納米乳液體系在海南鉆井中的應用

摘要: 納米乳液是以非離子表面活性劑和石蠟等為主要原材料合成的膠體體系，乳液在水中易分散，流動性好，實驗表明，納米乳液鉆井液體系，具有良好的抑制防塌、潤滑保護油氣層的能力。該技術在花東4-1X井中進行了應用。結果表明，應用納米乳液鉆井液體系鉆井過程中能降低摩阻和扭矩，同時納米乳液抑制粘土礦物水化膨脹和分散能力，對保持井壁穩定起到了一定的作用，保證了電測、下套管順利，有效地保護了油氣層。

關鍵詞: 納米乳液;潤滑劑;抑制性;穩定性

1.概況

花東4-1X井是位于海南省澄邁縣老城鎮孟樂村以南約850米處，三維地震剖面IN-1002/CR-1390線交點上，是福山油田凹陷花場構造花東4塊高點上的一口生產井。該井的鉆探目的是旨在進一步認識花東地區北邊塊花東4斷塊流三段上亞段油氣層分布規律以及進一步落實該塊油氣水關系。該井一開用φ444.5mm鉆頭鉆至198.41米，φ339.7mm套管下至196.41米;二開用φ311.1mm鉆頭鉆至2200米，φ244.5mm套管下至2198.64米;三開用φ215.9mm鉆頭鉆至4095米，φ139.7mm套管下至4085米完井。

2.鉆井技術難點分析及鉆井液體系選擇

(1)一開0m~200m井段為望樓港組淺灰色泥巖夾層生物碎屑巖和生物碎屑灰巖，注意防漏和防塌是重點;(2)二開200m~2200m井段主要巖性為砂礫巖、砂巖與泥巖互層，鉆井液應具有較強的造壁性、抑制性和封堵能力，形成致密內泥餅，如何采取適當的排量和粘度，防止泥巖地層造漿和砂礫巖地層縮徑為本段地層的重點;(3)三開2200m~4095m井段主要是潿洲組和流沙港組，其中流沙港組的流二段地層主要為硬脆性泥巖，易剝落掉塊，要求鉆井液具有較強的防塌能力和抑制能力。鉆遇油層前100m左右，調整鉆井液達到設計要求的指標，采取有效措施保護油氣層。主要重點是如何解決好流沙港組地層硬脆性泥巖垮塌，注重做好油氣層保護工作。

針對海南省澄邁縣花場區塊地層特點，選用分段鉆井液體系必須具備以下特點:(1)具有良好的流變性能和較強的攜巖能力，能夠滿足快速鉆井的需要;(2)具有較強的抑制性、防塌性，能更好的解決井壁穩定問題;(3)有較低的API濾失量、薄而致密的泥餅、良好的護壁能力和潤滑防塌性能及良好的油氣層保護性能。根據以上所述對鉆井液體系進行了優選:一開0m~200m，膨潤土鉆井液;二開200m~2200m，聚合物膨潤土鉆井液，下部井段2200m~4095m，聚磺納米乳液鉆井液體系。

本井納米乳液鉆井液體系配方:3%~4%膨潤土+1%~2%NaOH+0.4%PAM+3%高溫高壓降失水劑+3%~5%防塌劑+0.5%納米乳液。

3.納米乳液在現代鉆井完井液中的功效

納米乳液是一種透明/半透明(50mm-200mm)或乳白色的乳狀液(約500mm)，也被成為微小乳狀液、超細乳液、乳膠液、不穩定乳液、亞微米乳液等。在鉆井完井液中引入納米材料可以解決很多目前亟待解決的問題，因為納米材料的引入可以改善鉆井完井液的性能，這包括:提高熱火穩定性，從而改善鉆井完井液的總體穩定性;改善鉆井完井液的流變性;提高泥餅的致密性，改善泥餅的厚度;提高鉆井完井液的潤滑性，減少鉆具的磨損，降低起下鉆的磨阻。應用納米乳液鉆井液穿過油氣層時，通過在近井壁處形成滲透率極低的屏蔽帶，有效阻止鉆井、完井液中的固相顆粒和濾液進入地層深部，避免鉆井液對油氣流通道的永久性堵塞，起到了良好的油氣層保護作用。同時由于暫堵劑是石蠟，易于反排，因此不會對油層造成傷害。

