無(wú)固相全油基微泡沫鉆井液在水平鉆井中的應(yīng)用

遲建功

（大慶油田有限責(zé)任公司大慶鉆探工程公司，黑龍江 大慶 163000）

1 概述

水平井鉆井技術(shù)是20世紀(jì)80年代國(guó)際石油界迅速發(fā)展并日趨完善的一項(xiàng)綜合性鉆井配套技術(shù)[1]。隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，水平井鉆井技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在非常規(guī)油氣藏開發(fā)過(guò)程中，水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用較為頻繁，有效地提升了油氣產(chǎn)量和采收率。水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的層維持一定長(zhǎng)度水平井段的特殊井，水平井鉆井技術(shù)是常規(guī)定向井鉆井技術(shù)的延伸和發(fā)展。水平井鉆井工藝復(fù)雜，水平井鉆井施工中摩阻扭矩大，水平段易坍塌卡鉆，需要鉆井液性能穩(wěn)定，抑制性強(qiáng)、流變性穩(wěn)定、潤(rùn)滑性好等功能，無(wú)固相全油基微泡沫鉆井液具有良好的潤(rùn)滑效果、攜巖能力強(qiáng)、抑制性強(qiáng)、良好的防腐蝕能力、油氣藏保護(hù)好等優(yōu)點(diǎn)，該鉆井液體系適合于水平井鉆井施工，在水平井施工中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

2 油基微泡沫作用機(jī)理

2.1 微泡沫結(jié)構(gòu)

油基微泡沫結(jié)構(gòu)由流體和保護(hù)性外殼兩部分組成。油基微泡沫鉆井液是在連續(xù)相中加入表面處理劑、聚合物處理劑，通過(guò)物理、化學(xué)方式形成的氣—液體系[2]。

2.2 作用機(jī)理

2.2.1 封堵性機(jī)理

該體系在溫度和壓力的共同作用下，依據(jù)地層通道實(shí)際尺寸，微泡沫的形狀和體積會(huì)發(fā)生變化，從而達(dá)到對(duì)不同尺寸結(jié)構(gòu)的孔隙進(jìn)行封堵。作用機(jī)理如下所述。

2.2.2 較低的液柱壓力

由于微泡沫鉆井液體系鉆井液密度相對(duì)較低，進(jìn)而降低了井底的靜液柱壓力，在一定程度上，起到了預(yù)防井塌，制止井漏的目的[3]。

2.2.3 內(nèi)部壓力作用

當(dāng)鉆井液到達(dá)井底時(shí)，微泡沫中的空氣被壓縮，微泡沫體積縮小，致使內(nèi)部壓力升高。但當(dāng)鉆遇衰竭地層時(shí)，微泡沫會(huì)穿過(guò)低壓的孔隙，導(dǎo)致儲(chǔ)存在微泡沫中的部分能量釋放，微泡沫開始膨脹，直到內(nèi)外壓力達(dá)到平衡狀態(tài)。

2.2.4 高粘度性

由于微泡沫在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生界面變形而吸收能量，相互粘滯，導(dǎo)致流動(dòng)阻力增加。在易漏地層鉆井液表觀粘度隨剪切率降低而增加，在井底鉆遇低壓或裂縫地層時(shí)，剪切率降低，粘度增加，從而加劇了微泡沫的聚集，增強(qiáng)了防漏堵漏的效果。

3 無(wú)固相全油基微泡沫鉆井液配方

無(wú)固相全油基微泡沫鉆井液在保護(hù)儲(chǔ)層方面有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)有的無(wú)固相全油基微泡沫鉆井液體系一般分為1.03～1.90g/cm3的加重鉆完井液體系，如鹵水氯化鈣無(wú)固相、甲酸鹽無(wú)固相、有機(jī)鹽無(wú)固相等，以及密度在1.00～1.03g/cm3的不用加重鉆完井液體系等。鹵水無(wú)固相鉆井液體系中含有大量的無(wú)機(jī)鹽對(duì)鉆采設(shè)備有極強(qiáng)的腐蝕性，同時(shí)導(dǎo)電性好影響完井后測(cè)井的數(shù)據(jù)錄取質(zhì)量，且該體系對(duì)環(huán)境有著不利影響。應(yīng)用甲酸鹽和有機(jī)鹽體系提升鉆井液密度，又存在體系成本高的問題。為保證鉆井液性能穩(wěn)定，滿足水平井施工要求，最大程度保護(hù)油氣層，減少鉆采設(shè)備腐蝕，降低施工成本，對(duì)體系進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化，最終優(yōu)選出下述配方。

