高性能水基鉆井液在東濮老區(qū)二開制水平井的應用

趙虎，司西強，董瑞軍

1.中國石化中原石油工程有限公司 鉆井工程技術研究院（河南 濮陽457001）

2.中國石化中原石油工程有限公司 鉆井二公司技術發(fā)展中心（河南 濮陽457001）

東濮老區(qū)水平井以往采用三開制，技術套管封至A靶點。為節(jié)約鉆井成本，2020年首批二開制水平井開發(fā)2口井，表套下至明化鎮(zhèn)500 m，目的層為沙一段和沙二段，裸眼段含有大段泥巖、膏巖等，地層穩(wěn)定性差；長裸眼段和水平井開發(fā)方式給定向和起下鉆等作業(yè)帶來較大難度。以前期應用的ZYAPD高性能水基鉆井液配方為基礎，根據(jù)地層和工程情況調整鉆井液配方，降低鉆井液成本，解決了施工中的技術難題，滿足鉆完井施工要求[1]。本文對該鉆井液在東濮老區(qū)的應用進行介紹，并總結其現(xiàn)場應用效果，為該鉆井液在水平井的推廣應用提供了技術支撐。

1 低成本高性能水基鉆井液

2016年中原鉆井院針對不同區(qū)塊的頁巖氣井研發(fā)出以聚醚胺基烷基糖苷（NAPG）、陽離子烷基糖苷（CAPG）和烷基糖苷（APG）為核心主劑的烷基糖苷衍生物鉆井液體系，簡稱ZY-APD鉆井液，其成本較低，先后在昭通、長寧、南川、武隆和普光等地區(qū)應用了6口井。應用表明其解決了沙溪廟、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題，起下鉆、下套管暢通，避免了同類井應用水基鉆井液鉆井出現(xiàn)的復雜情況，對比該區(qū)塊其他高性能水基鉆井液技術和成本，其優(yōu)勢明顯[2-10]。2020年為滿足東濮老區(qū)首批二開制水平井開發(fā)，造斜段和水平段采用高性能水基鉆井液。根據(jù)地層巖性和鉆井周期，對體系配方做出如下調整：

1）降低ZY-APD鉆井液主劑加量，NAPG加量為1.0%～1.5%，CAPG加量為1.0%～2.0%，即可滿足東營組—沙二段泥巖穩(wěn)定周期大于30 d的鉆完井需求。

2）引入包被劑HP，對上部東營組軟泥巖鉆屑包被，固控設備及時清理。

3）放棄極壓潤滑劑，較低鉆井液密度（1.15～1.42 g/cm3），形成較好的泥餅質量，即可滿足鉆完井需求。

該高性能水基鉆井液與以往該地區(qū)定向井和三開制水平井采用的聚合物鉀鹽等體系對比，具有明顯的井壁穩(wěn)定、潤滑防卡和流變性控制優(yōu)勢，具體對比見表1。

2 東濮老區(qū)二開制水平井地質與工程概況

2.1 地質概況

東濮老區(qū)一期二開制水平井2口井，分別為東濮凹陷中央隆起帶文留構造文25-平1井，古云集構造云2-平6井。目的層分別為沙二段和沙一段，造斜段之下鉆遇地層和巖性見表2。

2.2 工程概況

文25-平1和云2-平6均為二開井身結構：一開Ф311.2 mm鉆頭，下Ф244.5 mm表層套管，二開Ф215.9 mm鉆頭，具體工程參數(shù)見表3。

3 鉆井液技術難點與技術思路

3.1 技術難點

1）東營組—沙二段泥巖含量高，對鉆井液井壁穩(wěn)定要求高。應用井段文25-平1泥巖含量為80%，云2-平6井泥巖含量為57%，分散特性較強。套管下深僅為500 m左右，裸眼地層易縮頸及剝蝕掉塊，鉆井過程中的機械破壞和鉆井液長時間浸泡地層，超過坍塌周期，導致井壁失穩(wěn)。

2）完鉆井斜大，裸眼段較長，潤滑防卡難度大。文25-平1井造斜點為1 980 m，A靶點為2 649 m，完鉆井深2 700 m，裸眼段長2 200 m，最大井斜92.99°，最大狗腿度為8.85°/30 m；云2-平6井造斜點為1 852 m，A靶點為2 448 m，完鉆井深2 570 m，裸眼段長2 065 m，最大井斜90.62°，最大狗腿度為7.18°/30 m。定向段鉆具滑動摩擦，對鉆井液的潤滑性和泥餅質量要求高，防止鉆頭泥包。

