水平井鉆井過程中強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液技術(shù)應(yīng)用研究

陳雪松

摘 要：大港油田水平井鉆遇地層從上到下依次為明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組和沙河街組。東營組、沙一段地層為中硬泥頁巖，其中黏土礦物含量較高，且主要以伊蒙間層為主，地層巖性十分脆弱，因此在大斜度井段鉆進(jìn)該地層時(shí)，由于泥頁巖的水化膨脹，容易發(fā)生井壁剝落掉塊，造成井眼規(guī)則，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致卡鉆、井壁坍塌等井下復(fù)雜情況，嚴(yán)重影響了鉆井施工及后續(xù)油田的開發(fā)。因此根據(jù)大港油田不同區(qū)塊的地層特性和水平井鉆井施工難點(diǎn)，針對(duì)上述井壁失穩(wěn)復(fù)雜情況，對(duì)該地區(qū)泥頁巖地層的井壁失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行了研究，明確了安全密度窗口，通過大量的調(diào)研和室內(nèi)研究摸索出了強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液體系，該體系主要是利用有機(jī)鹽基液這種無固相加重流體較高的密度和較強(qiáng)的抑制性，配合強(qiáng)封堵材料解決井壁失穩(wěn)問題，減少事故復(fù)雜，最終達(dá)到保護(hù)油氣層的目的，有效解決了大港油田部分區(qū)塊水平井鉆井過程中面臨的泥頁巖水化膨脹，井壁剝落掉塊，井壁坍塌等井下復(fù)雜情況，為實(shí)現(xiàn)順利高效鉆井奠定了良好技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大港油田;水平井鉆井;井壁失穩(wěn);強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液

前言

大港油田部分區(qū)塊進(jìn)行水平井、大位移井等類型的鉆井施工時(shí)，其主要技術(shù)難點(diǎn)是井壁穩(wěn)定、巖肩攜帶和潤滑防卡。其中又以井壁穩(wěn)定最為重要。由于大位移井特殊的井身結(jié)構(gòu)，理論上和實(shí)踐上井壁穩(wěn)定問題顯得格外突出和重要，因此大斜度井，尤其是長水平段，由于井斜大、裸眼井段長，井壁更容易挎塌失穩(wěn)，井壁穩(wěn)定己成為影響鉆井速度和安全的重要的因素之一必須采取比直井更加有效的防塌措施，消除或減緩井眼不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。實(shí)際應(yīng)用中分析發(fā)現(xiàn)，在大港油田部分區(qū)塊水平井鉆井施工過程中所用的幾種鉆井液體系的抑制性較強(qiáng)，但低剪切速率下的粘度和切力較低，井獎(jiǎng)攜帶和懸浮巖屑的能力較弱;老化后濾失量較大，由于濾液和壓力傳遞，易引起井壁失穩(wěn)。

1.水平井鉆井井壁失穩(wěn)原因與對(duì)策

1.1井壁失穩(wěn)原因

（1）力學(xué)原因：部分區(qū)域儲(chǔ)層垂深達(dá)到2000m以上，大斜度井的應(yīng)力集中比直井更大，尤其在水平最大應(yīng)力方位，井噴應(yīng)力最為集中，而沙河街組油頁巖的層理特征明顯，大斜度鉆井時(shí)泥巖層理弱面的法線與井噴應(yīng)力之間夾角處于利范圍內(nèi)，井斜角達(dá)到60°以后，層理弱面強(qiáng)度處于最低范圍，單軸強(qiáng)度20MPa，因此更容易發(fā)生剪切破壞，井壁破壞區(qū)的范更大。鉆井實(shí)踐中某些井眼軌跡靠近最大水平主應(yīng)力的方位，大井斜條件下坍塌力高達(dá)1.55MPa，而鉆井液密度是按照直井三壓力來設(shè)計(jì)的，現(xiàn)場鉆井液密度在的1.20-1.28g/cm3，因此遠(yuǎn)不能平衡東營組和沙河街地層的坍塌壓力，這是發(fā)生井壁失穩(wěn)的力學(xué)原因。

（2）化學(xué)原因：對(duì)沙河街油頁巖巖心浸泡清水后試驗(yàn)測定，強(qiáng)度降低達(dá)到30%-50%，在直井條件下水化作用導(dǎo)致強(qiáng)度從60MPa下降到30MPa，坍塌力升高到1.25MPa，因此在直井和小井斜條件下可以通過適當(dāng)提高鉆井液密度，只要達(dá)到1.25g/cm3即可抵消化學(xué)作用，井壁依然保持穩(wěn)定。但在大井斜條件層理弱面的強(qiáng)度處于不利的角度范圍內(nèi)，坍塌壓力已經(jīng)高達(dá)1.40-1.55MPa，井壁穩(wěn)定本來處于脆弱的力學(xué)平衡狀態(tài)，如果水化作用使層理面強(qiáng)度降低50%，則坍塌壓力將會(huì)提高到1.80MPa，超出安全泥漿密度窗口的上限破裂壓力是不允許的，此時(shí)化學(xué)作用打破了力學(xué)平衡，導(dǎo)致井壁不斷周期性將塌。因此大斜度條件下必須嚴(yán)格控制鉆井液的濾失量，增強(qiáng)封堵、抑制性，優(yōu)良的鉆井液性能成為力學(xué)平衡建立的前提。