無(wú)固相全油基微泡沫鉆井液體系包括如下重量份成分：水50～90 份、生物聚醇鹽10～50 份、無(wú)熒光白瀝青2～3 份、生物聚合物0.1～0.3 份、KH-931 降濾失劑1～2份、Redul降濾失劑0.5～1份、聚合醇2～3份、超細(xì)碳酸鈣4～6 份、HRA-D 防水鎖劑0.4～0.6 份、聚胺聚合物0.4份。

無(wú)固相全油基微泡沫鉆井液體系中水和生物聚醇鹽總重量為100份。

4 無(wú)固相全油基微泡沫鉆井液現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

4.1 安1-H5井概況

安1-H5井是沈陽(yáng)采油廠的一口三開采油水平井，位于靜安堡油田安1-安97潛山斷塊。本井三開完井，潛山面以上采用套管完井，技術(shù)套管下到潛山面以下垂深10m處，潛山大斜度段套管固井，水平井段采用篩管完井。本井水平井段2669～3453m，水平井段長(zhǎng)784m，鉆進(jìn)施工中易發(fā)生由于井眼軌跡不斷調(diào)整，從而造成托壓和卡鉆的情況發(fā)生。在三開井段使用了無(wú)固相全油基微泡沫鉆井液體系，使用井段開泵正常，電測(cè)和下套管順利，井徑比較規(guī)則，該鉆井液體系滿足了保護(hù)油氣層、安全鉆井、鉆具防腐、錄井及環(huán)保等各項(xiàng)要求。

4.2 鉆井液配制

在攪拌器中加入90份的清水，邊攪拌邊加入無(wú)熒光白瀝青（NFA-25）3份，生物聚合物（嘉吉生物工程有限公司生產(chǎn)的生物聚合物XC）0.1份，2份降濾失劑KH-931，1份降濾失劑Redul，聚合醇JLX-A（漢科新技術(shù)有限公司）3份，攪拌均勻后再加入10份的生物聚醇鹽，攪拌均勻后形成無(wú)固相全油基微泡沫鉆井液體系。

4.3 鉆井液維護(hù)

4.3.1 造斜段維護(hù)

安1-H5井造斜段巖性主要是泥砂巖，地層巖性分散性強(qiáng)，要求鉆井液體系具有良好的潤(rùn)滑性能，攜砂性能要強(qiáng)，為預(yù)防卡鉆事故的發(fā)生，在補(bǔ)充鉆井液量的同時(shí)，及時(shí)補(bǔ)充抑制劑，控制加入速度，防止發(fā)生鉆井液絮凝。造斜初期（20°左右）在鉆井液中加入液體潤(rùn)滑劑，施工中顯示摩阻不超過(guò)4t。當(dāng)井斜達(dá)到30°時(shí)，調(diào)整鉆井液粘度不要超過(guò)58s，使鉆井液動(dòng)塑比達(dá)到0.35～0.59，控制鉆井液中固相含量及含砂量，為施工大斜度井段做好準(zhǔn)備工作。在0°～45°施工時(shí)，基本上每個(gè)單根鉆時(shí)控制在40min 左右，施工過(guò)程中返砂良好，鉆井液抑制效果良好，返出物成形，顆粒規(guī)則。隨著井斜的增大，及時(shí)補(bǔ)充液體潤(rùn)滑劑，提高鉆井液潤(rùn)滑性，始終把摩阻控制在4t以內(nèi)，在控制鉆井液流變性合理的情況下，嚴(yán)格按照進(jìn)尺加足加夠藥品，密切關(guān)注鉆壓、轉(zhuǎn)數(shù)、排量、返砂量、摩阻、井眼軌跡等鉆井參數(shù)及工程的變化情況，充分發(fā)揮固控設(shè)備作用，及時(shí)高效清除無(wú)用固相，防止巖屑進(jìn)一步分散，保持井眼的暢通及清潔。

4.3.2 水平段維護(hù)

