含水，濾液為油，最大程度地減少了清水河組硬脆性泥巖的水化膨脹；增加了新型封堵劑封堵西山窯組的裂縫、紋理，其潤滑性、抑制性能使其通過西山窯組地層時對巖石造成的物理、化學(xué)影響最??；為平衡地層異常高壓，研制的體系具備高密度、低黏特征，流變性好(見表1)，提高了鉆井設(shè)備的效率。

基本配方：合成基液+(1%～5%)有機土+(1%～4%)乳化劑+(1%～4%)輔乳化劑+(1%～6%)潤濕劑+(3%～6%)降濾失劑+(1%～3%)防塌劑+(3%～5%)封堵材料。

主要助劑：乳化劑、輔乳化劑、潤濕劑、降濾失劑、防塌劑、封堵材料、加重劑等。

表1 全油合成基鉆井液體系性能

注：HTHP為150℃/3.5 MPa

2.全油合成基鉆井液體系評價

2.1 不同鉆井液體系的巖屑浸泡試驗

將全油合成基鉆井液與其它鉆井液體系進行巖屑浸泡試驗對比，所采集的巖屑為永3井清水河組、西山窯組巖屑，實驗結(jié)果可以看出，合成基鉆井液、全油合成基鉆井液體系浸泡后巖屑保持原狀，明顯優(yōu)于水基鉆井液體系，說明其對巖屑的抑制性作用很強。

2.2 頁巖巖屑滾動回收率及頁巖線性膨脹高度試驗

頁巖線性膨脹高度在NP-01線性膨脹儀上進行，所用巖樣為鈣質(zhì)蒙脫土壓制成的人造巖樣。實驗首先稱取10 g干燥膨潤土，將此膨潤土在配套的膨脹鋼筒內(nèi)用2.8 MPa壓力壓制5 min制得人造巖心，分別將不同鉆井液濾液加入壓有人造巖心的膨脹鋼筒內(nèi)，開始計量膨脹高度隨時間的變化，并以8 h巖樣膨脹高度作為頁巖膨脹高度的評價指標(biāo)。

頁巖滾動回收率通過在不同鉆井液中加入10～20目的頁巖巖屑50 g，在150℃條件下高溫陳化釜中熱滾16 h后，用40目篩網(wǎng)回收巖屑并烘干至恒重，所回收的巖屑重量與初始頁巖重量之比即為頁巖一次回收率。將回收后的巖屑放入清水中，在150℃條件下在高溫陳化釜中熱滾2 h后，用100目篩網(wǎng)回收巖屑并烘干至恒重, 所回收的巖屑重量與初始頁巖重量之比即為巖屑二次回收率。

表2 巖屑回收率、頁巖8 h線性膨脹高度實驗

注：全油合成基鉆井液密度2.0 g/cm3；油水比：100 ∶0。

由表2可知，合成基鉆井液和全油合成基鉆井液8 h線性膨脹高度及一次和二次頁巖回收率相差無幾，線性膨脹高度越小,鉆井液抑制頁巖膨脹的能力越強；回收率越高,抑制巖屑分散的效果越好。合成基鉆井液和全油合成基鉆井液具有同等優(yōu)異的抑制巖屑膨脹和分散的能力。

2.3 不同鉆井液體系高溫高壓膨脹實驗

將鈉土烘干，在一定壓力下壓制成巖心后，用YPM-03型高溫高壓膨脹模擬試驗儀測量其在不同鉆井液體系濾液中的膨脹率大小，實驗結(jié)果見表3。

表3 巖心在不同鉆井液濾液中的高溫高壓膨脹實驗

注：實驗條件：3.5 MPa、100℃；全油合成基鉆井液密度：2.0 g/cm3；油水比：100 ∶0。

表3可看出，全油合成基鉆井液體系比合成基鉆井液的抑制性能更好或相當(dāng)，全油合成基鉆井液具有優(yōu)良的抑制性，可很好地穩(wěn)定泥頁巖，與水基鉆井液相比，具有不可替代的優(yōu)勢。