表1 鉆井液性能對比

表2 地質分層和巖性

表3 應用井工程概況

3）該井采用老漿轉換，含有大段膏層，鉆井液長期穩(wěn)定難度大。老井眼為低固相聚合物鉆井液，坂土含量高，以老漿為基礎轉換為高性能水基鉆井液，隨著鉆井周期的增長，中低相對分子質量的聚合物降濾失劑亦可引起鉆井液黏切值升高，井眼清潔困難。文25-平1井含膏地層高達15%，Ca2+等侵入鉆井液易導致鉆井液濾失量升高，泥餅質量變差，常規(guī)加OH-和CO32-的處理方式導致鉆井液增稠，流變性變差。

3.2 技術思路

1）鉆井液井壁穩(wěn)定能力。密度控制：參照鄰井資料合理調整鉆井液密度，大斜度定向段和水平段要高于同層位鄰井的鉆井液密度，支撐井壁穩(wěn)定，但切記不可在短時間內大幅提高鉆井液密度，以免壓漏地層。抑制能力：采用糖苷系列為主抑制劑，非離子型抑制劑（NAPG）和小陽離子型抑制劑（CAPG），作用機理為吸附成膜、嵌入及拉緊晶層等[11-17]。復配KCl使體系獲得更高的抑制能力，KCl在該體系還具有滅菌、增強鉆井液的長期穩(wěn)定性等作用。封堵能力：配合納微米封堵劑、超細碳酸鈣、磺化瀝青、改性石蠟等多種封堵材料，有利于快速形成致密的高強度封堵層，提高井壁承壓能力，可滿足地層的封堵需求。

2）鉆井液潤滑防卡技術。糖苷衍生物APD由于其分子結構上的多羥基和一個烷基基團，能夠在鉆具、套管表面及井壁巖石上產生強力吸附，烷基作為親油基則朝外規(guī)則排列，形成非常穩(wěn)定且具有一定強度的潤滑膜[18]，CAPG可通過羥基的氫鍵吸附和季銨基團的靜電吸附而牢牢吸附在黏土顆粒表面，并可直接參與泥餅的形成，使泥餅具有較好的潤滑性[19-21]。

3）鉆井液流變參數(shù)控制技術。地層泥巖含量較多，定向鉆速較慢，使用老漿轉換鉆井液，劣質固相的不斷侵入。APD為多羥基結構，優(yōu)先吸附在重晶石和鉆屑表面，吸附成膜，降低顆粒間的內摩擦，改善流動性，提高鉆井液的固相容量。APD通過吸附、交聯(lián)和護膠等作用，增強聚合物之間的結構強度，提高溫度耐受能力和抗鈣污染能力，可增強鉆井液的長期穩(wěn)定能力[22]。

4 高性能水基鉆井液在東濮老區(qū)的應用

4.1 鉆井液的配制

取現(xiàn)場井漿，測試老漿膨潤土含量，根據(jù)測定值確定老漿用量，轉換后高性能水基鉆井液膨潤土為20～25 g/L。采用邊鉆進邊轉換高性能水基鉆井液180～220 m3，配方：1%～1.5%NAPG+1.5%～2.0%CAPG+0.1%～0.2%HP+0.5%～1%納微米封堵劑+1%～2% FT（磺化瀝青）+1%～1.5% ZY-JLS（降濾失劑）+5%～6%KCl+0.1%NaOH。

4.2 鉆井液的維護處理

1）流變性控制和井眼清潔。為了同時滿足造斜段的懸浮攜砂和水平段的沖刷帶砂，鉆井液應保持合理的流變性，排量足夠且無掉塊的情況下造斜段鉆井液的黏度控制在35～60 s，有掉塊后水平段黏度控制在55～75 s較為合理；使用XC（生物聚合物）等可提高鉆井液的黏切；若需要降低鉆井液的黏切值，可用含CAPG和ZY-JLS的稀膠液稀釋。若下鉆劃眼較多，可用高XC或HP配制稠塞液清砂。

2）濾失量和泥餅質量控制。適當補充ZY-JLS可降低鉆井液的濾失量，補充NAPG和CAPG可改善泥餅質量，納微米封堵劑、超細碳酸鈣、磺化瀝青FT等可降低濾失量。

3）鉆井液的防塌措施。保持合理的鉆井液密度，有效支撐井壁，是保持井壁穩(wěn)定的前提。鉆進過程中根據(jù)井下實際情況及時上提密度。保持抑制劑的含量：3%APD（NAPG和CAPG總和）+5%KCl；保持封堵劑的含量：1%納微米封堵劑+2%磺化瀝青，當出現(xiàn)井壁掉塊時可適當提高磺化瀝青加量。

4）潤滑防卡措施。糖苷系列產品具有良好的潤滑效果，井斜25°前可滿足定向的需要，但隨著井斜角的增大，井眼軌跡變化較大，單靠增加APD增大潤滑性不經濟，可少量補充改性石蠟等提高鉆井液潤滑性；完井過程中增加塑料小球保證電測和下套管的順利進行。

