非常規(guī)油氣井鉆井液優(yōu)化技術(shù)

魏 振 峰

(中石化華北石油工程有限公司西部分公司， 鄭州 450000)

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非常規(guī)油氣井鉆井液優(yōu)化技術(shù)

魏 振 峰

(中石化華北石油工程有限公司西部分公司， 鄭州 450000)

摘要：針對非常規(guī)油氣藏開發(fā)中存在的強(qiáng)水敏性，水平井在長段泥巖中鉆進(jìn)時(shí)存在的井壁穩(wěn)定性差、摩阻大、攜巖差以及儲層污染等問題，通過室內(nèi)試驗(yàn)優(yōu)選出梳型弧狀結(jié)構(gòu)乳化劑，優(yōu)化有機(jī)土和降濾失劑加量，形成抗溫達(dá) 180 ℃、密度為2.1 g?cm3的油基鉆井液配方，并對其綜合性能進(jìn)行評價(jià)。該鉆井液配方在沙特KHRS區(qū)塊和塔河油田應(yīng)用后，解決了非常規(guī)油氣井井壁穩(wěn)定性差、攜巖差以及潤滑防卡等問題，減少了井下事故的發(fā)生，提高了機(jī)械鉆速?，F(xiàn)場維護(hù)處理簡單，能滿足安全快速鉆井施工的需要。

關(guān)鍵詞：油基鉆井液； 非常規(guī)油氣藏； 水敏性地層； 井壁穩(wěn)定； 防塌鉆井液

1研究思路

研究主要從4個(gè)方面進(jìn)行考慮[1-3]：(1)采用抗高溫潤濕劑改善重晶石的親油性，提高重晶石在油中的分散性，采用細(xì)顆粒(400目～500目)的重晶石，提高重晶石高溫下的懸浮穩(wěn)定性；(2)采用對溫度敏感性小的瀝青類降濾失劑和抗高溫有機(jī)土，減弱鉆井液對溫度的敏感性，確保鉆井液在低溫、低剪切速率下具有高黏度，同時(shí)在高溫、低剪切速率下還有一定的黏度及良好的攜巖能力；(3)通過選用超細(xì)顆粒材料、纖維材料，確定合理的粒徑級配，以提高鉆井液封堵能力，減少循環(huán)漏失量；(4)采用油基鉆井液，因其可以回收循環(huán)利用，能有效降低鉆井施工成本，且有利于環(huán)境保護(hù)。

2室內(nèi)試驗(yàn)

2.1關(guān)鍵處理劑對鉆井液性能影響評價(jià)

(1)乳化劑加量。通過大量實(shí)驗(yàn)研發(fā)了梳形弧狀結(jié)構(gòu)乳化劑[4-7]，并通過室內(nèi)試驗(yàn)評價(jià)乳化劑加量對鉆井液性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表1。當(dāng)乳化劑加量為4.0%～5.0%時(shí)，鉆井液體系具有良好的流變性和較低的濾失量。

(2)有機(jī)土加量。有機(jī)土加量對鉆井液性能的影響見表2。由表2可知，隨著有機(jī)土加量的增加，鉆井液黏切逐漸上升，失水變化不大，鉆井液懸浮穩(wěn)定性更好。當(dāng)加量為4.0%～5.0%時(shí)，鉆井液流型較好。

表1　乳化劑加量對鉆井液性能影響

注：①基漿配方，基油+乳化劑+5%有機(jī)土+4%降濾失劑+355 g重晶石；②鉆井液密度為1.65 gcm3

(3)降濾失劑加量。降濾失劑對鉆井液性能的影響見表3。降濾失劑加量在4.0%～6.0%，鉆井液具有較低的濾失量和良好的流變性。

表2　有機(jī)土加量對鉆井液性能影響

注：①基漿配方，基油+5%乳化劑+有機(jī)土+4%降濾失劑+355 g重晶石；②鉆井液密度為1.65 gcm3

2.2油基鉆井液綜合性能評價(jià)

表3　降濾失劑加量對鉆井液性能影響

注：①基漿配方，基油+5%乳化劑+5%有機(jī)土+降濾失劑+355 g重晶石；②鉆井液密度為1.65 gcm3

采用低毒環(huán)保5#白油作為連續(xù)相[8-10]，在控制乳化劑、有機(jī)土和降濾失劑加量的基礎(chǔ)上，優(yōu)選潤濕劑、提黏切劑等處理劑加量，形成油基鉆井液配方：5#白油+4%～5%乳化劑+4%～5%有機(jī)土+4%～6%降濾失劑+1%～2%潤濕劑+1%～2%提黏切劑+3%CaO+重晶石。通過室內(nèi)試驗(yàn)評價(jià)了密度及溫度對鉆井液性能的影響，結(jié)果見表4、表5。

表4　不同密度鉆井液性能

注：①基漿配方，5#白油+4%乳化劑+5%有機(jī)土+4%降濾失劑+2%潤濕劑+2%提黏切劑+3%CaO+重晶石；②測定溫度為60 ℃

表5　不同溫度老化后鉆井液性能

注：①基漿配方，5#白油+5%乳化劑+4%有機(jī)土+4%降濾失劑+1.5%潤濕劑+1%提黏切劑+3%CaO+340 g重晶石；②測定溫度為60 ℃

從表4和表5可知，在不同溫度、不同密度條件下，室內(nèi)研究得出的鉆井液體系性能穩(wěn)定、懸浮能力好、濾失量低，能夠滿足現(xiàn)場鉆井施工需要。

3現(xiàn)場應(yīng)用

3.1沙特KHRS區(qū)塊應(yīng)用效果分析

油基鉆井液應(yīng)用于沙特KHRS區(qū)塊的多口井中，結(jié)果表明，采用油基鉆井液效果顯著，主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面：

