水平井修井液技術(shù)研究應(yīng)用

（中油遼河油田遼河工程技術(shù)分公司，遼寧 盤錦 121209）

1 前言

隨著遼河盆地勘探開發(fā)向深層發(fā)展，采用水平井技術(shù)開發(fā)和保護(hù)深層油藏。在大修井方面好的修井液能夠控制境內(nèi)漏失，保護(hù)油氣層，使井內(nèi)卡鉆物體順利返出井筒，從而實(shí)現(xiàn)打撈的目的；在側(cè)鉆方面要保證裸眼半徑規(guī)則不坍塌、鉆進(jìn)速度快、井眼干凈磨阻小。水平井修井液性質(zhì)就成為技術(shù)人員一個(gè)新的研究課題。

水平井修井液除高溫穩(wěn)定性要達(dá)到深井修井液的要求外，穩(wěn)定井壁、井眼凈化、潤(rùn)滑防卡以及防漏堵漏等都要有較高的技術(shù)要求。因此，課題的研究?jī)?nèi)容主要針對(duì)提高修井液對(duì)泥頁(yè)巖的抑制性、提高攜巖能力、提高潤(rùn)滑性能和防漏堵漏能力而展開。

2 關(guān)鍵技術(shù)問題分析及對(duì)策

2.1 井壁穩(wěn)定技術(shù)

遼河盆地深井鉆井中井壁穩(wěn)定問題一直是重點(diǎn)研究課題，沈北地區(qū)、杜813 區(qū)塊都是一個(gè)比較典型的區(qū)塊，修深水平井比常規(guī)修井使得這些問題更加重要。造成井壁不穩(wěn)定的主要因素為：（1）裸眼井段長(zhǎng)，修井液與井壁接觸時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)井壁的浸泡時(shí)間長(zhǎng)；（2）鉆遇的地層復(fù)雜。同一井筒存在不同壓力層系，沈北地區(qū)東營(yíng)組軟泥巖發(fā)育，易縮徑，沙河街組沙一、二段有易塌的硬脆性泥巖地層，開發(fā)古潛山油藏還面臨潛山頂部風(fēng)化帶和裂縫性油藏特有的裂縫性漏失。

水平井的特點(diǎn)使得井壁穩(wěn)定問題更加復(fù)雜：（1）井斜大，在同一層位中與直井相比井段較長(zhǎng)；（2）巖屑床的存在導(dǎo)致環(huán)空有效空間變小，巖屑濃度大，液流阻力變大；（3）頻繁短起下鉆等作業(yè)造成井壁承受的壓力在不斷變化之中；（4）鉆速較慢，延長(zhǎng)了修井液對(duì)地層的浸泡時(shí)間，增加了井壁不穩(wěn)定性。

綜合以上分析，遼河盆地特別是沈北地區(qū)深水平井鉆井需要同時(shí)解決力學(xué)不穩(wěn)定問題和化學(xué)不穩(wěn)定問題。所以，沈北地區(qū)深水平井鉆井的井壁穩(wěn)定問題非常復(fù)雜。

2.2 技術(shù)對(duì)策

在井壁穩(wěn)定的力學(xué)方面，需要鉆井液保持合適的密度，同時(shí)施工操作上必須平穩(wěn)；在化學(xué)方面，使用硅氟混油修井液，優(yōu)選添加劑，降低濾失量并提高對(duì)泥頁(yè)巖水化分散的抑制力。通過(guò)對(duì)目前常用的幾種降濾失劑進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出降濾失性能好，有利于調(diào)整適合水平井特點(diǎn)的修井液流型的降濾失劑為硅氟混油修井液為主添加劑。

HA 樹脂、KH-931、SMP 和PSP 是目前廣泛用于深井的降濾失劑，與硅氟修井液有良好的配伍性。本課題針對(duì)水平井對(duì)修井液流型的要求，在硅氟修井液中對(duì)以上降濾失劑進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）降濾失性能評(píng)價(jià)。泥餅質(zhì)量評(píng)價(jià)。采用清水滲透的方法評(píng)價(jià)各種降濾失劑在硅氟修井液中所形成泥餅的質(zhì)量。在硅氟修井液中分別測(cè)量HA 樹脂、KH-931、SMP 和PSP 的清水濾失量，并進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖1、圖2。

