EVOLUTION類油基鉆井液在美15x井的試驗應用

崔 露，周蘭蘇，羅文麗,曾思云，張曉東，李嗣洋

1.中國石油渤海鉆探工程技術研究院 （河北 任丘 062552）

2.中國石油南方石油勘探開發有限責任公司 （海南 ?？?570100）

3.中國石油物資公司 （北京 100029）

中國石油南方石油勘探開發有限責任公司福山油田（以下簡稱福山油田）鉆井地層為第四系、上第三系（望樓港組、燈樓角組、角尾組、下洋組）和下第三系（潿洲組、流沙港組）。鉆井難點為潿洲組較厚軟泥巖，易造漿縮徑、泥包鉆頭、起下鉆掛卡遇阻；流沙港組脆性灰黑色泥巖與膏巖，伊蒙混層含量較高，微裂縫發育、成巖性差，相對破碎，鉆井液濾液侵入后，產生膨脹和水化應力，易造成剝落和垮塌，導致發生卡鉆、起下鉆不暢通，電測遇阻等井下復雜。目前，潿洲組、流沙港組應用的鉆井液體系為有機硅防塌鉆井液、胺基鉆井液、聚磺鉆井液及有機鹽鉆井液，為了進一步降低事故復雜率，在美15x井試驗EVOLUTION類油基鉆井液體系[1-5]。

美15x井是部署在福山凹陷美臺構造帶一口雙靶點定向預探井。其鉆探目的是預探美臺地區美15x斷塊流三段的含油氣情況，落實儲層及含油氣面積、評估地質石油儲量。設計井斜深3 591.73 m、垂深3 457.27 m，完鉆層位為流三段，地溫梯度約為3.5°C/100 m，預測井底溫度為145°C。設計三開井身結構，即鉆頭程序：Ф444.5 mm×211 m+Ф311.2 mm×1 302 m(潿二段)+Ф215.9 mm×3 591.73 m；套管程序:Ф339.7 mm×210m+Ф244.5 mm×1 300 m+Ф139.7 mm×3 585 m。

1 室內評價

根據福山油田鉆井地質特性及難點，要求鉆井液具有強抑制性、強封堵性及良好的潤滑性。EVO?LUTION 類油基鉆井液配方：KCl（20～60 kg/m3）+NaOH（1～2 kg/m3）+Na2CO3（1～3 kg/m3）+MEES-VIS-500（1～4 kg/m3）+MEES-HIB-100（1～3 kg/m3）+MEESHIB-1080（3～10 kg/m3）+NDFT-231（0～5 kg/m3）+NDFT-248（1～5 kg/m3）+NDFT-250（5～30 kg/m3）+MEES-FIL-3028（6～12 kg/m3）+MEES-FIL-3080（3～10 kg/m3）+MEES-FIL-401（5～15 kg/m3）+MEESFIL-402（15～30 kg/m3）+MEES-LC-80F（5～10 kg/m3）+MEES-CAF（10～50 kg/m3）+MEES-CAM（10～50 kg/m3）。為了確保三開鉆井液體系轉換順利及達到性能指標，對其進行室內實驗測試。

1.1 配漿前室內實驗性能測試

根據EVOLUTION類油基鉆井液配方要求，用量筒量取配鉆井液工業用水475 mL倒入燒杯，加入1%MEES-FIL-3018+0.5%MEES-FIL-3028+1%NaOH+2%MEES-FIL-401+2%MEES-FIL-402+0.1%MEES-VIS-500+100 gBaSO4（配方中的百分數為質量分數）。逐漸加熱同時低速攪拌20 min，90°C熱滾2 h后取出攪拌至溫度49℃測性能。性能測試結果如表1所示，在低固相且無膨潤土條件下加入質量分數為0.1%的MESS-VIS-500，可保證泥漿攜砂和懸浮能力。