三、全油合成基鉆井液體系的現(xiàn)場應(yīng)用

永進油田已完鉆7口直井和1口水平井，主要采用的是以磺化處理劑為主的水基鉆井液體系，其中6口井出現(xiàn)嚴(yán)重的井壁失穩(wěn)和卡鉆等事故。實踐證明，研制的全油合成基鉆井液體系在永3-側(cè)平×井初次使用，基本解決了困擾永進油田十幾年的井壁失穩(wěn)難題。

1.施工維護工藝

(1)永3-側(cè)平×井施工井段5 355～6 111 m，開窗側(cè)鉆前根據(jù)配方調(diào)整好鉆井液性能，開窗后及時檢測性能變化，依據(jù)配方調(diào)整鉆井液性能，在易坍塌井段加大封堵材料加量，保證井壁穩(wěn)定。

(2)鉆井過程中，根據(jù)井下情況及地層坍塌壓力調(diào)整密度，側(cè)鉆時鉆井液密度1.70～1.85 g/cm3，鉆進至油層前逐步提高到1.90～1.95 g/cm3。

(3)全油合成基鉆井液的日常補充需根據(jù)推薦配方在配漿罐內(nèi)配好后慢慢補充到循環(huán)系統(tǒng)，以保持鉆井液量。

(4)每班監(jiān)測全油合成基鉆井液油水比，并根據(jù)實際情況進行調(diào)整，保持破乳電壓≥500 V。

(5)巖屑上返異常、攜巖困難，適當(dāng)補充流型調(diào)節(jié)劑、乳化劑等，提高鉆井液懸浮攜帶能力。

(6)若鉆井過程中黏度上升，適當(dāng)增加合成基基油；黏度下降，補充有機土、乳化劑的含量。

(7)若檢測APIFL、HTHPFL增大，及時補充有機土、乳化劑和降濾失劑的含量，本井后期檢測30 min的APIFL一直為0，130℃的HTHPFL小于2 mL。

(8)保證固控設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，由于全油合成基鉆井液的抑制性強，返出來的鉆屑完整性好，清潔器清除效率高，同時適當(dāng)開啟離心機，保持鉆井液含砂量低，保證鉆井液清潔。

2.效果分析

永3-側(cè)平×井清水河組、西山窯組施工過程中，有少許掉塊，為10～15 mm薄片狀，全井未見較大掉塊，扭矩正常，清水河組未無出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，西山窯組復(fù)雜時效僅為18 h，達到了預(yù)期效果，鉆井液性能如表4。

永3-側(cè)平×井鉆井周期171.25 d，處理復(fù)雜情況時間18 h，復(fù)雜時效0.44%。相比2009年完鉆的永1-平1井，四開復(fù)雜時效1 183 h，永3-側(cè)平×井復(fù)雜時間縮短1 165 h，復(fù)雜時效降低94.75%。永3-側(cè)平×井順利完井，投產(chǎn)日產(chǎn)30 t、不含水，打破了永進油田10年的沉寂，為勘探開發(fā)取得了成功經(jīng)驗，為鄰井鉆探提供了技術(shù)保障。

表4 永3-側(cè)平×井鉆井液性能

四、結(jié)論

(1)永進油田井壁失穩(wěn)主要發(fā)生在清水河組和西山窯組，解決井壁失穩(wěn)難題，必須提高鉆井液的抑制性能和封堵性能、平衡地層的高坍塌應(yīng)力。

(2)研制的高密度、低黏度全油合成基鉆井液體系具有較強的抑制性和封堵性，成功解決了清水河組和西山窯組掉塊難題，掉塊較小。

(3)永3-側(cè)平×井的順利完鉆，實現(xiàn)了永進油田鉆井達成的目標(biāo)，基本解決了工程技術(shù)瓶頸難題，為后期油田勘探開發(fā)提供了重要的技術(shù)保障。