從圖1、圖2 可知，KH-931 常溫和加溫到95℃時(shí)的清水濾失量都最低，形成的曲線在圖的下部，說(shuō)明形成的泥餅質(zhì)量?jī)?yōu)于其他三種降濾失劑。

（2）抑制性評(píng)價(jià)：

1）頁(yè)巖抑制性評(píng)價(jià)。將山東土粉烘干，在4.0Mpa壓力下，壓制巖心。測(cè)定2%的HA 樹脂、SMP、KH-931、PSP 的膨脹量，結(jié)果見圖3。

從圖3 中看出，頁(yè)巖抑制能力KH－931 最強(qiáng)，PSP 最差，HA 樹脂與SMP 基本相同。

2）巖屑回收試驗(yàn)。在SF 井漿中按1.5%分別加入PSP、KH-931、HA 樹脂和SMP，用40 目篩測(cè)試巖屑回收率，結(jié)果見圖4。

從圖4 中看出，KH-931 巖屑回收率最高達(dá)98.4%，抑制性最強(qiáng)；其余三種均未達(dá)到原井漿的97%，說(shuō)明KH-931抑制性最好。

綜合以上分析，在硅氟鉆井液中以KH-931 為主降濾失劑是提高井壁穩(wěn)定性能的最佳選擇，加量為1-2%；HA 樹脂、SMP 和PSP 可以做為輔助降濾失劑使用。

2.3 井眼凈化技術(shù)

2.3.1 巖屑床的成因

圖1 常溫清水滲透實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖

圖2 加溫95℃清水滲透對(duì)比圖

在水平井中由于“Boycott 效應(yīng)”而引起修井液的“垂沉現(xiàn)象”只能減緩而不能消除，造成修井液垂沉現(xiàn)象的影響因素有：井斜角、修井液性能、鉆具在井筒中的偏心度等，其中起主導(dǎo)作用的是井斜角，并且鉆井液在井筒中處于流動(dòng)狀態(tài)時(shí)會(huì)加劇垂沉現(xiàn)象。

水平井30°～ 60°井段修井施工中攜巖難度最大，是造成起鉆遇卡、下鉆遇阻、劃眼及鉆進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)盤扭矩增加的主要因素；保證斜井段巖屑床不發(fā)生下滑而呈相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)是水平井環(huán)空凈化的最低要求。

2.3.2 技術(shù)對(duì)策

目前，減緩和破壞巖屑床的主要方法有：多采用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、優(yōu)選流變參數(shù)、大排量洗井、倒劃眼起鉆、泵入稠膠塞和稀膠塞、頻繁短起下鉆等。其中，主要由修井液方面做的工作是優(yōu)選流變參數(shù)和泵入稠膠塞和稀膠塞。

（1）優(yōu)選流變參數(shù)。修井液在井筒中的流型可分為塞流、層流和紊流等幾種。選擇修井液流型主要是在保護(hù)井壁和提高攜巖能力之間進(jìn)行權(quán)衡。

塞流和紊流攜巖效果較好，但塞流由于需要修井液高粘度、強(qiáng)結(jié)構(gòu)力，容易造成環(huán)空阻塞，誘發(fā)井漏；而且國(guó)外有實(shí)驗(yàn)顯示，塞流攜巖只有在井斜不大于45°時(shí)才有效。紊流攜巖存在以下問題：第一，紊流攜巖要求環(huán)空返速高，排量大，對(duì)機(jī)泵條件要求較高；第二，紊流攜巖對(duì)井壁沖蝕嚴(yán)重，不利于井壁穩(wěn)定。因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工中長(zhǎng)時(shí)間采用塞流或紊流攜巖是不現(xiàn)實(shí)的。層流通常分為平板型和尖峰型兩種，平板型攜巖較好，且機(jī)泵條件容易滿足，對(duì)井壁沖蝕小，是實(shí)現(xiàn)大位移井及水平井?dāng)y巖要求的理想選擇。

