高性能水基鉆井液在中原小井眼側(cè)鉆水平井中的應(yīng)用

趙 虎，王中華，司西強(qiáng)，吳協(xié)力，燕 鵬

1.中國(guó)石化石油工程鉆完井液技術(shù)中心，河南 濮陽(yáng) 457001；2.中國(guó)石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001；3.中國(guó)石化中原石油工程有限公司鉆井一公司，河南 濮陽(yáng) 457001；4.中國(guó)石化中原石油工程有限公司西南鉆井分公司，四川 成都 610051

中原工區(qū)小井眼側(cè)鉆井因生產(chǎn)時(shí)效低、定向難度大和完井電測(cè)難等原因，側(cè)鉆水平井部署較少。為實(shí)現(xiàn)小投資開(kāi)窗側(cè)鉆復(fù)活老井，2021—2022 年嘗試開(kāi)發(fā)了2 口側(cè)鉆水平井，目的層沙二段和沙三段，側(cè)鉆裸眼段含有泥砂互層、頁(yè)巖和鹽膏巖等，地層穩(wěn)定性差；小井眼高環(huán)空壓耗，且老井眼經(jīng)多年注采，井筒周?chē)蜌鈮毫?huì)下降，更易發(fā)生井漏；窄環(huán)空間隙使鉆具易黏附卡鉆；短半徑水平井給定向和起下鉆等作業(yè)帶來(lái)較大難度［1-2］。2016 年，中原鉆井院針對(duì)海相頁(yè)巖氣研發(fā)出以聚醚胺基烷基糖苷NAPG、陽(yáng)離子烷基糖苷CAPG、納微米封堵劑NWD和極壓潤(rùn)滑劑（后升級(jí)為磺胺基烷基糖苷極壓潤(rùn)滑劑LAPG）等為核心主劑的烷基糖苷衍生物鉆井液體系，即ZY-APD 高性能水基鉆井液，先后在川渝和中原區(qū)域應(yīng)用于30 余口井，解決了沙溪廟、千佛崖、小河壩、石牛欄組和龍馬溪組等地層破碎帶的坍塌掉塊問(wèn)題，起下鉆、電測(cè)、下套管暢通，避免了同類(lèi)井應(yīng)用水基鉆井液鉆井出現(xiàn)的復(fù)雜情況，同比該區(qū)塊原用的國(guó)內(nèi)外高性能水基鉆井液，技術(shù)及其成本優(yōu)勢(shì)明顯［3-6］。

本研究對(duì)ZY-APD 高性能水基鉆井液在中原工區(qū)小井眼側(cè)鉆水平井應(yīng)用情況進(jìn)行介紹，充分分析老油區(qū)易塌、易漏、出水等井下復(fù)雜情況，調(diào)整、完善鉆井液配方，解決施工中的技術(shù)難題，以滿(mǎn)足鉆完井施工中老井眼開(kāi)窗側(cè)鉆的技術(shù)和成本要求，并總結(jié)其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及效果，以期為該鉆井液在中原工區(qū)推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 小井眼側(cè)鉆水平井地質(zhì)與工程概況

1.1 地質(zhì)概況

中原工區(qū)小井眼側(cè)鉆水平井2 口，分別為東濮凹陷中央隆起帶濮城構(gòu)造文51-側(cè)平190 井和東濮凹陷西部斜坡帶胡狀集構(gòu)造胡5-側(cè)9 平1井，目的層分別為沙一段和沙二段、沙二段和沙三段，側(cè)鉆后鉆遇地層和巖性如表1所示。

表1 2口井地質(zhì)分層和巖性

1.2 工程概況

文51-側(cè)平190井和胡5-側(cè)9平1井均為開(kāi)窗側(cè)鉆井，在Ф139.7 mm 技術(shù)套管中使用Ф118 mm鉆頭開(kāi)窗側(cè)鉆，具體工程概況如表2所示。