(1)高溫、高密度下體系穩(wěn)定性好。KHRS-506井施工過程中密度最高達(dá)到1.65 gcm3，井底最高溫度為130 ℃，油基鉆井液體系穩(wěn)定、無沉降，起下鉆暢通無阻，電測一次成功。

(2)油基鉆井液體系抑制性好，井壁穩(wěn)定，井下安全。相對于普通水基鉆井液，油基鉆井液具有更好的抑制性，抗污染能力強(qiáng)。在泥巖和砂巖地層鉆進(jìn)過程中不造漿，性能穩(wěn)定易于維護(hù)。使用油基鉆井液鉆進(jìn)過程中基本無掉塊現(xiàn)象，確保了井下安全。

(3)井徑規(guī)則。使用油基鉆井液鉆進(jìn)施工的5口井井徑擴(kuò)大率見表6，井徑擴(kuò)大率介于2.40%～10.90%。

(4)潤滑性好，定向容易。在整個(gè)定向期間，工具面易擺、無黏卡、無托壓現(xiàn)象，定向順利，在一定程度上提高了機(jī)械鉆速。5口井摩阻統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表6。

(5)鉆井液濾失量小，儲層保護(hù)效果好。5口井中壓濾失量為零，高溫高壓濾失量均在2 mL左右。

表6　油基鉆井液使用效果

3.2塔河油田DG3井現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

DG3井是位于塔里木盆地庫車坳陷亞肯3號構(gòu)造上的一口五開制風(fēng)險(xiǎn)探井，設(shè)計(jì)井深7 146.00 m，完鉆井深7 091.00 m。在四開鉆進(jìn)過程中于舒善河組鉆遇強(qiáng)水敏性泥巖(井深6 799.58 m)，導(dǎo)致多次卡鉆，最終爆破松扣被迫填井側(cè)鉆。為確保井下安全，側(cè)鉆后使用潤滑抑制性較強(qiáng)的油基鉆井液鉆進(jìn)，直至四開完鉆。在使用油基鉆井液鉆進(jìn)過程中，鉆井液密度最高達(dá)1.65 gcm3，流型較好，其性能見表7。鉆進(jìn)過程中井壁較為穩(wěn)定，井徑規(guī)則，見圖1，沒有發(fā)生任何復(fù)雜情況。四開鉆進(jìn)中使用水基鉆井液，鉆進(jìn)過程中掉塊嚴(yán)重，見圖2；使用油基鉆井液鉆進(jìn)過程中鉆屑均勻，起下鉆順暢，巖屑見圖3。

圖1　DG3井水基油基鉆井液鉆進(jìn)井段井徑對比

井深∕mρ∕(g·cm-3)FV∕sFLAPI∕mLFLHTHP∕mLPV∕mPa·sYP∕PaGel68001.637601.840150.4668501.637601.843170.4669001.647802.041140.4769801.657801.843160.50

圖2　DG3井(水基)舒善河組掉塊

DG3井使用水基鉆井液鉆進(jìn)井段，井徑擴(kuò)大率為29.3%，井徑最大處為343 mm，使用油基鉆井液鉆進(jìn)井段平均井徑擴(kuò)大率僅為2.3%，中完作業(yè)中井壁穩(wěn)定，通井、測井、固井施工順利。

圖3　DG3井油基鉆井液鉆進(jìn)中的巖屑

4結(jié)語

室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用效果分析表明優(yōu)化后的油基鉆井液具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)具有較強(qiáng)的抑制性，鉆進(jìn)過程中井壁穩(wěn)定、井徑較為規(guī)則，降低了鉆井施工的風(fēng)險(xiǎn)，提高了機(jī)械鉆速；(2)具有極好的攜巖性能和潤滑性能，降低了定向施工難度；(3)體系密度調(diào)控范圍比較大，且可抗高溫；(4)處理劑種類較水基鉆井液處理劑種類少，現(xiàn)場維護(hù)處理簡單；(5)可回收重復(fù)利用，其回收比例能達(dá)到70%，降低了鉆井成本。

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Optimization Technology of Unconventional Oil and Gas Well Drilling Fluid

WEIZhenfeng

(Western Branch, Sinopec North China Petroleum Engineering Co. Ltd., Zhengzhou 450000, China)

Abstract:To solve the problems of strong water sensitivity interval, long period of mudstone section of borehole wall stability, large friction, poor rock carrying and reservoir pollution in unconventional reservoirs′ development, an oil-base drilling fluid formulation was developed through laboratory test. The comb type arc structure emulsifier, organic soil and filtrate reducer was optimized and its resistance to temperature is 180 ℃ with density of 2.1 g?cm3. The comprehensive performance of the formula was evaluated and applied successfully in KHRS region of Saudi Arabia and Tahe oilfield. Some problems were solved such as stable borehole, rock carrying and lubrication anti jamming of a drilling tool in unconventional reservoirs. Downhole accidents were reduced drastically and the rate of penetration was improved. The on-site maintenance process is simple and could meet the need of drilling safely and quickly.

Key words:oil-base drilling fluid; unconventional reservoir; water sensitivity formation; stable borehole; anti-sloughing drilling fluid

收稿日期：2015-08-20

基金項(xiàng)目：“十二五”國家重大專項(xiàng)“大型油氣田和煤層氣開發(fā)”( 2011ZX05045-03-03)

作者簡介：魏振峰(1979 — )，男，工程師，研究方向?yàn)殂@井工藝及鉆井液研究與現(xiàn)場應(yīng)用。

中圖分類號：TE254

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-1980(2016)03-0050-04