高44平2井保護儲層防塌鉆井液的研究與應用

郭明紅，田 野，賈東民，李海彪，喻化民

(中油渤海鉆探工程有限公司，河北 任丘 062552)

高44平2井保護儲層防塌鉆井液的研究與應用

郭明紅，田 野，賈東民，李海彪，喻化民

(中油渤海鉆探工程有限公司，河北 任丘 062552)

針對高44平2井地質特性和鉆井需求，采用了無固相復合有機鹽保護儲層防塌鉆井液體系。該鉆井液體系具有動塑比高(≥0.8)、潤滑性好、抑制性強、儲層保護效果佳等特點，尤其適合于水平井鉆井施工。高44平2井二開(400～2 931 m，水平段2 542～2 931 m)使用無固相復合有機鹽鉆井液體系鉆進，穿越明化鎮組、館陶組、東營組和沙河街組等多套地層，水平位移達1 183.47 m，整個鉆進過程鉆井液性能穩定，攜砂效果好，井壁穩定，無垮塌掉塊現象，起下鉆、電測和下套管作業均無掛阻，很好地滿足了現場施工和儲層保護的需求。

無固相鉆井液;復合有機鹽;水平井;保護儲層;強抑制

引言

2011年，為了進一步滾動擴邊，增加產能，華北油田采油三廠在冀中坳陷饒陽凹陷高陽油田高44斷塊部署了高44平2評價井。該井采用二開井身結構，二開從400 m一直鉆達2 931 m完鉆，裸眼段長，水平段近400 m，水平位移近1 200 m，且穿越多套地層，鉆井施工難度相當大［1－4］。

為了確保鉆井施工安全、快速進行，且最大限度地保護油氣層，該井二開采用無固相復合有機鹽保護儲層鉆井液體系。在現場施工過程中該鉆井液體現出了優良的井眼清潔、井壁穩定和儲層保護能力。

1 地質及工程概況

1.1 地質概況

高44平2井位于冀中坳陷饒陽凹陷高陽油田高44斷塊，依次鉆遇第四系平原組，上第三系明化鎮組、館陶組，下第三系東營組和沙河街組，目的層位為沙一下段，各層位地層壓力系數預測及鉆井液維護重點見表1。

表1 高44平2井各層位地層壓力系數預測及鉆井液維護重點

1.2 工程概況

高44平2井于2011年7月11日一開，采用?444.5 mm鉆頭鉆至401 m，表層套管為?339.7 mm×400 m;7月14日二開，采用?215.9 mm鉆頭，7月29日鉆至2 931 m，完鉆，垂深為2 361.25 m，井斜角為72.5°，套管為?139.7 mm×2 925.54 m。

該井從950 m開始造斜，最大井斜為73.41° ×2 634.41 m。A靶點:井深為2 542 m，垂深為2 236.4 m，井斜角為67.2°，方位為129.68°，位移為848.54 m;B靶點:井深為2 896 m，垂深為2 350.51m，井斜角為 72.03°，方位角為128.91°，位移為1 183.47 m。

2 鉆井液技術難點

高44平2井采用二開井身結構，二開從400 m一直鉆達2 931 m完鉆，鉆井施工難度相當大，對鉆井液性能提出了極為苛刻的要求。

(1)裸眼段長達2 531 m，要求鉆井液具有良好的抑制性和穩定井壁的能力。

(2)穿越明化鎮組、館陶組、東營組和沙河街組等多套地層，各套地層對鉆井液性能要求差異較大，為了保證整個二開井段的安全鉆進，在調整鉆井液性能時必須綜合考慮到各套地層之間的差異。

(3)水平段近400 m，水平位移近1 200 m，要求鉆井液具有以下性能:①良好的攜巖性，能夠及時將井底沉砂帶出井筒，避免形成巖屑床，保證井眼清潔;②良好的潤滑性，對于水平井而言潤滑性的好壞直接關系到鉆井施工的安全與否;③水平段地層由于其特殊的應力作用極易發生井壁失穩，要求鉆井液具有良好的護壁性，確保井壁穩定。

(4)要求鉆井液具有良好的油層保護效果。

3 保護儲層防塌鉆井液方案制訂

綜合考慮高44平2井地質及鉆井施工需求，同時最大限度地保護儲層，確定該井二開采用無固相復合有機鹽鉆井液體系。

無固相復合有機鹽鉆井液不使用黏土，也不使用惰性加重材料，所使用處理劑均完全水溶。需要加重時，采用溶解度高的有機鹽，最高密度可達到1.55 g/cm3，消除了鉆井液中惰性固相對油層的堵塞作用;而且有機鹽的強抑制性能夠抑制儲層中膠結物吸水膨脹分散運移，具有良好的儲層保護作用。該鉆井液體系的主要特點是:無固相、強抑制性、獨特流變性，具有常規鉆井液無法達到的保護儲層、穩定井壁與凈化井眼的效果，是水平井儲層鉆井理想的鉆開液［5－9］。