表2 2口應(yīng)用井的工程概況

1.3 不同鉆井液性能對(duì)比

該體系與以往側(cè)鉆井采用的聚合物鉀鹽、聚合物鹽水等體系相比具有明顯的井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑防卡和流變性易控制等優(yōu)勢(shì)，如表3所示。

表3 不同鉆井液性能對(duì)比

2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策

2.1 技術(shù)難點(diǎn)

2.1.1 沙一段至沙三段泥頁(yè)巖含量高，對(duì)鉆井液井壁穩(wěn)定性要求高

文51 油藏沙一段和沙二段為灰色、紫紅色泥巖及砂泥互層，水敏性較強(qiáng)，膠結(jié)面穩(wěn)定性差，易表面水化，水分子侵入黏土晶層，導(dǎo)致膠結(jié)強(qiáng)度降低。胡5 斷塊區(qū)沙二段和沙三段泥頁(yè)巖含量高達(dá)61.2%，鄰近注水井有9 口，未停注7 口，鄰井（新胡18 側(cè)井、胡5-85 井）出水、井壁坍塌、后效等，井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)高［7］。

2.1.2 小井眼高環(huán)空壓耗高、注采鄰井多，井漏風(fēng)險(xiǎn)高

鄰井多次發(fā)生井漏等復(fù)雜情況，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 鄰井漏失等復(fù)雜情況

2.1.3 短半徑水平井狗腿度大，定向、潤(rùn)滑防卡難度大

文51-側(cè)平190井開(kāi)窗點(diǎn)為2 190 m，A靶點(diǎn)為2 598 m，完鉆井深2 728 m，裸眼段長(zhǎng)538 m，最大井斜95.5°；胡5-側(cè)9平1井開(kāi)窗點(diǎn)為1 645 m，A靶點(diǎn)為2 407 m，完鉆井深2 552 m，裸眼段長(zhǎng)907 m，最大井斜96.02°，最大狗腿度為12.69°/30 m，井眼軌跡難度大。定向段鉆具滑動(dòng)摩擦，對(duì)鉆井液的潤(rùn)滑性和泥餅質(zhì)量要求高，并要防止鉆頭泥包。

2.1.4 小井眼環(huán)空壓耗高、攜巖帶砂難度大，對(duì)鉆井液流變性調(diào)控要求高

在常規(guī)井眼中，環(huán)空約損失10%的循環(huán)壓力，小井眼中可能高達(dá)60%～90%，環(huán)空壓耗過(guò)高不利于水力能量的有效利用和發(fā)揮；Ф118 mm 鉆頭開(kāi)窗，排量為8～10 L/s，轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速65 r/min，在流量一定時(shí)，環(huán)空壓耗隨稠度系數(shù)的增加而呈直線增加，隨流性指數(shù)的減小而呈指數(shù)規(guī)律增加，隨環(huán)空間隙的增加而減?。辉煨倍蔚膽腋?、水平段的沖刷帶砂等對(duì)鉆井液的剪切稀釋性等提出極高的要求。

2.2 技術(shù)對(duì)策

2.2.1 增強(qiáng)鉆井液井壁穩(wěn)定能力

參照鄰井資料合理調(diào)整鉆井液密度，大斜度定向段和水平段的鉆井液密度要高于同層位鄰井的鉆井液密度，支撐井壁穩(wěn)定，控制文51-側(cè)平190 井密度1.35～1.40 g/m3、胡5-側(cè)9 平1 井密度1.30～1.36 g/m3。采用糖苷衍生物APD 為主抑制劑，加入非離子型抑制劑 NAPG 和小陽(yáng)離子型抑制劑CAPG，作用機(jī)制為吸附成膜、嵌入及拉緊晶層等［8-10］；復(fù)配KCl或NaCl（穿鹽層）使體系獲得更高的抑制能力，鹽具有抑菌、增強(qiáng)鉆井液的長(zhǎng)期穩(wěn)定性等作用。NAPG 和CAPG 總加量為5%～7%，即可滿(mǎn)足沙二段至沙三段泥巖穩(wěn)定周期大于30 d的鉆完井需求。

