反滲透鉆井液在東海高壓井的優(yōu)化與應用

佘運虎

（中海油服油田化學事業(yè)部上海作業(yè)公司，上海 200035）

東海油氣田蘊藏著豐富的油氣資源[1]，但是在前期的開發(fā)過程中時常出現(xiàn)井壁失穩(wěn)等井下復雜情況[2]。針對該現(xiàn)象，現(xiàn)場與室內(nèi)聯(lián)動，根據(jù)油基活度平衡原理，研究出了反滲透鉆井液，目前已在東海油氣田應用十余口井[3]，有效解決了東海油氣田龍井組、花崗組的井壁穩(wěn)定問題。同時，鉆井過程中氣測活躍，試氣滿足甚至超過配產(chǎn)，顯示出良好的儲層保護效果[4]。

隨著油氣田開發(fā)的進行，井深不斷增大，下部地層壓力系數(shù)有抬升的趨勢，對于水基鉆井液，高密度下易出現(xiàn)增稠、流變性不易調(diào)控[5]、泥餅質(zhì)量變差[6]、濾失量增大等現(xiàn)象。高密度條件下需要針對鉆井液處理劑種類及加量，對反滲透鉆井液進行優(yōu)化，進一步提高反滲透鉆井液的適應性能，為反滲透鉆井液規(guī)?；瘧锰峁├碚撘罁?jù)和技術(shù)支撐。

1 現(xiàn)場存在問題及技術(shù)對策

1.1 現(xiàn)場存在問題

（1）安全密度窗口窄：由于地層壓力系數(shù)高，為了平衡地層壓力，反滲透鉆井液密度需要略高于地層孔隙壓力系數(shù)；而對于薄弱地層，其漏失壓力系數(shù)/破裂壓力系數(shù)又較低，提高反滲透鉆井液密度的過程中容易壓漏地層[7]。

（2）反滲透鉆井液流變性不易調(diào)控：在對反滲透鉆井液進行加重的過程中，反滲透鉆井液中重晶石的比例不斷增加，反滲透鉆井液固體質(zhì)量分數(shù)增大[8]，固相與反滲透鉆井液接觸面積不斷增大，界面摩擦力增大導致泥漿明顯增稠。

（3）泥餅質(zhì)量變差：泥餅本質(zhì)上是反滲透鉆井液在井壁表面“過濾”后截留的固相，當反滲透鉆井液中重晶石含量增多時，泥餅中的重晶石比例也會增大[9]，導致反滲透鉆井液處理劑含量變小，泥餅質(zhì)量變差，濾失量增大。

1.2 技術(shù)對策

針對現(xiàn)場可能出現(xiàn)的問題，計劃采取以下措施：

（1）增強反滲透鉆井液護膠作用[10]，穩(wěn)定黏土膠體結(jié)構(gòu)，同時考慮到高壓地層通常埋藏較深，成巖作用時間長，巖屑分散性不強，可適當減少包被劑加量，防止反滲透鉆井液黏切增長過快。

（2）加入封堵劑改善泥餅質(zhì)量，特別是以重晶石為主要骨架結(jié)構(gòu)下的粒徑級配，填充泥餅之間的細微孔隙，提高泥餅的封堵效果[11]。

（3）工程上，采用控壓鉆進[12]，在井口施加回壓，在不改變反滲透鉆井液的前提下能夠提高井底當量密度，平衡地層壓力，目前最高可附加井底0.1 g/cm3的當量密度，為反滲透鉆井液性能調(diào)控留出更多空間。

2 高密度反滲透鉆井液室內(nèi)評價

2.1 包被劑優(yōu)選

包被劑的主要作用是通過大分子在巖屑表面吸附纏繞，抑制巖屑分散，控制反滲透鉆井液中低密度固體質(zhì)量分數(shù)的增大。但是由于大分子自身的黏度效應，加量過高時，容易造成反滲透鉆井液黏度上漲。通過在反滲透鉆井液中加入不同種類及加量的包被劑，評價反滲透鉆井液的流變性（表1）及鉆屑熱滾回收率（表2），對包被劑的種類及加量進行優(yōu)選。

表1 不同包被劑加量下反滲透鉆井液性能

表2 不同包被劑加量下鉆屑熱滾回收率

基礎配方：2.00%海水膨潤土漿+0.15%Na2CO3+0.30%NaOH+0.30%PAC-LV+2.00%PF-SMP-HT+2.00%PF-SPNH-HT+2.00%PF-LSF+2.00%HMF+3.00%PF-HGW-1+2.00%PF-HSM+8.00%PF-HBA+2.00%PF-LUBE168+12.00%NaCl+10.00%甲酸鉀+0.10%PFXC 加重至1.50 g/cm3。