3.1 無固相復合有機鹽鉆井液的組成

通過大量室內實驗，優化出了適合于高44平2井二開井段鉆井施工需求的無固相復合有機鹽鉆井液體系，基本配方為:清水+(0.2%～0.5%)碳酸鈉+復合有機鹽(根據密度需求確定)+ (0.5%～1.0%)聚胺抑制劑+(0.1%～0.3%)高效提切劑+(0.1%～0.3%)快弱凝膠劑+(1%～2%)抗鹽降濾失劑+(2%～3%)無熒光防塌劑+ (2%～3%)成膜降濾失劑+(2%～3%)專用極壓潤滑劑。

3.2 無固相復合有機鹽鉆井液的性能

3.2.1 常規性能

無固相復合有機鹽鉆井液的常規性能參數見表2。從表2可知，?3和?6值高，靜切力合適，具有良好的懸浮巖屑能力;動塑比在0.8以上，攜巖能力強;摩阻系數低，降低了水平井鉆井黏卡的風險;API失水能控制在5 mL左右。

表2 無固相復合有機鹽鉆井液的常規性能

3.2.2 抗巖屑污染能力

固控設備配備差或固控能力不能滿足施工需要等原因都會造成鉆井液中有害固相含量增加，這就要求體系具有較高的抗固相污染能力，以保持體系性能穩定。取家16井泥巖巖屑，粉碎后過100目篩制成巖粉，將巖粉加入無固相復合有機鹽鉆井液中，評價其抗巖屑污染能力，結果見表3。從表3可知，當混入10%的巖粉時，體系流變性能、濾失量基本不變，說明該鉆井液體系抑止鉆屑水化分散性能優良，具有理想的抗鉆屑污染的能力。

表3 無固相復合有機鹽鉆井液抗巖屑污染能力評價結果

3.2.3 抑制性

分別向清水、聚合物鉆井液、有機硅鉆井液和無固相復合有機鹽鉆井液中加入40 g粒徑為6～10目的巖屑，在120℃下滾動16 h，用40目篩回收，測定巖屑回收率(表4)。實驗結果表明，無固相復合有機鹽鉆井液中巖屑回收率明顯高于清水和其他2種鉆井液，說明該鉆井液能很好地抑制泥頁巖的水化膨脹與分散。

表4 無固相復合有機鹽鉆井液抑制性評價結果

3.2.4 儲層保護能力

采用JHDS－2高溫高壓動失水儀和靜態流動實驗儀，按油層保護行業標準進行實驗，結果見表5。對于2種滲透率的巖心，無固相復合有機鹽鉆井液滲透率恢復值均達到了90%以上，能有效保護油氣層。

表5 無固相復合有機鹽鉆井液儲層保護能力評價結果

4 現場試驗

4.1 二開鉆井液施工過程

2011年7月12日14∶00開始按照室內優化配方配鉆井液;7月13日20∶45開始替鉆井液;7月14日5∶00二開開鉆;7月29日5∶30鉆至2 931 m，完鉆。

現場鉆井液維護原則上以補充新漿為主，根據地質和工程需求加入適量處理劑對鉆井液性能加以調整。具體實施過程中，使用聚胺抑制劑提高鉆井液抑制性，抑制造漿、控制膨潤土含量上升;使用快速弱凝膠劑、高效提切劑配合提黏切、調節鉆井液流型;使用抗鹽降濾失劑、成膜降濾失劑和無熒光防塌劑配合控制濾失量，改善泥餅質量;使用專用極壓潤滑劑改善鉆井液潤滑性;使用水溶性加重劑加重鉆井液，并根據實鉆情況合理調整密度，達到安全快速鉆進的需求。

該井井身結構較為特殊，二開從400 m一直到完鉆，鉆遇多套地層，上部地層與水平段儲層采用同一鉆井液體系，現場施工過程中針對各套地層和各種特殊工況對鉆井液性能及時進行了調整。