為實(shí)現(xiàn)平板型層流，對(duì)流變參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選，具體要求為：①動(dòng)塑比（YP/PV）保持在500s-1 左右；②流性指數(shù)（n）小于0.60；③Ф6、Ф3 讀數(shù)值，Ф6：9～13 格，Ф3：6～8 格；在實(shí)踐中，優(yōu)選流變參數(shù)收到了滿意的效果。

圖3 頁(yè)巖膨脹率對(duì)比圖

圖4 降濾失劑回收率對(duì)比圖

（2）泵入稠膠塞和稀膠塞。由于塞流和紊流攜巖效果較好，在井下發(fā)生攜巖困難，即環(huán)空鉆屑濃度較高時(shí)，可以采用泵入一段塞流或一段紊流的方法來(lái)解決問題，也就是稠膠塞和稀膠塞。

稠膠塞在常規(guī)井中應(yīng)用普遍。有實(shí)驗(yàn)證明，井斜小于45°時(shí)稠膠塞攜巖效果好，以打稠膠塞為主。打稠膠塞的另一個(gè)好處是，可以減少對(duì)井壁的沖蝕，對(duì)淺井段鉆速較快時(shí)泥餅基礎(chǔ)不好的情況尤為適用。稠膠塞一般保持漏斗粘度高于井漿20s 以上，配制方法為：在部分井漿中加入一定量的土粉、XC 生物聚合物、HV-CMC 等材料，使塑性粘度和動(dòng)切力同時(shí)提高。

稀膠塞要保證達(dá)到紊流時(shí)的環(huán)空臨界返速小于同排量井漿的環(huán)空返速，配制時(shí)通過(guò)在原井漿中加水和降粘劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.4 潤(rùn)滑防卡技術(shù)

水平井中，摩阻從造斜段開始隨井斜角度的增大而不斷增加，由于修井設(shè)備能力有限，鉆具的抗拉強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度都有極限，摩阻力超過(guò)設(shè)備和鉆具的最大負(fù)荷時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致卡鉆，甚至?xí)斐摄@具事故。

2.4.1 高摩阻產(chǎn)生的原因

高摩阻是在鉆具與井壁接觸后產(chǎn)生的。水平井中鉆具與井壁接觸是不可避免的，高摩阻的產(chǎn)生與泥餅質(zhì)量、巖屑床厚度、修井液密度、修井液對(duì)泥巖的抑制性、含砂量及潤(rùn)滑劑性能有很大關(guān)系。因此，控制摩阻應(yīng)從改善修井液性能入手。

2.4.2 技術(shù)對(duì)策

在水平井控制摩阻的各項(xiàng)技術(shù)中，減緩和破壞巖屑床及提高修井液抑制性問題前面已分析。本節(jié)主要敘述改善修井液潤(rùn)滑性能技術(shù)。

2005 年施工的水平井以柴油與機(jī)油配合為主，以固體潤(rùn)滑劑為輔提高潤(rùn)滑性能，SF 修井液柴油與機(jī)油加入比例為2：1 和3：2。另外，發(fā)展了一種抗高溫水基潤(rùn)滑劑，該劑對(duì)環(huán)境影響極小，通過(guò)海洋環(huán)境評(píng)測(cè)，符合海洋排放標(biāo)準(zhǔn)。在沈625-H3 和沈625-H6 兩口深水平井和部分探井中應(yīng)用，取得了成功。下面是抗高溫水基潤(rùn)滑劑的評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)。

（1）對(duì)SF 修井液性能影響及潤(rùn)滑性評(píng)價(jià)。把抗高溫水基潤(rùn)滑劑與目前用量最大的聚合醇和極壓潤(rùn)滑劑進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)其對(duì)SF 修井液性能及潤(rùn)滑性能的影響（結(jié)果見表1）。

表1 潤(rùn)滑性能及對(duì)SF 修井液性能影響評(píng)價(jià)