1.2保證井壁穩(wěn)定對(duì)策

（1）力學(xué)平衡對(duì)策：后續(xù)大位移井優(yōu)化井眼軌跡方位，避開水平最大主應(yīng)力方位（近似東西方向），盡量靠近水平最小主應(yīng)力方位（近似南北方向），并結(jié)合井眼軌跡確定合理的鉆井液密度，保障力學(xué)的穩(wěn)定性，大位移井的安全泥漿密度窗口，在井斜角45°以后的大斜度井段鉆井液密度從1.19g/cm3提高到1.45g/cm3，平衡坍塌壓力。在力學(xué)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，降低鉆井液的濾失量、優(yōu)選強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液，提高鉆井液的抑制性和封堵能力，大斜度井段降低API失水，井斜角45°后，API失水從10ml降低到3.6ml，這些措施保障了大位移井在鉆井和完井階段井壁穩(wěn)定。

2.強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液體系

經(jīng)過室內(nèi)反復(fù)試驗(yàn)，優(yōu)選出滿足大港油田水平井鉆井復(fù)雜鉆井環(huán)境要求的兩套鉆井液配力：（1）密度≤1.40g/cm3，抗溫120℃一套;（2）密度1.40g/cm3-1.60g/cm3，抗溫160℃一套?；九浞剑核?0.3%Na2CO3+2-3%BZ-VIS+0.05%BZ-XCD+1-2%BZ-Redu I+2-3% BZ-YFT+2-3%BZ-YRH+15-30%BZ-MYJ-I+重晶石。

2.1抗溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

分別選用抗溫120℃，密度1.20-1.40g/cm3配方和抗溫160℃，密度1.40-1.60g/cm3配方體系在120℃和160℃高溫?zé)釢L后，仍具有良好的綜合性能。

2.2抑制性評(píng)價(jià)

從活度因素角度評(píng)價(jià)，釆用用吸附等溫曲線法準(zhǔn)確測定了不同濃度的強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液中水的活度，數(shù)據(jù)分析可知，強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液中水的活度極低，對(duì)易水化泥巖抑制能力極強(qiáng)，使鉆井液性能較穩(wěn)定，保護(hù)油氣層效果較好。

2.3抗污染性能評(píng)價(jià)

強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液抗污染能力決定于其抑制性，其水活度低、離子嵌入、壓縮雙電層的機(jī)理決定了其抑制性極強(qiáng)。強(qiáng)抑制性使得污染進(jìn)入鉆井液與完井液的粘土、鹽、水泥變成惰性物，對(duì)性能沒有太大的不良影響。由于不同溫度、不同密度體系配方組分基本相同，所以只要選擇一套典型的鉆井液配方進(jìn)行抗污染試驗(yàn)，其它基本相同。室內(nèi)選擇抗溫160℃、密度1.40g/cm3的配方進(jìn)行各種污染試驗(yàn)。

2.4潤滑性評(píng)價(jià)

強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液有非常好的潤滑性。主要因?yàn)閮煞矫娴淖饔脵C(jī)理，一是大量的有機(jī)酸根具有很強(qiáng)的表面活性，本身就是很好的潤滑劑，并能吸附在金屬或粘土表面，形成潤滑膜;二是低固相含量能有效地降低摩擦系數(shù)。

3.應(yīng)用效果

通過在現(xiàn)場的應(yīng)用，強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液體系在大港油田水平井鉆井過程中體現(xiàn)了良好的抑制性、潤滑性、攜巖性、具有優(yōu)異的防塌和油氣層保護(hù)性能。

3.1抑制性強(qiáng)

在強(qiáng)造漿井段未排放鉆井液，在易塌層位設(shè)備多次出現(xiàn)問題，靜止時(shí)間長達(dá)72小時(shí)的情況下，起下鉆順利，說明鉆井液抑制性很強(qiáng)。

3.2攜砂性強(qiáng)

鉆進(jìn)過程中返砂正常，施工順利，無論是正常起下鉆或因設(shè)備問題等臨時(shí)起下鉆，井眼總是暢通無阻，說明該體系攜砂能力很強(qiáng)。

3.3潤滑性好

鉆進(jìn)過程中不用加潤滑劑，起鉆拉力和鉆進(jìn)扭矩均保持在正常范圍內(nèi)，定向出現(xiàn)托壓現(xiàn)象，加入的膠液可恢復(fù)正常。

3.4井壁穩(wěn)定

加入相關(guān)的封堵防塌材料，使井壁形成致密的泥餅，增強(qiáng)了鉆井液防塌性和封堵能力，有效抑制了沙河街泥灰?guī)r地層的坍塌，起下鉆通暢、沒有出現(xiàn)劃眼現(xiàn)象，電測、下套管非常順利，而鄰井在該井段施工中多次出現(xiàn)井壁坍塌及劃眼等情況。

3.5抗污染能力強(qiáng)

三開鉆水泥塞鉆井液性能無變化，固完井因浮箍、浮鞋失效，在技套和尾管內(nèi)共形成長的水泥段塞，用該體系鉆完性能非常穩(wěn)定。

3.6保護(hù)油氣層效果好

隨著BH-WYJ-I的加入，大大減少了鉆井液中惰性固相的含量，使濾液與油氣層水相性質(zhì)相匹配，減少了水堵而造成的油氣損害，油氣顯示活躍。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高德利.井壁穩(wěn)定性技術(shù)研究[J].石油鉆探技術(shù)，2009，12（4）：16-19.