2.2.2 使用鉆井液封堵和防漏技術(shù)

優(yōu)化封堵劑粒徑，級(jí)配6～18 μm超細(xì)碳酸鈣、磺化瀝青、膠乳瀝青和石墨等剛性和柔性封堵材料架橋填充，利于快速形成致密的高強(qiáng)度封堵層，提高井壁承壓能力，可滿(mǎn)足地層的封堵需求。加入足量的隨鉆堵漏劑、微裂縫堵漏劑MFP-2 和硅酸鹽短絨纖維等，保障井控，在平衡井壁穩(wěn)定和地層出水的前提下盡量走密度下限。下鉆分段循環(huán)，做好地破試驗(yàn)等配套工程措施。

2.2.3 增加鉆井液潤(rùn)滑防卡能力

由于糖苷類(lèi)分子結(jié)構(gòu)上的多羥基和一個(gè)烷基基團(tuán)，使其能夠在鉆具、套管表面及井壁巖石上產(chǎn)生強(qiáng)吸附［11］。以不同分子量的聚合物形成致密而光滑的泥餅是潤(rùn)滑減摩的基礎(chǔ)，NAPG和CAPG通過(guò)胺基和季銨基團(tuán)牢牢吸附在黏土顆粒表面，使泥餅具有更好的潤(rùn)滑性［12］。保持聚合物有效加量大于0.5%，并加入2%LAPG 和2%石墨固體潤(rùn)滑劑，形成較好的泥餅質(zhì)量，更好地起到潤(rùn)滑減摩的效果［13］。

2.2.4 強(qiáng)化鉆井液井眼清潔能力

采用合適泵排量和返速，滿(mǎn)足攜帶巖屑和較低的環(huán)空壓耗要求，確保上返速度高于臨界返速，達(dá)到剪切性能好、黏度較低、有一定切力以及懸浮巖屑好的要求。發(fā)揮APD 高固相容量限的特點(diǎn)，優(yōu)先吸附在重晶石和鉆屑表面，降低顆粒間的內(nèi)摩擦，增大漿體的流動(dòng)性。上部井段漏斗黏度為47～60 s，下部井段黏度為60～80 s，控制合理的膨潤(rùn)土質(zhì)量濃度為35～45 g/L，保持良好的流變性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，控制靜切力（1.5～5）/（3～10） Pa，有一定的懸浮能力，成分相對(duì)簡(jiǎn)單易調(diào)控；強(qiáng)化包被絮凝作用，包被劑HP加量為0.2%～0.3%，對(duì)沙二段、沙三段泥巖鉆屑包被，固控設(shè)備及時(shí)清除；配制HP、XC、短絨等稠塞清砂，工程上非鉆進(jìn)時(shí)間高速旋轉(zhuǎn)，定期短程起下鉆，破壞剛形成的巖屑床；清掃井眼，保證井眼的暢通。

3 鉆井液配制與維護(hù)工藝

3.1 鉆井液的配制

預(yù)水化膨潤(rùn)土漿或采用前期高性能水基鉆井液老漿，測(cè)試?yán)蠞{膨潤(rùn)土含量，根據(jù)測(cè)定值確定老漿用量，轉(zhuǎn)換后高性能水基鉆井液膨潤(rùn)土質(zhì)量濃度為35～45 g/L，體積為100～110 m3。

3.1.1 文51-側(cè)平190井鉆井液配方

該井鉆井液配方為5% 預(yù)水化膨潤(rùn)土+5%NAPG+2%CAPG+0.5%磺酸鹽共聚物降濾失劑MMT+2%LV-CMC +0.2%乳液包被劑HP+0.2%黃原膠XC+2%超細(xì)碳酸鈣+3%天然瀝青粉+1%LAPG+20%NaCl+3%隨鉆堵漏劑+ 0.2%NaOH +重晶石。