安1-H5 井水平段（2669～3453m）為了保護(hù)油氣層，進(jìn)入油層前，鉆井液以三低兩高為控制主線，即鉆井液以低含砂量、低濾失量、低摩阻，高抑制性，高質(zhì)量泥餅進(jìn)行維護(hù)。鉆井液中加入適量的潤(rùn)滑劑降、超細(xì)碳酸鈣4～6份、防水鎖劑0.4～0.6份、聚氨聚合物0.4份，降低鉆井液濾液表面張力，減少水鎖水敏對(duì)地層的損害。在保證井眼清潔、凈化良好的情況下，水平井段振動(dòng)篩使用率達(dá)到100%，除砂器每天開啟不少于7h，在保證鉆井液密度的同時(shí)，盡量使用離心機(jī)清除鉆井液中的有害固相。每100m 或24h 及時(shí)補(bǔ)加潤(rùn)滑劑，保障鉆井液體系中潤(rùn)滑劑占比，并及時(shí)關(guān)注提放顯示。由于本鉆井液體系抑制性強(qiáng)，水平段返出物成形度較好，顆粒規(guī)則，沒有出現(xiàn)原體系返砂不成形的情況，保證了井壁穩(wěn)定，防止了井壁坍塌，同時(shí)將鉆井液中壓失水控制在4mL 以下。安1-H5井不同井深鉆井性能如表1所示。

表1 安1-H5井不同井深鉆井液性能統(tǒng)計(jì)表

4.3.3 完井維護(hù)

鉆進(jìn)時(shí)充分使用固控設(shè)備清除劣質(zhì)固相，改善泥餅質(zhì)量。鉆井液密度盡量控制在下限，適當(dāng)降低壓差，保持較低的濾失量，來(lái)降低泥餅的厚度。鉆進(jìn)作業(yè)中盡可能使用較高的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)提高井眼擴(kuò)大率。鉆進(jìn)后期保持鉆井液性能穩(wěn)定，完鉆前應(yīng)提前50～100m處理好鉆井液的各項(xiàng)性能。下套管前通井到底要充分清洗井筒，嚴(yán)格控制鉆井液粘切，完井通井起下鉆要控制速度，在曲率變化大的井段，降低起下鉆速度。通井到底循環(huán)不少于2個(gè)循環(huán)周，循環(huán)時(shí)排量要逐步提升，盡量避免薄弱地層因壓力波動(dòng)過(guò)大引發(fā)失穩(wěn)，鉆具始終保持緩慢活動(dòng)狀態(tài)，提放范圍要超過(guò)5m，嚴(yán)禁定點(diǎn)循環(huán)沖蝕井壁。套管到底循環(huán)時(shí)，要求全井循環(huán)2周內(nèi)控制鉆井液性能符合設(shè)計(jì)中的固井指標(biāo)，開啟固控設(shè)備充分凈化鉆井液，保證井筒清潔，為固井施工做好準(zhǔn)備。

5 結(jié)論

本體系鉆井液各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的效果，具有良好的穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性、防腐蝕能力、攜巖能力強(qiáng)，儲(chǔ)層保護(hù)效果好，保證了水平井安全優(yōu)質(zhì)的施工。

（1）具有良好的潤(rùn)滑性。水平段起下鉆、接單根等附加壓力小，作業(yè)施工順利，在水平段沒有應(yīng)用柴油作為潤(rùn)滑劑，降低了鉆井成本。

（2）攜巖能力強(qiáng)。鉆井液n值在0.51～0.53 之間，其值較低，具有較好的攜巖能力。

（3）優(yōu)良的穩(wěn)定性。該鉆井液體系在三開應(yīng)用中，各項(xiàng)性能穩(wěn)定，處理維護(hù)方便，保證了施工的質(zhì)量和安全。

（4）良好的防腐蝕能力。三開井段使用新型甲酸鹽鉆完井液體系，對(duì)鉆具、鉆井液罐及其它設(shè)備沒有明顯腐蝕，可滿足防腐要求。

（5）油氣層保護(hù)效果好。體系中不含對(duì)儲(chǔ)層傷害的處理劑和二價(jià)可產(chǎn)生沉淀堵塞的離子，最大限度地保護(hù)了儲(chǔ)層。