(1)鉆遇明化鎮組和館陶組時，由于地層疏松，鉆井液滲漏量較大，采用超低滲透處理劑進行封堵，處理后鉆井液消耗量較采用普通聚合物鉆井液鉆井時大幅度減少。

(2)鉆遇館陶組下部礫巖之前，為了盡可能降低礫巖垮塌的風險，適當地提高了鉆井液黏度。

(3)進入東營組，為了抑制地層造漿，一方面提高復合有機鹽含量，另一方面加入聚胺抑制劑，結果鉆穿東營組鉆井液中土般土含量沒有明顯增加。

(4)進入造斜點之前，提前加入專用極壓潤滑劑，整個定向過程沒有出現拖壓。

(5)起鉆電測前，適當提高鉆井液黏度，進行大排量洗井，然后將1 t專用極壓潤滑劑配40 m3鉆井液注入水平段，電測均一次成功。

(6)起鉆下套管之前，大排量洗井，然后將1 t塑料小球配60 m3鉆井液注入水平段，確保了下套管、固井施工的順利進行。

4.2 應用效果分析

整個二開鉆進過程中，鉆井液性能穩定，動塑比高，攜砂效果好，井底基本沒有沉砂，能較好地反映鉆時和地層變化情況;失水嚴格控制在設計范圍內，井壁穩定，無垮塌掉塊現象;起下鉆無掛阻。

現場鉆井液性能參數見表6。圖1為東營組鉆進過程中振動篩返砂情況，從圖1中可以看出現場鉆井液攜砂效果極佳，此外返出鉆屑菱角分明，且不聚結成團，表明復合有機鹽鉆井液具有較強的抑制性。

表6 現場鉆井液性能測定結果

圖1 東營組鉆進過程中振動篩返砂情況

5 結論及認識

(1)復合有機鹽鉆井液體系很好地滿足了高44平2井安全快速鉆井的需求，最大限度地保護了油氣層。

(2)現場實踐表明，復合有機鹽鉆井液具有固相含量低、攜巖性好、抑制性強、保護儲層效果佳等特點。

(3)復合有機鹽鉆井液在高44平2井的成功應用，為今后同類型井的鉆井施工提供了有力技術支撐。

［1］張金波，鄢捷年.國外特殊工藝井鉆井液技術新進展［J］.油田化學，2003，20(3):285－290.

［2］魏治明，石磊，馬世昌.國內水平井鉆井液、完井液應用技術綜述［J］.石油鉆井工程，1996，3(3):22－27.

［3］陳樂亮.水平井鉆井液體系綜述［J］.鉆井液與完井液，1991，8(4):1－6.

［4］耿曉光，孫憲軍，鄭濤.水平井水基鉆井液體系應用現狀［J］.鉆井液與完井液，2007，24(6):72－75.

［5］徐同臺，趙忠舉，徐云英.國內外鉆井液技術新進展及對21世紀的展望(Ⅰ)［J］.鉆井液與完井液，2000，17 (6):30－37.

［6］吳飛，陳禮儀，周應華，等.甲酸鹽無固相鉆井液研究［J］.成都理工大學學報:自然科學版，2003，30(3): 322－326.

［7］虞海法，左鳳江，陶德燦，等.水平井無固相甲酸鹽保護儲層鉆井完井液技術［J］.鉆井液與完井液，2008，25(5):42－45.

［8］陳樂亮.甲酸鹽基鉆井液完井液體系綜述［J］.鉆井液與完井液，2003，20(1):31－36.

［9］范山鷹，向興金，岳前聲.無固相弱凝膠鉆井液體系的室內試驗研究［J］.江漢石油學院學報，2004，26(1): 69－72.

Study and application of reservoir protection and anti－sloughing drilling fluid for Gao44－P2 horizontal well

GUO Ming－hong，TIAN Ye，JIA Dong－min，LI Hai－biao，YU Hua－min
(CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited，Renqiu，Hebei062552，China)

Solid－free composite organic salt drilling fluid was used to protect the reservoir and prevent caving in Gao44－P2 well in accordance with the geological characteristics and drilling requirements.This drilling fluid system has high ratio of yield point to plastic viscosity(≥0.8)，good lubricity，is highly inhibitive and reservoir－protective，especially appropriate for horizontal wells.It was applied in Gao44－P2 for drilling 400～2 931 m and horizontal section 2 542～2 931 m，including formations such as Minghuazhen，Guantao，Dongying and Shahejie，with horizontal displacement reaching 1 183.47 m.In the whole drilling course，the drilling fluid had shown steady performance，good sand carrying ability and borehole wall stability，no caving occurred，and no obstructions were encountered during tripping in and out，electrical logging or casing installation，thereby satisfied the requirements of drilling operation and reservoir protection.

solid－free drilling fluid;composite organic salt;horizontal well;reservoir protection;strong inhibition

TE254

A

1006－6535(2012)03－0147－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.039

20111205;改回日期:20111224

中油渤海鉆探工程有限公司科技項目“無固相鉆井液技術深化研究”(2009ZD02K)

郭明紅(1982－)，男，工程師，2004年畢業于中國石油大學(華東)應用化學專業，2007年畢業于中國石油大學(華東)應用化學專業，獲碩士學位，現主要從事油田化學方面的研究與應用工作。

編輯孟凡勤