3.1.2 胡5-側(cè)9平1井鉆井液配方

該井鉆井液配方為50%高性能水基鉆井液老漿+2% 預(yù)水化膨潤(rùn)土+0.2% 乳液包被劑HP+2%NAPG+0.5% 降濾失劑ZY-JLS+0.15% 超支化乳液聚合物EHBPS-L+1%磺化瀝青FT-3+1% 超細(xì)碳酸鈣+1% 微裂縫堵漏劑MFP-2+3%KCl+0.2%NaOH +重晶石。其中，2%NAPG 等均是按鉆井液體積總量（老漿體積∶新漿體積=1∶1）計(jì)算，因高性能水基鉆井液老漿中含有約8%APD，則胡5-側(cè)9 平1 井中APD 總量為8%×50%+2%×100%=6%。

3.2 鉆井液的維護(hù)處理

3.2.1 流變性控制

為了同時(shí)滿(mǎn)足造斜段的懸浮攜砂和水平段的沖刷帶砂，鉆井液應(yīng)保持合理的流變性，在排量足夠且無(wú)掉塊的情況下鉆井液的黏度控制在50～60 s，有返砂不足或有掉塊后黏度控制在60～85 s。使用生物聚合物XC 等可提高鉆井液的黏切，若需要降低鉆井液的黏切，可用含CAPG 和ZY-JLS 的稀膠液稀釋。若下鉆劃眼較多，可用高濃度XC、HP 或硅酸鹽纖維等配制稠塞液清砂。

3.2.2 濾失量和泥餅質(zhì)量控制

適當(dāng)補(bǔ)充ZY-JLS、MMT 等可降低鉆井液的濾失量，補(bǔ)充N(xiāo)APG 和CAPG 可改善泥餅質(zhì)量，補(bǔ)充超細(xì)碳酸鈣、磺化瀝青FT等可降低濾失量。

3.2.3 鉆井液的防塌措施

保持合理的鉆井液密度并有效支撐井壁是保持井壁穩(wěn)定的前提，鉆進(jìn)過(guò)程中根據(jù)井下實(shí)際情況及時(shí)提高鉆井液密度。保持抑制劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：5%～7%APD（NAPG 和CAPG 總和）+5%～7%KCl（20%～30%NaCl 穿鹽層）；保持封堵劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：2%～3%超細(xì)碳酸鈣+2%～3%瀝青類(lèi)（磺化瀝青FT、天然瀝青和膠乳瀝青總和），當(dāng)出現(xiàn)井壁掉塊時(shí)可適當(dāng)提高瀝青類(lèi)處理劑加量。

3.2.4 潤(rùn)滑防卡措施

糖苷系列產(chǎn)品具有良好的潤(rùn)滑效果，井斜45°前可滿(mǎn)足定向的需要，但隨著井斜角的增大、井眼軌跡變化較大，單靠增加APD 來(lái)增加潤(rùn)滑性不經(jīng)濟(jì)，可少量補(bǔ)充LAPG 液體潤(rùn)滑劑和石墨固體潤(rùn)滑劑等以提高鉆井液潤(rùn)滑性；完井過(guò)程增加塑料小球保證下套管的順利進(jìn)行。

4 應(yīng)用效果

在整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆井液性能穩(wěn)定、起下鉆暢通、電測(cè)和下套管作業(yè)一次成功，達(dá)到了穩(wěn)定井壁及井下安全的目的。