3.1納米乳液的潤滑性能

配制一定濃度的基漿，按一定比例加入納米乳液，用高溫高壓粘附儀，在一定的溫度下進行測定，由公式:f=M×0.845×10-2可以計算出粘附系數f，隨著納米乳液加量的增加粘附系數不斷減小，當至加量增加至1.0%時，粘附系數接近零，隨著溫度的升高，納米乳液的潤滑性能有所增強，實驗結果見表1、2。

3.2納米乳液的抑制性

(1)線性膨脹量。稱取10g經過處理的鈣質膨潤土，在壓片機上用10MPa壓力下維持5min制得樣品片，再用20mL所配溶液浸泡，并在NP-01頁巖膨脹儀上測定基線性膨脹高度，結果如下:0.5%納米乳液溶液中，8小時的膨脹高度為2.65mm，而7%KCI為5.82mm。加0.5%納米乳液的鉆井液的抑制粘土膨脹的效果明顯好于7%KCI，隨著溫度的升高膨脹有所降低。

(2)頁巖回收率。頁巖回收率實驗結果見表3。從表3中可以看出加入0.5%的納米乳液和7%KCI的頁巖回收率接近，1.0%的納米乳液回收率則高于7%KCI。

研究表明，納米乳液對鉆井完井液的潤滑性能改變非常明顯，具有很好的抑制性能，而且對其儲層保護效果也比較強。

4.現場應用

4.12200m~4095m井段

此井段是本井的目的層，主要是潿三段和流沙港組。潿三段地層容易在砂巖井段井壁形成虛厚泥餅，導致井眼縮徑。而流沙港組易坍塌，改變泥餅質量，減少鉆井液向地層滲透，保護好油氣層。鉆進過程中，除了具有足夠的排量之外，鉆井液還必須具有良好的攜帶性和流變性能，否則容易引起鉆屑下沉和引起井下復雜情況?，F場的施工過程中，在潿三段我們采用低粘、低切鉆井液。當鉆至流沙港組時，我們在鉆井液中加入了3%的降失水劑和5%的防塌劑，控制鉆井液的API失水為4ml，在保證了鉆井液在層流攜砂的前提下，還減少了鉆井液對井壁的沖刷。為了保護油氣層和增加鉆井液潤滑抑制性，我們在鉆井液中加入了0.5%的納米乳液并定期加入封堵性處理劑，從而更有效的保護了油氣層和增加了鉆井液的潤滑防塌性。

當鉆至井深3683米中靶之后，為了保證井下安全，防止壓差掉塊和油氣浸，我們將鉆井液密度提高至設計要求的的1.40 g/cm3。當完鉆循環時發現有較好的油氣顯示，為了更安全的完成測井等后續施工，將鉆井液密度提高到1.50 g/cm3，保證了下部施工作業的順利進行。

4.2現場應用效果

納米乳液的加入，使得花東4-1X井鉆井液整體展現出良好的潤滑性，較好的抑制性，電測一次性成功，平均井徑擴大率5%，下套管作業非常順暢，固井質量為優。而同井臺的花東4井電測時在3200米處就遇阻，通井后才電測成功。

從上表中可以看出，使用了納米乳液強抑制鉆井液體系的花東4-1X井，無論在鉆井周期、建井周期、還是電測成功率來比較，效果都明顯優于花東4井，而且在鉆井施工過程中，起下鉆作業也無遇阻、劃眼等復雜情況，充分說明納米乳液體系的鉆井液具有較好的流變性能和潤滑抑制性。

5.認識與建議

(1) 納米乳液鉆井液體系具有良好的潤滑能力，鉆井過程中能降低摩阻和扭矩，有效的保證了井下的安全。

(2) 納米乳液具有良好的抑制粘土礦物水化膨脹和分散能力，對保持井壁穩定起到了一定的作用。

(3) 納米乳液鉆井液體系在花東4-1X井的應用達到了控制井徑、穩定井壁的效果，保證了電測、下套管順利，有效的保護了油氣層，取得了良好的油氣顯示。

參考文獻:

[1] 王毅等，納米技術在鉆井完井液中的應用前景[J].鉆井液與完井液，2008，25(1):69-71