表1 配漿前性能

1.2 配漿后室內實驗性能檢測

取500 mL鉆井液，加入10 mL水+2.5 gMEESFIL-401+1 gHEC+1gNaOH，高速攪拌20 min，加熱至49℃。測試結果如表2所示，MEES-FIL-401具有降濾失和降黏功能，加入MEES-FIL-401后，提高pH值，濾失量改善明顯；HEC具有提高切力、控制黏度的效果。

1.3 流一段鉆進KCl加入后性能變化

實驗條件：①配漿后替完二開鉆井液后，取出口泥漿攪拌測出并記錄性能；②取兩組500 mL出口泥漿A、B，A組加入15 gKCl+2.5 gMEES-FIL-401+1 gMEES-FIL-3080；B組加入35 gKCl+0.5 gMEESVIS-500+1 gMEES-FIL-3018+85 g重晶石；③充分攪拌并加熱至80℃測試性能。測試結果如表3所示，該體系加入KCl使鉆井液開始部分分散，鉆井液內摩擦力增加，塑性黏度增加。隨著KCl的加入，鉆井液變稠；但繼續加入KCl，超過35 g時，鉆井液開始變稀，此時鉆井液已經分散完全。

1.4 降失水劑及泥餅性能測試

實驗過程：①配漿后替完二開鉆井液后，取出口鉆井液攪拌測出并記錄性能；②取兩組500 mL出口鉆井液A、B，A組加入5gMEES-FIL-401+1 gNDFT-231+5 gMEES-FIL；B組加入10 gMEES-FIL-401+5 gMEES-FIL-402+5 gMEES-FIL-403+1 gNDFT-248；③充分攪拌熱滾2 h測得泥漿性能。實驗結果如表4所示，MEES-FIL-402和MEES-FIL-403改善泥餅效果顯著，泥餅變得薄致密。

2 現場應用評價

三開后，用二開聚合物鉆井液鉆完水泥塞后，清洗沉砂罐。預配制200 m3EVOLUTION類油基鉆井液，徹底循環替出聚合物鉆井液。要求振動篩布換用0.125 mm（120目）以上，加強四級固控設備使用率，保持離心機使用率要達到80%以上，最大限度地及時除去有害固相，劣質固相含量控制在8%以下。

表2 配漿后性能

表3 加入KCl后性能變化

表4 降失水劑及泥餅性能

2.1 潿洲組(1 300～1 852 m)

進入潿洲組前補充足量的KCl，維持鉆井液體系內KCl含量5%，按配方用量加足MEES-HIB-100和MEES-HIB-1080，保證鉆井液具有良好的多元抑制性。鉆井過程中適當加入MEES-VIS-500防鉆頭泥包，控制漏斗黏度為40 s以下，增強鉆井液對井壁的沖刷能力，同時加入適量MEES-FIL-3028/3018、MEES-FIL-3080、MEES-FIL-401、MEES-FIL-402和MEES-LC-80F，控制濾失量，防止軟泥巖形成虛厚泥餅縮徑，造成起下鉆困難，合理調整鉆井液潤滑性和流變性，確保清潔井眼，防止鉆屑粘連到井壁，密度維持上限，平衡地層應力。

潿洲組鉆進時，鉆速達27.65 m/h，同區塊同層位鉆速快，提密度不及時，停泵后軟泥巖出現縮徑現象，造成起下鉆過程中存在有上提掛卡、下放遇阻。后續按設計要求執行提密度，未出現起下鉆過程中掛卡、遇阻情況，井筒穩定暢通。通過表5說明EVOLUTION類油基鉆井液體系流變性好，能夠提高機械鉆速，但并不能抑制潿洲組長段軟泥巖縮徑，潿洲段軟泥巖只能靠鉆井液密度來平衡。

