鑲嵌膜屏蔽鉆井液在水平井中的應用

劉高

中國石化華北分公司工程監督中心(河南鄭州450006)

鑲嵌膜屏蔽鉆井液在水平井中的應用

劉高

中國石化華北分公司工程監督中心(河南鄭州450006)

介紹了鑲嵌膜屏蔽鉆井液技術發展、特點及其優勢，針對其在華北分公司杭錦旗工區水平井應用試驗過程中技術特點進行分析研究，并對試驗過程中出現的復雜、不足等情況進行總結。該體系對于提高井壁穩定有它獨特的優勢，能夠實現固液分離、循環利用和不排漿，鑲嵌膜體系與不落地設備組合運行，能夠徹底消滅傳統泥漿坑。

鑲嵌膜屏蔽鉆井液;鉆井液性能;井漏預防;水平井

杭錦旗地區為中國石化華北分公司重點勘探開發領域，杭錦旗地區石盒子組已形成2個主要生產層，多口井工業氣流的獲得，顯示出該區塊巨大的勘探及開發潛力。杭錦旗地區泊江海子斷裂帶的影響導致井漏頻發、鉆井周期、生產成本居高不下，嚴重制約了勘探開發步伐。針對上述問題，通過試驗鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系在水平井中的應用，為該地區勘探開發奠定堅實基礎。

鑲嵌膜屏蔽鉆井液技術起源于屏蔽暫堵技術，屏蔽暫堵技術先后有常規屏蔽暫堵技術、廣譜屏蔽暫堵技術［1］和理想充填屏蔽暫堵技術等。這些屏蔽暫堵技術要求暫堵劑粒子尺寸小孔隙或裂縫尺寸，且按一定規則與儲層孔喉尺寸嚴格匹配，因此準確獲取儲層孔隙尺寸及分布狀況是成功實施屏蔽暫堵技術的前提和關鍵所在［2］。

該技術所用的鑲嵌屏蔽劑是由高分子聚合物包裹屏蔽劑形成的，具有彈性可變性和直徑大于儲層孔隙直徑的特征，在壓差的作用下，鑲嵌屏蔽劑顆粒部分鑲嵌在孔隙入口處，將孔隙封堵住，其余部分仍在孔隙外面，以井壁“軟套管”阻止鉆井液濾液及固相顆粒進入地層，進而有效防止頁巖水化膨脹及屏蔽地層孔隙和微裂隙，起到單向封堵的作用。此封堵材料的彈性可變性特征可使其對入口為不同形狀的孔隙均具有良好的適應性，克服了剛性顆粒因不能變形而適應性差的缺點。根據其特點，該技術可用于國內大部分油氣井勘探開發［3］。該技術曾在長慶油田定向井靖45520-02井實際應用，與臨井使用的常規聚合物體系01井對比井徑擴大率由8.3%降低到5.19%，使用過程中，達到了井眼規則、不造漿、用水量小、提高鉆速、節能環保等設計的效果。

鑲嵌膜屏蔽鉆井液技術有利于防止鉆井液進入儲層內部，在反壓差的作用下屏蔽層很容易解堵［4］。因此，該技術不需要特殊的解堵措施，完井后，在生產壓差(負壓差)的作用下，堵塞自動解除，儲層恢復原來的滲透率，而不影響油井產能［5］。

1 鑲嵌膜屏蔽鉆井液技術在水平井中的應用

為響應國家日益嚴格的環保要求，以及從根本上解決水平井在鄂北工區達到可能化、現實化，中國石化華北油田分公司引進鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系，在水平井中應用試驗，徹底解決井漏、泥漿不落地、固液分離難等問題。

1.1 針對劉家溝組井漏對策

杭錦旗地區三疊系劉家溝組屬于低破裂壓力層段，存在垂直裂縫，易發生井漏。針對井漏問題，鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系有良好的解決方法。

錦1井施工中為了使下部造斜段、水平段能夠安全順利進行，在鉆穿劉家溝組進入石千峰組30m時，對劉家溝組井段做一次當量密度為1.25g/cm3的承壓試驗，關閉閘板防噴器使用單凡爾憋壓做承壓試驗，立壓憋壓至3.0MPa，套壓憋壓至2.5MPa，穩壓30min基本無壓降，承壓試驗成功。為下一步水平段加重奠定基礎，避免了由于加重導致薄弱地層的失穩(表1)。

表1 井漏對比數據表

由表1數據分析可知，鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系鑲嵌屏蔽劑顆粒部分鑲嵌入孔隙入口處，將孔隙封堵住，對于預防井漏有明顯的效果。