從表1 中看出，抗高溫水基潤(rùn)滑劑、聚合醇和極壓潤(rùn)滑劑對(duì)SF 修井液性能影響很小，三者處于同一水平；潤(rùn)滑性能上，抗高溫水基潤(rùn)滑劑在加量1.5%后明顯優(yōu)于另外兩種。因此，抗高溫水基潤(rùn)滑劑與SF 修井液配伍性良好，適合于在深井中應(yīng)用。

（2）抑制性評(píng)價(jià)。使用頁(yè)巖膨脹儀分別對(duì)SF 修井液和分別加入2%三種潤(rùn)滑劑后的SF 修井液進(jìn)行抑制性評(píng)價(jià)，結(jié)果見圖5。

圖5 頁(yè)巖膨脹性能對(duì)比

從圖5 中看出，SF 修井液中加入2%抗高溫水基潤(rùn)滑劑后抑制性增強(qiáng)比加入其他兩種潤(rùn)滑劑效果明顯。說(shuō)明抗高溫水基潤(rùn)滑劑對(duì)泥頁(yè)巖的抑制能力優(yōu)于聚合醇和極壓潤(rùn)滑劑。

綜合a、b 兩組數(shù)據(jù)，可以認(rèn)為抗高溫水基潤(rùn)滑劑性能優(yōu)良，與SF 修井液配伍良好，適合于在深井中應(yīng)用。

2.5 防漏堵漏技術(shù)

超低滲透防漏堵漏技術(shù)（國(guó)外稱零滲透技術(shù)）已在遼河盆地多口井中應(yīng)用，對(duì)多種漏失都有防堵效果，對(duì)潛山油藏的裂縫性漏失堵漏效果較好。

2.5.1 超低滲透試驗(yàn)

在可視式中壓砂床濾失儀（也稱作FA 型無(wú)滲透修井液濾失儀）的圓柱筒中加入350cm3粒徑為0.45～0.90mm 和粒徑為0.90～2.0mm 經(jīng)清水洗凈后烘干的砂子，壓實(shí)鋪平，慢慢加入500ml SF 鉆井液（加溫95℃后），按測(cè)試API 濾失量同樣方法加壓測(cè)試7.5min 濾失量或測(cè)量濾液滲入砂床的深度，結(jié)果見表2。

2.5.2 超低滲透處理劑對(duì)SF 鉆井液性能的影響

將超低滲透處理劑加入SF 修井液中，進(jìn)行超低滲透處理劑的配伍性研究、評(píng)價(jià)及超低滲透處理劑的優(yōu)選，結(jié)果見表3。

表2 超低滲透處理劑在SF 鉆井液中超低滲透試驗(yàn)結(jié)果

表3 超低滲透處理劑對(duì)SF 修井液性能的影響

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

深水平井修井液技術(shù)共應(yīng)用4 口深水平井和1 口較大位移井，所實(shí)施的5 口井平均井深達(dá)到3812.6m，最大井深達(dá)到4140m，最大井斜達(dá)到96°，均是目前遼河油田深水平井之最。小22-平1 和沈北3 口水平井在三開井段都發(fā)生了嚴(yán)重的井漏，使用超低滲透堵漏技術(shù)堵漏成功，很好地保護(hù)了油層。其中，小22-平1 井投產(chǎn)后產(chǎn)油120t/d，是鄰井的3～5 倍，經(jīng)濟(jì)效益顯著。5 口井沒有發(fā)生泥漿原因的事故，復(fù)雜情況僅43h，固井質(zhì)量合格，實(shí)現(xiàn)了甲方勘探開發(fā)生產(chǎn)的目的。

4 結(jié)論

1.深水平井修井液技術(shù)是井壁穩(wěn)定、攜巖、潤(rùn)滑防卡、防漏堵漏等幾項(xiàng)技術(shù)的綜合，因此是一項(xiàng)綜合性技術(shù)。

2.深水平井修井液技術(shù)的研究與應(yīng)用是針對(duì)遼河盆地地質(zhì)狀況開展的，適用于遼河盆地深層油藏的開發(fā)需求。