新溝致密油水平井水基鉆井液性能優(yōu)化評(píng)價(jià)

摘 " " "要： 新溝油區(qū)水平井的水平段短，且目前現(xiàn)場(chǎng)所用混油硅酸鹽體系會(huì)出現(xiàn)井徑擴(kuò)大率偏大現(xiàn)象，對(duì)于水平井施工具有較大潛在風(fēng)險(xiǎn)，為此，研制出一種多功能抑制封堵劑，以優(yōu)化混油硅酸鹽體系的抑制性、潤(rùn)滑性和封堵性，優(yōu)化后的混油硅酸鹽體系的各項(xiàng)性能均達(dá)到了新溝油區(qū)致密油1500米以上水平井鉆井作業(yè)需求對(duì)鉆井液的性能要求。同時(shí)，為提高后續(xù)致密油長(zhǎng)水平井開(kāi)發(fā)的高潤(rùn)滑、強(qiáng)抑制、優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性等，研制出了低油水比油基鉆井液體系。針對(duì)該油區(qū)優(yōu)化和研制的兩種鉆井液體系，有效保持井壁穩(wěn)定和井下安全，為該區(qū)塊致密油藏后續(xù)的低成本、高效開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持。

關(guān) "鍵 "詞：致密油；長(zhǎng)水平井；水基鉆井液；低油水比；封堵性；潤(rùn)滑性

中圖分類號(hào)：TE254+.6 " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A " " 文章編號(hào)： 1004-0935（2023）03-0439-04

新溝油區(qū)致密油藏屬于低孔特低滲泥質(zhì)白云巖儲(chǔ)層，新溝油田區(qū)域構(gòu)造屬于江漢盆地潛江凹陷丫新低隆起帶上，是一個(gè)低滲透復(fù)雜斷塊油藏，油藏類型以構(gòu)造+巖性為主，其次為鼻狀油藏[1，2]。從地層的微裂隙及層理看，由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、膨脹壓差、蒙脫石向伊蒙混層和伊利石轉(zhuǎn)化時(shí)的脫水等原因，導(dǎo)致其泥頁(yè)巖中裂隙、層理異常發(fā)育，又兼地層硬而性脆，所以遇水作用后，易產(chǎn)生剝落掉塊，引起周期性的坍塌。該油區(qū)也面臨著水平段長(zhǎng)度短，通常為600 m左右，并且鉆井周期長(zhǎng)，長(zhǎng)水平段水平井尚未部署和鉆探，成本較高，優(yōu)快鉆井技術(shù)尚未形成的主要問(wèn)題。通過(guò)國(guó)內(nèi)鉆井液技術(shù)調(diào)研和江漢新溝油區(qū)鉆井液開(kāi)發(fā)需求，將鉆井液開(kāi)發(fā)目標(biāo)定位為可滿足致密油地層1 500 m以上水平井鉆井作業(yè)需求的鉆井液體系?，F(xiàn)以提高鉆井液抑制性、封堵能力等為目的，針對(duì)新溝油區(qū)地層特征，開(kāi)展鉆井液室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)及性能優(yōu)化研究，提高井壁穩(wěn)定性，提高鉆井效率，為“二開(kāi)次”井身結(jié)構(gòu)及長(zhǎng)水平段水平井鉆井提供優(yōu)化基礎(chǔ)。

1 "新溝油區(qū)致密油水基鉆井液應(yīng)用情況

從地質(zhì)分層巖性特點(diǎn)看，新溝油區(qū)的荊沙組棕紫色泥巖易水化分散；新溝嘴組膏鹽發(fā)育，易井塌，造成卡鉆；荊沙組、新溝嘴組地層膠結(jié)差、斷層多、地層坍塌壓力高，因此要求該區(qū)塊鉆井液具有良好的封堵性、較強(qiáng)的抑制能力[3]。

根據(jù)前期新2斜-2F井鉆井施工經(jīng)驗(yàn)，采用硅酸鹽混油鉆井液體系，成功完成了235 m大斜度井段的鉆井施工，但其井徑擴(kuò)大率偏大，對(duì)水平井施工具有較大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