結(jié)合表1 及表2 可以看出，由于反滲透鉆井液中的鹽及鍵合劑均能夠?qū)︺@屑起到抑制分散的作用，包被劑加量增加時反滲透鉆井液抑制性提升幅度有限，但反滲透鉆井液黏度，特別是塑性黏度上漲明顯。同時考慮到下部鉆遇地層成巖作用強，自身分散性較弱，優(yōu)選包被劑種類及加量為0.50%PF-PLUS。

2.2 不同密度下性能評價

考慮到反滲透鉆井液需要平衡深部地層異常高壓，評價反滲透鉆井液在不同密度，特別是高密度下流變性及濾失量，結(jié)果見表3。從表3 可以看出，反滲透鉆井液在各密度下流變性均比較穩(wěn)定，但是反滲透鉆井液密度過高時，由于重晶石加量增長明顯，處理劑相對含量降低，反滲透鉆井液濾失量有增大趨勢，需要進一步進行降濾失劑加量的優(yōu)選。

表3 不同密度下反滲透鉆井液性能

2.3 降濾失劑加量優(yōu)選

提高磺化材料PF-SMP-HT、PF-SPNH-HT 加量，改善泥餅質(zhì)量，降低反滲透鉆井液濾失量，不同加量下反滲透鉆井液性能見表4。優(yōu)選磺化材料加量在3.00%+3.00%～4.00%+4.00%，控制反滲透鉆井液API 濾失量小于3.0 mL，高溫高壓濾失量在10.0 mL 以內(nèi)。

表4 不同降濾失劑加量下反滲透鉆井液性能

2.4 抗污染性能

鉆井過程中，反滲透鉆井液會被地層水（主要是水中的鈣、鎂離子）、鉆屑等污染，因此，需要評價反滲透鉆井液的抗污染性能。室內(nèi)在反滲透鉆井液中加入CaCl2、MgCl2、鉆屑粉，評價反滲透鉆井液性能變化。實驗結(jié)果見表5，從表5 可以看出，加入污染物后反滲透鉆井液性能保持穩(wěn)定。

表5 不同污染物下反滲透鉆井液的抗污染性能

3 現(xiàn)場應用情況

3.1 S4 井基本情況

S4 井位于東海海域，距上海市東南約412 km，距浙江岱山約300 km，構(gòu)造位置在西湖凹陷平湖斜坡帶南部。本井是一口開發(fā)評價井，完鉆井深4 650 m，完鉆層位為平湖組P12。該井主要目的層為P8～P12，次要目的層為花崗組H6、平湖組P2。

3.2 反滲透鉆井液流變性能

反滲透鉆井液在二開311.150 mm（密度1.33～1.50 g/cm3）、三開212.725 mm（密度1.50～1.64 g/cm3）、四開149.225 mm（密度1.64～1.79 g/cm3）井段成功應用，反滲透鉆井液性能見圖1。在各開次鉆井過程中，反滲透鉆井液性能保持穩(wěn)定，動切力在10 Pa 左右，塑性黏度在60 mPa·s 以內(nèi)，滿足反滲透鉆井液的設計需求。

圖1 作業(yè)過程中反滲透鉆井液性能變化情況

3.3 抑制性及濾失造壁性

鉆井過程中鉆屑返出情況及API 泥餅見圖2、圖3。在3 968 m 處鉆屑齒痕清晰，形狀完整，棱角分明；在4 524 m 處由于深部地層較硬，鉆屑細碎，但邊緣無水化跡象，說明在整個鉆井過程中，反滲透鉆井液均保持良好的抑制性能。

圖2 3 968 m 鉆屑返出及泥餅

圖3 4 524 m 鉆屑返出及泥餅

API 濾失量均在2.0 mL 以內(nèi)，泥餅厚度1 mm，濾失造壁性能好，作業(yè)過程中未發(fā)生井壁失穩(wěn)等井下復雜情況。

3.4 儲層保護性能

反滲透鉆井液以1.51 g/cm3密度鉆至4 140 m 時，模擬單根氣22.3%，提密度至1.55 g/cm3，起鉆取心，取心長度18 m，收獲率100%，巖心截面干凈（圖4），未見反滲透鉆井液及濾液侵入，顯示出十分優(yōu)良的儲層保護性能。

圖4 取心截面

4 結(jié)論

（1）根據(jù)現(xiàn)場高壓井作業(yè)需求，在室內(nèi)對反滲透鉆井液在高密度條件下的包被劑種類及加量、降濾失劑加量進行了優(yōu)化，在2.00 g/cm3密度下，塑性黏度在45 mPa·s 以內(nèi)，高溫高壓濾失量小于10.0 mL，且性能穩(wěn)定，抗污染能力強。

（2）現(xiàn)場S4 井應用結(jié)果顯示，反滲透鉆井液應用井段流變性能穩(wěn)定，濾失量低，井徑規(guī)則，儲層保護效果好，能夠滿足東海深部高壓井鉆井作業(yè)需求，具有推廣應用前景。