1.2 鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系對水平井提供良好的鉆井液性能技術保障

1)現場通過做API濾失量測定，對泥餅進行評價，薄而致密有韌性，觸摸感非常光滑，無澀感。定向鉆進時，基本無脫壓現象，起下鉆摩阻較小(本井導眼段最大井深井斜42.36°，起下鉆摩阻為2～4t)。

2)錦1井在二開直井段和導眼造斜段施工中，塑性黏度在11～12mPa·s，動塑比一直保持在0.9～1.1。上直井段快速鉆進過程中，加單根時沒有倒返漿現象;下鉆中途頂漿后也沒有倒返漿現象。鉆進至井深1 900m時振動篩返出少量掉塊，掉塊尺寸較大，棱角分明，沒有重復破碎跡象，能一次性攜帶出井，最大掉塊尺寸4cm×5cm。

3)一開固井時按照鉀氨基聚合物體系井徑擴大率15%計算，并加入5%的附加量，估算后水泥漿注入量26m3，返出地面10m3。通過反向計算，本井一開井眼擴大率在6.45%左右。二開直井段短起下鉆過程中每柱均有輕微遇阻顯示，上下活動鉆具，鉆具自動旋轉，遇阻點通過。

鉆遇煤層段時未加重，使用常規泥漿比重(1.11g/cm3)鉆穿煤層，振動篩無掉塊現象，后期短起下順暢，無阻卡顯示。

錦1井作為鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系試驗井的成功，標志著該體系在水平井應用的可行性。鉆井液內微米顆粒鑲嵌于井壁，造就良好的屏蔽性能，能夠有效實現滲透承壓，有效防止坍塌掉塊及井漏，有利于地層結構的穩定;良好的抗沖刷性能，能夠有效解決沖刷破壞弱膠結層段問題;通過調整屏蔽劑的添加量，可以控制體系的動、靜切力在適合正常鉆井的范圍內;鑲嵌膜屏蔽體系抗多種極度污染，固井水泥漿及鉆塞均不會影響鉆井液性能。

2 結論與建議

1)鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系由于材料重復利用需要，振動篩采用粒徑0.35mm篩網，大量顆粒處理任務落到除砂器上，除砂器處理量有限;且采用粒徑0.35mm篩網，影響細砂巖和部分中砂巖地質錄井工作。

2)鑲嵌膜屏蔽鉆井液由于泥質含量過高和黏度過高頻繁出現泥包鉆頭現象，以及其對固控設備要求過高等問題，還需對新體系進行試驗，結合工區地層特性不斷優化鉆井液性能指標以及現場鉆井液維護處理方法。

3)鑲嵌膜屏蔽鉆井液體系雖然存在上述各種不足，但該體系對于提高井壁穩定有它獨特的優勢，能夠實現固液分離、循環利用和不排漿，鑲嵌膜體系與不落地設備組合運行，能夠徹底消滅傳統泥漿坑。

［1］黃達全，許少營，田增艷.廣譜型屏蔽暫堵保護油層技術在大港油田的應用［J］.鉆井液與完井液，2004，21(6):23-27.

［2］賀雷.新型膜屏蔽鉆井液研究［D］.北京:中國石油大學: 2011.

［3］呂開河，喬偉剛，趙修太，等.鑲嵌屏蔽鉆井液研究及應用［J］.鉆井液與完井液，2012，29(1):23-26，90.

［4］王飛，魏軍，李元啟，等.鉆井液屏蔽暫堵技術在陜北探區的應用試驗［J］.江漢石油學院學報，2003，25(2):70-71.

［5］劉愛軍.新型屏蔽暫堵鉆井完井液技術研究［J］.濟南大學學報:自然科學版，2003，17(1):83-86.

The development，characteristics and advantages of the embedded membrane shielding drilling fluid technology are introduced.The technical characteristics of its application to the horizontal wells in North China Hangjinqi area are analyzed，and the problems occurring in its application are summarized.This system has its unique advantages in improving the stability of wellbore，it can realize the separation of the solid with the liquid，realize the cyclic utilization of the drilling fluid without the drainage of drilling fluid，and the traditional mud pit can be eliminated by the combination of the embedded membrane system with the no-landing equipment.

embedded membrane shielding drilling fluid;drilling fluid property;well leakage prevention;horizontal well

立崗

2015-06-04

劉高(1984-)，男，現主要從事鉆井監督工作。