由于新溝油區(qū)原體系鉆探過(guò)程中井壁擴(kuò)徑較為嚴(yán)重，需重點(diǎn)對(duì)其抑制性進(jìn)一步優(yōu)化。根據(jù)致密油地層1 500 m以上水平井鉆井作業(yè)需求對(duì)水基鉆井液性能的要求，確定了新溝油區(qū)鉆井液性能優(yōu)化目標(biāo)，并將新2斜-2F井使用的混油硅酸鹽鉆井液配方在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行性能評(píng)價(jià)：配漿密度設(shè)為現(xiàn)場(chǎng)最高密度1.20 g/cm3；老化溫度100 ℃進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)在用的混油硅酸鹽鉆井液體系僅流變性能滿足致密油地層1 500 m以上水平井鉆井作業(yè)需求對(duì)水基鉆井液性能的要求，封堵性能、潤(rùn)滑性能和抑制性均需進(jìn)一步優(yōu)化

2 "致密油水基鉆井液性能優(yōu)化評(píng)價(jià)

為保證新溝組地層1 500 m水平段水平井順利施工，在分析了現(xiàn)場(chǎng)使用的混油硅酸鹽飽和鹽水鉆井液體系性能的后，結(jié)合前期調(diào)研，以攻關(guān)該層位施工技術(shù)難點(diǎn)為目標(biāo)，開(kāi)展了鉆井液體系混油比例、抑制性、封堵性的優(yōu)化研究及性能評(píng)價(jià)[4]。

2.1 "混油比例的影響

調(diào)整配方中的白油加量，對(duì)混油比例0%、5%、10%、15%、20%條件下鉆井液體系的流變性、潤(rùn)滑性、抑制性等各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著混油比例的提高，鉆井液黏度升高，動(dòng)塑比提高，說(shuō)明混油更有利于提升動(dòng)切力；濾失量降低，說(shuō)明混油可以提高鉆井液封堵性；潤(rùn)滑系數(shù)降低，但任然不滿足小于等于0.12的長(zhǎng)水平井鉆井需要。

2.2 "多功能抑制封堵劑

研發(fā)了一種多功能抑制封堵劑，兼具封堵、潤(rùn)滑效果好并與混油硅酸鹽鉆井液體系有較好的配伍性，在調(diào)整多功能抑制封堵劑和白油含量進(jìn)行試驗(yàn)，確定最優(yōu)配比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：多功能抑制封堵劑在該體系中表現(xiàn)出良好的潤(rùn)滑和降濾失效果，在不同白油比例下，均可進(jìn)一步降低體系的潤(rùn)滑系數(shù)和濾失量；隨加量的升高，體系的切力會(huì)有所降低，動(dòng)塑比降低；在白油比例降低到5%～10%，抑制封堵劑加量達(dá)到3%～5%的條件下，可兼顧性能和經(jīng)濟(jì)性要求。綜合考慮白油和多功能抑制封堵劑推薦加量和配比為10%白油和3%多功能抑制封堵劑，優(yōu)化后混油硅酸鹽鉆井液體系配方為：現(xiàn)場(chǎng)硅酸鹽體系+10%白油+3%多功能抑制封堵劑，并將優(yōu)化后的體系進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。

2.3 "抑制性

取新溝組目的層巖芯，進(jìn)行熱滾回收率實(shí)驗(yàn)和線性膨脹率實(shí)驗(yàn)[5-6]，其中滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)一次回收率熱滾16 h，二次回收率熱滾24 h，熱滾溫度100 ℃。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：巖芯滾動(dòng)回收率達(dá)到一次、二次均95%以上，巖芯線性膨脹率可降低至5%以下，達(dá)到了性能優(yōu)化目標(biāo)要求。

2.4 "封堵性

使用可視砂床及高溫高壓濾失儀進(jìn)行砂床漏失評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試砂床選用60～80目砂，測(cè)試壓差分別為0.7 MPa和3.5 MPa，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的體系封堵性雖然滿足要求，但仍有較大優(yōu)化空間，在加入少量磺化瀝青FT-1后，能夠大大提高體系封堵性，使可視砂床濾失量降為0 mL，高溫高壓濾失量遠(yuǎn)小于10 mL，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)可根據(jù)實(shí)際需求確定是否添加磺化瀝青。