1）強(qiáng)抑制和強(qiáng)封堵相結(jié)合，有效保障了沙一段至沙三段的地層穩(wěn)定。保持合理的鉆井液密度，維持井壁的力學(xué)平衡。保持抑制劑和封堵劑的濃度，當(dāng)出現(xiàn)井壁掉塊時(shí)可適當(dāng)提高加量。通過(guò)ZY-JLS 等，降低濾失液浸入，提高了井壁穩(wěn)定性。小井眼水平井應(yīng)用段井徑規(guī)則，亞甲基藍(lán)膨潤(rùn)土含量穩(wěn)定，反映出鉆井液的抑制黏土水化分散能力強(qiáng)。

2）潤(rùn)滑性好，滿(mǎn)足定向施工要求，利于降低循環(huán)壓耗，提高機(jī)械鉆速。

APD 具有良好的潤(rùn)滑性，保持APD 類(lèi)產(chǎn)品總量≥5%，隨著井斜和方位變化增大、水平段的加長(zhǎng)，及時(shí)補(bǔ)充改性LAPG 和石墨等有助于提高鉆井液的潤(rùn)滑性。2 口井都使用Ф118 mm 鉆頭，鉆進(jìn)過(guò)程中排量為8～10 L/s、泵壓為16～25 MPa，起下鉆和修整井壁平均摩阻為3～8 t。

3）流變參數(shù)穩(wěn)定，攜巖能力強(qiáng)，保證了井眼清潔及巖屑床的清除。多數(shù)井段APD 鉆井液黏度控制在50～80 s，排量為9 L/s，可較好地滿(mǎn)足造斜段的懸浮攜砂和水平段的沖刷帶砂，實(shí)鉆過(guò)程中起下鉆和拉井壁順暢。鉆井液可及時(shí)攜帶巖屑和少量拉井壁掉塊返出地面，并從振動(dòng)篩及時(shí)清除有害固相，避免了井下復(fù)雜情況的發(fā)生。

分段鉆井液性能如表5所示。

表5 應(yīng)用井分段鉆井液性能

4）縮短了鉆完井周期，實(shí)現(xiàn)了回收再利用。2 口井都避免了小井眼側(cè)鉆井壁坍塌掉塊、起下鉆遇阻、電測(cè)不到底等復(fù)雜情況，大大降低了鉆井成本，比同層位鄰井縮短鉆完井周期10～40 d，其中胡5-側(cè)9平1井創(chuàng)區(qū)塊水平井鉆井周期最短、完井周期最短紀(jì)錄。文51-側(cè)平190井因未有高性能水基老漿，采用新漿配制；胡5-側(cè)9平1井采用的高性能水基老漿密度為1.70 g/cm3，老漿再利用率約30%，費(fèi)用降低15%，隨著后期中原工區(qū)高性能水基鉆井液的推廣，老漿的回收利用率將大幅提高。

5 結(jié)論

1）APD 高性能水基鉆井液體系在井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑能力和攜巖帶砂等方面效果良好，5%～7%APD 加量即可滿(mǎn)足中原小井眼側(cè)鉆水平井開(kāi)發(fā)所需鉆井液的抑制、潤(rùn)滑和流變性調(diào)節(jié)需要。

2）體系采用粒徑為6～18 μm 超細(xì)碳酸鈣、磺化瀝青、膠乳瀝青等封堵材料和微裂縫堵漏劑MFP-2等防漏材料，沙二段、沙三段API濾失量控制在4 mL 以?xún)?nèi)，可滿(mǎn)足中原工區(qū)沙二段和沙三段泥巖、頁(yè)巖、鹽膏巖和砂巖層的封堵和防漏需要。

3）保持井斜大于45°井段，動(dòng)切力大于8 Pa，靜切力大于1.5/4 Pa/Pa，利于攜砂；在排量受限、鉆速受限或有掉塊的情況下適當(dāng)提高鉆井液黏切，保障井眼清潔。

4）在增加APD 的基礎(chǔ)上，保持聚合物有效加量大于0.5%，加入2%LAPG 和2%石墨固體潤(rùn)滑劑，泥餅質(zhì)量好，潤(rùn)滑減摩效果好。