油基鉆井液在陽101H3-8井中的應(yīng)用

海衛(wèi)國，于培志

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院，北京 100089）

油基鉆井液在全世界已經(jīng)發(fā)展了一百多年，其施工應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)明顯，其優(yōu)點(diǎn)在于抗高溫能力強(qiáng)，有很強(qiáng)的抑制性和抗鹽、鈣污染的能力，潤滑性好，并且其油相的特點(diǎn)也可以保護(hù)水敏性地層，防止頁巖地層的水化和膨脹，有效地減輕對油氣層的損害并提高油氣產(chǎn)量；陽101H3-8 是華北石油工程西部分公司在四川省瀘州市瀘縣奇峰鎮(zhèn)玉田村6 組的一口水平評價(jià)井，從水平井段鉆井開始使用油基泥漿，鉆井液性能穩(wěn)定，無坍塌掉塊、垮塌等井壁穩(wěn)定問題；鉆井周期比該平臺鄰井瀘205 節(jié)省了一個(gè)多月時(shí)間；總體來看使用油基泥漿很好地按設(shè)計(jì)鉆完水平段后完鉆，滿足了施工要求。

1 陽101H3-8 井簡介

陽101H3-8 井位于四川省瀘州市瀘縣奇峰鎮(zhèn)玉田村6 組。瀘州區(qū)塊內(nèi)地表由新到老依次出露第四紀(jì)、白堊系、侏羅系及三疊系地層，主體以侏羅系地層為主，局部出露三疊系、第四紀(jì)地層。根據(jù)區(qū)內(nèi)瀘203 等井實(shí)鉆巖性特征，龍一1 亞段巖性以灰黑色頁巖為主，且自上而下顏色逐漸加深，底部為黑色頁巖。五峰組巖性為黑色硅質(zhì)頁巖，頂部見薄層介殼灰?guī)r。區(qū)內(nèi)龍馬溪組頁巖本身即是生油層又是蓋層，為防止頁巖層水化和膨脹，導(dǎo)眼段使用水基鉆井液，靶點(diǎn)直改平水平段替漿，采用油基鉆井液繼續(xù)鉆進(jìn)。四開斜井、水平段井深6 000 m，水平段段長1 950 m，2 413.49 m 已完鉆。

2 鉆井液配方及性能

2.1 陽101H3-8 井鉆井液難題

該井鉆井液密度達(dá)到2.18～2.20 g·cm-3，屬于高密度井。由于密度過大，區(qū)內(nèi)涼高山組以下的泥巖頁巖地層在鉆進(jìn)過程中極大可能坍塌，造成起下鉆困難、測井困難。另外密度過大導(dǎo)致實(shí)際施工的難點(diǎn)在于現(xiàn)場的鉆井液黏切較難控制，整個(gè)鉆井過程中的固相含量會(huì)不斷升高，會(huì)出現(xiàn)“越打越黏”的情況，鉆井液的流變性變差，井筒內(nèi)循環(huán)壓耗會(huì)逐漸升高；泵壓不斷升高，機(jī)械動(dòng)力損耗較大,能源消耗大，井控風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。最后高密度井在鉆井過程中鉆井液的電穩(wěn)定性雖然隨著鉆進(jìn)過程的剪切會(huì)越來越高，但其中乳化劑的量會(huì)隨著鉆進(jìn)的過程消耗較多，會(huì)導(dǎo)致鉆井液的潤濕性變差。

技術(shù)對策：鉆遇斷層、易破碎地層時(shí)，通過處理加強(qiáng)鉆井液的封堵能力，及時(shí)劃眼防止卡鉆。施工時(shí)及時(shí)調(diào)整鉆井液的密度以防止上述問題帶來的困擾。須要及時(shí)調(diào)整鉆井液的黏度并利用振動(dòng)篩、離心機(jī)和一體機(jī)控制其固相含量。時(shí)刻注意井筒內(nèi)壓力的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)井筒內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的異常并采取合適的辦法進(jìn)行處理。向鉆井液中補(bǔ)充乳化劑，調(diào)整鉆井液的性能以保證性能的穩(wěn)定。

2.2 小型試驗(yàn)

針對陽101H3-8 井的地質(zhì)特點(diǎn)和鉆井液技術(shù)難題，經(jīng)過室內(nèi)小型試驗(yàn)多次優(yōu)選其基本性能，根據(jù)小型試驗(yàn)的結(jié)果確定了以下的油水比為80∶20 的鉆井液體系以滿足施工需求。以下是3 組小型試驗(yàn)的配方和試驗(yàn)結(jié)果。