使用HKY-3巖芯壓力傳遞裝置，進(jìn)行巖芯壓力傳遞實(shí)驗(yàn)，測(cè)試不同體系鉆井液對(duì)巖芯片的壓力傳遞能力[7-8]，巖芯取自新斜1 171井859～875 m井段，新391井1 456～1 470井段，測(cè)試溫度為25±0.5 ℃，所制巖芯規(guī)格直徑25 mm，高度7～8 mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水在2 MPa壓力條件下12 h后將穿透巖芯；優(yōu)化前后的混油硅酸鹽鉆井液體系均能夠在9 MPa條件下長(zhǎng)時(shí)間承壓，且優(yōu)化后的體系承壓時(shí)間大幅增加，并且?guī)r芯不會(huì)穿透。

綜上所述，通過(guò)混油比例評(píng)價(jià)和多功能抑制封堵劑的添加，能夠使混油硅酸鹽鉆井液體系達(dá)到新溝致密油地層1 500 m以上水平井鉆井作業(yè)需求對(duì)水基鉆井液性能的要求，如對(duì)封堵性有更高要求，可補(bǔ)加少量磺化瀝青。

3 "低油水比油基鉆井液體系研究

參考國(guó)內(nèi)外致密油開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，油基鉆井液仍是致密油開(kāi)發(fā)的主要選擇，優(yōu)質(zhì)的油基鉆井液有著水基鉆井液無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，其對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)能力、對(duì)井壁的穩(wěn)定能力、潤(rùn)滑性能及維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，可有效的支撐江漢油田致密油水平井鉆井[9-10]。但目前國(guó)內(nèi)外成品油價(jià)格高昂，使其配制成本也遠(yuǎn)高于水基鉆井液，綜合考慮水平段長(zhǎng)度的不同，當(dāng)水平段過(guò)長(zhǎng)時(shí)，井內(nèi)摩阻較大，為保障致密油鉆井高潤(rùn)滑、強(qiáng)抑制、優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性等多方面的要求，開(kāi)展了低油水比油基鉆井液體系研究作為備用方案。調(diào)研并確定70∶30低油水比油基鉆井液體系配方，并對(duì)其主要性能展開(kāi)評(píng)價(jià)。

3.1 "油基鉆井液關(guān)鍵處理劑加量研究

1）乳化劑加量研究

油水比70∶30的油基基漿的配方為：柴油+CaCl2鹽水（25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）+1%有機(jī)土+1.5%CaO+ 3%油基鉆井液降濾失劑。配制油水比70∶30的油基基漿，加入不同量的乳化劑，測(cè)定其在100 ℃溫度下老化16 h后的基本性能，結(jié)果見(jiàn)表8。

隨著乳化劑加量增大，油基基漿的破乳電壓和動(dòng)塑比均有增高的趨勢(shì)，當(dāng)主乳化劑和輔乳化劑加量分別為3.6%和1.2%時(shí)，動(dòng)塑比為0.35，破乳電壓在600 V以上，綜合考慮確定主乳化劑和輔乳化劑的最優(yōu)加量分別為2.4%～3.6%和0.8%～1.2%。

2）有機(jī)土加量

按配方柴油+CaCl2鹽水（25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）+3.6%主乳+1.2%輔乳+1.5%CaO+3%油基鉆井液降濾失劑，配制油水比70∶30的油基鉆井液基漿，加入不同量的有機(jī)土，測(cè)定其在100 ℃老化16 h后的基本性能，結(jié)果見(jiàn)表9。

結(jié)果表明，隨著有機(jī)土加量增加，鉆井液塑性黏度、動(dòng)切力、動(dòng)塑比及破乳電壓都呈上升趨勢(shì)，綜合實(shí)際需求，確定有機(jī)土加量在1%～1.5%之間。

3）提切劑加量研究

考慮到坪北工區(qū)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液密度較低，最高只有1.07 g/cm3，鉆井液體系密度低固相含量就低，提高黏度難度較大，尤其是提高切力，再加上油基鉆井液受溫度影響較大，當(dāng)?shù)孛媲辛_(dá)不到要求時(shí)，井下溫度升高切力會(huì)更低，會(huì)造成水平井?dāng)y巖困難的問(wèn)題，故優(yōu)選并評(píng)價(jià)了一種提切劑。

