高性能鉆井液體系在水平井鉆井中的應用

董 明

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

隨著國內外各大油田的勘探開發的不斷深入，水平井鉆井應用已經越來越普遍。在水平井鉆井施工中，保持井壁穩定、井眼清潔、潤滑防卡，防止井下事故復雜的發生是關鍵，因此作為鉆井血液的鉆井液技術就顯得尤為重要。

1 水平井鉆井液技術特點

1.1 保持井壁穩定

水平井的井壁穩定與直井之間存在很大的差別，這主要是因為造斜井段與水平井段存在井斜角，使井壁的受力情況與直井相比發生了根本性的變化。特別是在水平井段，井眼的上井壁不僅受到縱向力和橫向力的作用，而且還受到上覆巖層的壓力作用，而井眼卻處在懸空的狀態，這樣就很容易使井壁失去穩定性。當起下鉆發生壓力抽吸的時候，上井壁會失去鉆井液壓力平衡而發生井壁坍塌，而且地層的坍塌壓力與井斜角之間存在正比關系，而地層的破裂壓力卻與井斜角之間存在反比例關系，因此在水平井的水平段施工中，鉆井液技術必須要采用與直井不同的，更加有效的技術措施來防止井壁坍塌，這樣才能保證鉆井施工的順利進行。

1.2 井眼清潔

施工水平井與施工直井不同，在水平井中由于井斜角度存在，使鉆井工具在井下的狀態發生了變化，特別是在水平段中，井下的鉆具不是懸空在井眼中，而是躺在下井壁上，這也就使鉆井液在井內的流動速度發生了變化，在靠近上方井壁的鉆井液流速比較高，而靠近下井壁的鉆井液流速卻比較低，因此在下井壁的巖屑很容易堆積，形成下井壁的巖屑床，使井眼不夠清潔，起鉆或者下鉆過程中造成鉆井工具的遇阻或者遇卡，嚴重影響了水平井施工的井下安全和施工效率。

1.3 潤滑防卡困難

水平井施工與其直井施工的最大不同就是井斜角存在，而且在水平段中的井斜角基本都是接近90°，因此鉆井工具與井壁的接觸面積也就增大了，隨著水平井施工的不斷進行，鉆井工具與井壁的接觸面積逐漸增加，這個施工的鉆井施工摩阻和扭矩也就隨著增加，因此對于水平井鉆井液技術來說，必須要有非常好的潤滑性，才能保證在定向鉆進的時候不至于產生托壓現象，影響定向進尺，而且擁有良好的潤滑性也能夠降低施工摩阻和扭矩，防止鉆具與井壁之間發生粘吸卡鉆。保證水平井的安全、順利施工。

2 配方確定與性能評價

2.1 鉆井液體系配方的確定

在室內實驗基礎上初步形成了高性能水基鉆井液體系的配方：3%～5%膨潤土+0.35%純堿+0.05%氫氧化鉀+0.4%～0.7%聚胺SDJA+1%～2%抑制劑聚合醇鋁+0.3%～0.5%包被劑FA367+1.5%～2.5%降濾失劑PAC-LV+2%石墨+5%液體潤滑劑SR-1+適量消泡劑。

2.2 配方性能評價

2.2.1 抑制性能評價

選用某油田的泥巖巖屑，在120℃情況下采用滾動回收實驗來評價該鉆井液體系的抑制性，實驗結果表明，高性能水基鉆井液體系的一次巖屑回收率、二次巖屑回收率都在95%以上，因此也就證明了該鉆井液體系對泥巖具有良好的抑制性，能夠防止泥巖水化分解，保證了井壁的穩定。

2.2.2 潤滑性能

采用極壓潤滑儀和濾餅粘附系數測定儀，對鉆井液的潤滑性和濾餅的粘附系數進行了測量。測得極壓潤滑系數為0.1，濾餅粘附系數為0.087，說明該鉆井液具有良好的潤滑性，可滿足長水平段水平井施工對鉆井液潤滑性的要求。

2.2.3 抗巖屑侵性能

鉆井液的抗污染性能決定了鉆井液體系在使用過程中的穩定性。將泥頁巖巖屑烘干粉碎，過120振動篩篩布，分別加入到該鉆井液中，測量該鉆井液老化前后的性能。實驗結果表明，該鉆井液能抗20%巖屑侵。