4.3 完井措施

完鉆電測前強化離心機的使用，降低固相含量；下套管通井過程中，采用分段循環(huán)，強化離心機使用，降低固相含量，利于水平段的清砂。牙輪鉆具下鉆到底，循環(huán)清砂完畢，泵入30 m3封閉液后，封閉1 000 m裸眼段，起鉆后進行下套管作業(yè)到預定井深。

電測封閉液組成：井漿+2%NAPG+1%FT+1%改性石蠟。下套管封閉液組成：井漿+2%NAPG+1%FT+1%改性石蠟+0.5%塑料小球。

5 應用效果

在整個鉆進過程中，鉆井液性能穩(wěn)定、井下安全、起下鉆暢通無阻、電測和下套管作業(yè)一次成功，達到了穩(wěn)定井壁、保護儲層及井下安全的目的。具體應用效果如下：

1）強抑制和強封堵相結合，有效保障了東營組—沙二段的地層穩(wěn)定。保持合理的鉆井液密度，東營組鉆井液密度為1.17～1.27 g/cm3，沙一段密度為1.23～1.33 g/cm3，沙二段密度為1.25～1.42 g/cm3。保持不低于3%APD+5%KCl；保持封堵劑的含量：1%納微米封堵劑+2%磺化瀝青FT，提高對地層微裂縫和微孔隙的封堵能力，當出現(xiàn)井壁掉塊時可適當提高封堵劑含量。通過ZY-JLS降低濾液浸入，提高了井壁穩(wěn)定性。文25-平1井應用段泥巖含量為80%，因密度支撐不夠，鉆進至2 089 m，振動篩返出灰色、棕色泥巖掉塊，上提密度至1.35 g/cm3，觀察振動篩返砂基本正常；云2-平6井泥巖含量為57%，全井段井壁穩(wěn)定，應用段平均井徑擴大率為6.44%，反映出鉆井液的抑制黏土水化分散能力強。

2）潤滑性好，滿足定向施工，利于降低循環(huán)壓耗、提高機械鉆速。APD具有良好的潤滑性，保持APD類產品總量≥3%，隨著井斜和方位變化增大，水平段的加長，及時補充改性石蠟和石墨等有助于提高鉆井液的潤滑性。兩口井二開段為215.9 mm（8?″）井眼，鉆進過程中排量為32 L/s，泵壓為12～16 MPa，起下鉆和拉井壁平均摩阻為4～8 t。云2-平6井實鉆過程中起下鉆和拉井壁摩阻如圖1所示。

圖1 云2-平6井二開井段實鉆摩阻

3）剪切稀釋好、攜巖能力強，保證了井眼清潔及巖屑床的清除。APD鉆井液為低黏高切型鉆井液，多數(shù)井段鉆井液黏度控制在40～70 s，排量為32 L/s，可較好地滿足造斜段的懸浮攜砂和水平段的沖刷帶砂，實鉆過程中起下鉆和拉井壁順暢。文25-平1井2 089 m鉆進過程中的掉塊，如圖2所示，鉆井液可及時將其攜帶出地面，有效清除振動篩，避免了井下復雜工況的發(fā)生。分段鉆井液性能見表4。

圖2 文25-平1井2 089 m鉆進過程返出的掉塊

表4 應用井分段鉆井液性能

4）鉆井液成本較低，并且實現(xiàn)了回收再利用。因兩口井鉆井液單方成本僅為同密度油基鉆井液（回收再利用漿）的25%～35%，ZY-APD等高性能水基鉆井液標準配方的50%～60%，大大降低了鉆井液的成本。因兩口井為同期井，文25-平1井未完鉆時，云2-平6井已開鉆，故無法使用前者轉換的鉆井液，后期維護使用前者老漿30 m3，兩口井回收鉆井液260 m3，以備后期同類井開發(fā)使用。

6 結論及認識

1）APD水基鉆井液體系在井壁穩(wěn)定、潤滑能力和攜巖帶砂效方面果良好，3%APD加量即可滿足東濮凹陷二開制水平井開發(fā)所需鉆井液的抑制、潤滑和流型調節(jié)需要。

2）體系采用納微米封堵劑、磺化瀝青等封堵材料，沙一段以下API濾失量控制在5 mL以內，可滿足泥巖、膏泥巖和砂巖層的封堵要求。

3）合理使用固控設備及配置振動篩目數(shù)，轉換泥漿時適當降低振動篩目數(shù)（部分80目），轉換完成無井漏的情況下，可適用高目數(shù)（180目）篩布，提高固控效率，保持井眼清潔。