表1 小型試驗(yàn)結(jié)果

圖1 Pv 變化圖

圖2 Es 變化圖

根據(jù)以上3 組小型試驗(yàn)的結(jié)果，選擇實(shí)際施工中最重要的3 項(xiàng)指標(biāo)PV、HTHP、Es做出變化圖，根據(jù)圖表的結(jié)果得出：3#配方在150 ℃老化4 h 后性能優(yōu)于1#和2#，且滿足鉆井施工實(shí)際需求。故在現(xiàn)場施工時(shí)采用3#配方來進(jìn)行配置油基鉆井液。

3 現(xiàn)場鉆井液性能調(diào)整和現(xiàn)場應(yīng)用

陽101H3-8 井現(xiàn)場全部油基泥漿都由原材料配置而未采用老漿，在鉆進(jìn)過程油基泥漿從替漿完畢到使用油基泥漿鉆進(jìn)再到完井整個(gè)過程泥漿性能一直較為穩(wěn)定。其關(guān)鍵點(diǎn)在于室內(nèi)鉆井液小型維護(hù)實(shí)驗(yàn)，以下是該井鉆井液小型維護(hù)試驗(yàn)分析。

3.1 鉆井液性能維護(hù)實(shí)驗(yàn)

該井未使用傳統(tǒng)的柴油稀釋方式，而是采用柴油和各種處理劑配制成“基液”，根據(jù)實(shí)際情況配方為：若干柴油+xkg主乳+ykg輔乳+zkg石灰+ukg降濾失劑+氯化鈣水溶液若干配成基液。在每天處理井漿時(shí)進(jìn)行少量的基液補(bǔ)充，既可以保證鉆井液性能的穩(wěn)定，又可以保證處理劑材料不浪費(fèi)，可以在第一時(shí)間對井漿進(jìn)行處理，保證鉆井施工安全。

3.1.1 處理劑性能優(yōu)選小型試驗(yàn)

以下小型試驗(yàn)來優(yōu)選各種處理劑的比例。試驗(yàn)一：20%井漿+主乳2%+輔乳3%+潤濕劑3%+石灰3%+降濾失劑4%+氯化鈣水溶液+ 重晶石加重到密度為 2.18 g·cm-3，油水比為85∶15。試驗(yàn)二與試驗(yàn)一相比不加輔乳，主乳和潤濕劑的比例不變，配制泥漿所需要的其他材料比例保持不變。試驗(yàn)三與試驗(yàn)二相比不加主乳，輔乳和潤濕劑的比例仍然不變，配制泥漿所需要的其他材料比例保持不變。試驗(yàn)四與試驗(yàn)三相比不加潤濕劑，輔乳主乳的比例仍然不變，配制泥漿所需要的其他材料比例保持不變。

表2 小型試驗(yàn)結(jié)果

3.1.2 重要性能分析

根據(jù)小型試驗(yàn)的結(jié)果，分析老化后各個(gè)小型試驗(yàn)的塑性黏度和破乳電壓兩項(xiàng)重要性質(zhì)的結(jié)果，其中小型實(shí)驗(yàn)2#由于150 ℃老化4 h 后φ600 爆表不作分析。

小型實(shí)驗(yàn)1#老化以后Es過低；小型實(shí)驗(yàn)3#老化后φ6 和φ3 的讀數(shù)小于量程，泥漿的黏度太低。小型實(shí)驗(yàn)4#破乳電壓大幅度上升，在150 ℃老化4 h以后泥漿的性能依然穩(wěn)定，且破乳電壓又有所升高滿足施工需求。故現(xiàn)場施工采用小型實(shí)驗(yàn)4#來對鉆井液進(jìn)行維護(hù)。

3.2 鉆井液現(xiàn)場應(yīng)用效果

基液采用實(shí)驗(yàn)四的配方：20%井漿+主乳2%+輔乳3% +石灰3%+降濾失劑4%+氯化鈣水溶液+ 重晶石加重到密度為2.18 g·cm-3，油水比為85∶15。在井漿中加入5 m3的基液，保證井漿的總量并且對井漿的性能進(jìn)行改善。在加入基漿以后循環(huán)兩周測試性能。

表3 加入基液后井漿的性能

在實(shí)際施工以配方4#對鉆井液進(jìn)行維護(hù)處理以后，井漿的黏度降低，破乳電壓升高，性能有大幅度好轉(zhuǎn)，且各項(xiàng)性能穩(wěn)定。

3.2.1 穩(wěn)定性

該井中的鉆井液體系和鉆井液維護(hù)方式完全滿足鉆進(jìn)需求，鉆井液性能維護(hù)時(shí)，只須按上述配方配成基液補(bǔ)充循環(huán)即可。