2.2.4 儲層保護性能

以不同區塊的目的層的天然巖芯作為室內實驗的對象，進行了該鉆井液體系的儲層損害靜態評價實驗。從實驗的結果可以看出，研制的鉆井液體系對不同區塊儲層巖芯的滲透率恢復率都在92%以上，表明該鉆井液體系具有良好的儲層保護效果。

3 現場應用

S平1井是部署在S油田的一口評價控制井。完鉆垂深：2605.45m；完鉆斜深：3811.00m，水平段長：1472.31m。

3.1 配漿

本井自二開開始應用高性能水基鉆井液，基礎配方為：3%～5%膨潤土+0.35%純堿+0.05%氫氧化鉀+0.4%～0.7%聚胺SDJA+1%～2%抑制劑聚合醇鋁+0.3%～0.5%包被劑FA367+1.5%～2.5%降濾失劑PAC-LV+2%石墨+5%液體潤滑劑SR-1+適量消泡劑。首先將膨潤土遇水化24h，采用地面循環的方式對配得的鉆井液進行完全充分地循環處理，最終測得配制出來的鉆井液各項性能為：密度1.15g/cm3，漏斗粘度55s，塑性粘度16mPa·s，動切力6Pa，初切2.8mL，初切3Pa，終切6Pa，API失水3.0，pH值9，保證鉆井液的各項性能均符合鉆井設計要求的開鉆標準。

3.2 各井段鉆井液維護

在直井段鉆進中，以控制粘土造漿、泥巖水化膨脹為主要目標，將抑制劑一次性加足量。同時在鉆進過程中隨著鉆井液的消耗及時補充其他各種處理劑，保證鉆井液的性能優良，為安全、高效施工打好基礎。鉆井液性能為：密度1.16～1.20g/cm3，漏斗粘度50～70s，PV9～13mPa·s，YP4～9Pa，FL3.5mL，初切2.5～5.5Pa，終切11～15Pa。

造斜段鉆進中，主要以降濾失劑和封堵防塌劑的水溶液交替維護，鉆進至造斜點之前100m加入潤滑劑，保證潤滑劑加量不低于3%，井斜角大于40°時添加1%～2%固體潤滑劑，改善泥餅質量，提高鉆井液潤滑性能。

水平段施工中通過增粘劑調節鉆井液粘度及流型，保證鉆井液的攜砂性能，防止形成巖屑床，潤滑材料以潤滑劑為主，保證其含量不低于7%。鉆進到易塌井段時提高磺化瀝青、封堵防塌劑的加量，加強鉆井液的封堵能力。鉆井液性能為：密度1.10～1.15g/cm3，漏斗粘度55～75s，PV13～18mPa·s，YP5～9Pa，FL2.8mL，初切3～5Pa，終切12～17Pa，Kf=0.05。

4 結論

（1）對于水平井鉆井液來說，其性能應用具有良好的潤滑性、流變性和保證井壁穩定的能力。

（2）通過對該鉆井液體系的性能評價可以看出，該體系具有良好的抑制性、潤滑性、抗污染性和保護儲層的能力。

（3）在實際應用中精心維護鉆井液性能，保證了鉆井施工的順利進行。

[1] 侯杰，劉永貴，李海.高性能水基鉆井液在大慶油田致密油藏水平井中的應用[J].石油鉆探技術，2015，43（4）：59-65.

[2] 鐘漢毅，邱正松，黃維安，等.聚胺水基鉆井液特性實驗評價[J].油田化學，2010，27（2）：119-123.

[3] 丁彤偉，鄢捷年.新型水基鉆井液抑制劑FTy的實驗研究[J].鉆井液與完井液，2015，22（6）：13-15.

[4] 李生海,馬智躍,鄧先明,等.高分子聚合物無固相沖洗液在牛頭山深鉆 CUSD3孔的應用研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2017,44(1):29-32.

[5] 王佩平，王立亞，沈建文，等.胺類抑制劑在臨盤地區的應用[J].鉆井液與完井液，2011，28（3）：35-38.

[6] 鐘漢毅，黃維安，邱正松，等.聚胺與氯化鉀抑制性的對比實驗研究[J].西南石油大學學報，2012，34（3）：150-156.

[7] 鐘漢毅，邱正松，黃維安，等.聚胺水基鉆井液特性實驗評價[J].油田化學，2010，27（2）：119-123.