結(jié)果表明，該提切劑具有以下特點(diǎn)：1、對(duì)破乳電壓、濾失量影響較??；2、主要作用是提高動(dòng)切力，相對(duì)于有機(jī)土?xí)瑫r(shí)提高塑性黏度來(lái)說(shuō)更有優(yōu)勢(shì)，對(duì)于低密度鉆井液體系具有良好的實(shí)用性。

3.2 "性能評(píng)價(jià)

1）乳化穩(wěn)定性

系統(tǒng)評(píng)價(jià)了該套油基鉆井液體系在油水比例70∶30～90∶10的油水比范圍內(nèi)的流變性和乳化穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該油基鉆井液體系在低油水比條件下也能保證破乳電壓大于600 V，在70∶30～90∶10的油水比范圍內(nèi)都具有滿足鉆井的良好乳化穩(wěn)定性。

2）抑制性能

針對(duì)低油水比油基鉆井液體系進(jìn)行封堵性評(píng)價(jià)，開(kāi)展黏土的線性膨脹率實(shí)驗(yàn)，并取長(zhǎng)9地層的巖心，在100 ℃條件下浸泡滾動(dòng)加熱16 h，計(jì)算該體系的巖心回收率及黏土線性膨脹率。

結(jié)果表明，油基鉆井液在低油水比70∶30條件下，該滾動(dòng)回收率也能達(dá)到98.52%，該體系的24 h黏土線性膨脹率僅有1.04%，說(shuō)明該體系具有良好的封堵性。

該低油水比油基鉆井液體系，在降低油加量的同時(shí)，體系仍具有良好的乳化穩(wěn)定性、封堵性等，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)鉆水平井對(duì)鉆井液的要求。

4 "結(jié) 論

1）根據(jù)致密油地層1 500 m以上水平井鉆井作業(yè)需求對(duì)水基鉆井液性能的要求，確定了新溝油區(qū)鉆井液性能優(yōu)化目標(biāo)，并根據(jù)該目標(biāo)重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用混油硅酸鹽體系的封堵性能、潤(rùn)滑性能和抑制性進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化：其中研發(fā)了一種多功能抑制封堵劑，與該體系具有良好配伍性的同時(shí)，能夠使體系的封堵性能、潤(rùn)滑性能、抑制性能達(dá)到目標(biāo)要求；可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，通過(guò)添加少量磺化瀝青FT-1來(lái)進(jìn)一步大幅提高體系封堵性。

2）考慮到水平段過(guò)長(zhǎng)時(shí)，井內(nèi)摩阻較大，為保障致密油鉆井高潤(rùn)滑、強(qiáng)抑制、優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性等多方面的要求，研發(fā)了低油水比油基鉆井液體系研究作為備用方案，在后續(xù)實(shí)際長(zhǎng)水平井開(kāi)發(fā)過(guò)程中可作為備用體系進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

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Optimization and Evaluation of Water-based Drilling Fluid

Performance in Tight Oil Horizontal Wells in Xingu

ZHANG Jing-jing

（Sinopec Jianghan Petroleum Engineering Co.， Ltd. Shale Gas Development Technical Service Company，

Hubei Wuhan 430000， China）

Abstract： The horizontal section of horizontal wells in Xingu oilfield is short， and the current oil-blending silicate system used in the field has a large well diameter expansion rate， which has a large potential risk for horizontal well construction. In this regard， a multifunctional inhibition and plugging agent was developed to optimize the inhibition， lubrication and plugging properties of the oil-blending silicate system. At the same time， the low oil-water ratio oil-based drilling fluid system was developed to improve high lubrication， strong inhibition and excellent economy for the subsequent development of long horizontal wells in tight oil. The two drilling fluid systems optimized and developed for this oil area effectively maintained well wall stability and downhole safety， providing technical support for the subsequent low-cost and high-efficiency development of tight oil reservoirs in this block.

Key words： "Tight oil; Long horizontal well; Water-based drilling fluid; Low oil to water ratio; Plugging; Lubricity