表4 陽101H3-8 四開油基鉆井液性能

由表4 可以看出，在鉆井作業(yè)的過程中油基鉆進(jìn)液的性能良好，破乳電壓不斷增大；隨著井深增大和鉆進(jìn)的持續(xù)進(jìn)行，塑性黏度沒有過度升高出現(xiàn)“越打越黏”的情況而是保持在65 mPa·s 上下；振動(dòng)篩離心機(jī)一體機(jī)使用率到50%左右時(shí)漏斗黏度和塑性黏度都非常穩(wěn)定；HTHP 幾乎都在2 mL 以下，其他性能都表現(xiàn)良好，油基鉆井液性能穩(wěn)定。

3.2.2 抑制性

觀察攜帶的巖屑，如圖1所示，發(fā)現(xiàn)巖屑棱角分明，分選度好，巖屑內(nèi)部干燥，即該鉆井液有較強(qiáng)抑制性，對于潛在儲(chǔ)層涼高山組以下的泥巖頁巖地層進(jìn)行了良好的保護(hù)，再次證明該體系對于施工區(qū)域是合適的。

圖3 返砂砂樣

3.2.3 封堵性

整個(gè)鉆井過程泥漿只有在第四趟取芯鉆進(jìn)至井深3 756.03 m 時(shí)發(fā)現(xiàn)漏失，配制了堵漏漿15 m3堵漏，井漏很快解除，證明了該體系油基鉆井液的封堵性良好，減少了鉆井施工和循環(huán)時(shí)鉆井液的消耗，大大節(jié)約了成本。

4 結(jié)論與建議

該井使用的油基鉆井液體系和油基鉆井液維護(hù)方法適用于井下地層，完井時(shí)油基泥漿性能良好，整個(gè)鉆井結(jié)果顯示井漿的黏度有所降低，破乳電壓大幅度升高，穩(wěn)定性好，封堵性和抑制性滿足施工需求。油基鉆井液的維護(hù)方法是一種簡單高效的處理方法，尤其是在鉆進(jìn)后期“越打越黏”時(shí)與離心機(jī)和一體機(jī)配合使用，可以迅速調(diào)整鉆井液的性能，以滿足鉆井過程中對鉆井液的要求，保證施工正常進(jìn)行。

陽101H3-8 井在完井以后總結(jié)了以下幾個(gè)在鉆井液處理時(shí)常見的問題，并為后續(xù)施工提出了幾點(diǎn)建議。

1）以小型實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)。在對井漿處理之前必須做小型試驗(yàn)以及材料配伍試驗(yàn)，來指導(dǎo)現(xiàn)場處理方案，如果發(fā)現(xiàn)材料配伍性差不能使用，要及時(shí)與泥漿服務(wù)站溝通并尋找原因，進(jìn)而采用其他材料對井漿進(jìn)行處理，保證施工的順利。對深井泥漿進(jìn)行定期老化，老化溫度高于當(dāng)前井底最高溫度20 ℃左右，便于提前發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決。

2）提高加重材料檢測效率。井隊(duì)必須配備一臺高速攪拌機(jī)、兩套李氏瓶，用于檢測重晶石密度。每車重晶石必須進(jìn)行水泥含量檢測。項(xiàng)目部進(jìn)行隨機(jī)抽樣，校對檢測結(jié)果。

3）儲(chǔ)備漿的配制及維護(hù)。嚴(yán)格按照鉆井液技術(shù)部門提供的配方進(jìn)行配制儲(chǔ)備漿，禁止加入聚合物及包被抑制材料影響儲(chǔ)備漿性能，只能使用纖維素提黏。避免長時(shí)間攪拌，由于在長時(shí)間攪拌下泥漿會(huì)升溫降黏導(dǎo)致沉淀，最好每3～5 天進(jìn)行一次攪拌，攪拌時(shí)間1 h 左右。定期向儲(chǔ)備漿中補(bǔ)充燒堿防止發(fā)酵，隨時(shí)檢測儲(chǔ)備漿是否沉淀以制定對應(yīng)的辦法。

4）重視泥漿儀器配備及校驗(yàn)。至少配備3 個(gè)以上的密度計(jì)，校正方式也由以前單一的清水校正改為3 個(gè)密度計(jì)測量同一泥漿樣品的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，要求誤差不能超過0.03 g·cm-3。同樣漏斗黏度計(jì)及六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)也應(yīng)至少準(zhǔn)備兩臺以上，以備不時(shí)之需。