表5 鉆井液性能

2.2 流一段（1 852～2 426 m）

由于預測井溫高，進入流一段前，加足NDFT-231、NDFT-248和NDFT-250用量，提高鉆井液防塌處理能力，抑制地層垮塌，逐步調整至耐高溫型EVOLUTION類油基鉆井液。造斜前50 m，一次補充MEES-FIL-3028/3018、MEES-FIL-3080、MEESFIL-401和MEES-FIL-402，并適量加入MEES-CAF和MEES-CAM，保證其質量分數不低于3%，提高鉆井液的防塌效果。鉆進過程中，控制合適的密度，以循環當量密度平衡地層壓力，及時補充潤滑劑提高鉆井液潤滑性，進入油氣層前加入油層保護劑。加 入 MEES-FIL-3028/3018、MEES-FIL-3080、MEES-FIL-401和MEES-FIL-402，嚴格控制鉆井液API濾失量小于5 mL，高溫高壓濾失量小于10 mL。由于該井段機速慢，防塌是關鍵，鉆進中要間斷性地補充防塌劑，采用MEES-LC-80F，配合補充5%的井壁穩定劑及NDFT-250等協同作用封堵地層，強化井眼，提高井筒穩定性。固控設備除砂器、除泥器、離心機使用率均要求達到100%以上，最大限度地及時除去有害固相，逐步提高密度，防止應力坍塌。鉆井過程中采用低于設計密度值1.24～1.28 g/cm3順利鉆進，未出現井壁失穩。

2.3 流二段（2 426～2 883 m）

該井段鉆進維持鉆井液體系內KCl質量分數8%～10%，按循環周及時均勻補充膠液，保持鉆井液中的K+質量濃度，及時補充MEES-HIB-100、MEES-HIB-1080、NDFT-231、NDFT-248、DFT-250的用量，抑制黏土的水化分散，提高鉆井液的防塌效果。加入適量MEES-VIS-500，將動塑比始終控制在0.48以上，使鉆井液具有低黏度，低切力高動塑比的特性。合理控制鉆井液密度，以循環當量密度平衡地層壓力，并及時補充潤滑劑提高鉆井液潤滑性和防塌性。維持鉆井液中MEES-FIL-3028/3018、MEES-FIL-3080、MEES-FIL-401和 MEESFIL-402含量，嚴格控制鉆井液濾失量小于5 mL，高溫高壓濾失量小于10 mL。同時加足量的MEESLC-80F，提高鉆井液潤滑性，降低鉆具摩阻，減少鉆機負荷。鉆進過程中強化井眼控制軌跡，送鉆均勻，防止在地層軟硬交界面出現大肚子或糖葫蘆井眼，發生砂橋卡鉆。每鉆進200 m或24 h進行短起下鉆，每次起下鉆完，開泵一定要緩慢，要先小排量循環一周，再逐步增加排量。根據實鉆情況，盡量堅持大排量鉆進，確保井眼清潔。

流二段采用低密度1.30～1.32 g/cm3鉆進，鉆進過程井下正常。短起下過程中出現了掛卡遇阻現象，鉆至2 796 m起鉆，流二段出現井壁失穩、垮塌，劃眼因難，導致填井側鉆。從井筒返出的巖屑分析2 615～2 883 m井段泥巖段具有“硬、脆、微裂隙發育、層理明顯”的特征，代表性極強。

側鉆過程中針對流二段硬脆性泥巖特征，采用類油基鉆井液技術。一是提高鉆井液密度至1.38～1.39 g/cm3用物理方法平衡地層應力；二是控制濾失量維持在2.8～2.6 mL，高溫高壓濾失量全井段小于9 mL，減少鉆井液濾液侵入；三是補充井壁穩定劑，強化井筒，提高井筒穩定性；四是提高鉆井液的包裹抑制性，通過包裹抑制作用在巖石表面成膜，隔絕液相與地層接觸，減少鉆井液對井筒的浸入。

側鉆鉆進正常，未出現垮塌掉塊，井壁穩定，順利鉆穿流二段硬脆性泥巖，起下鉆順暢，起下鉆后還是有少量的剝落性掉塊，可能是由于前期垮塌掉塊破壞了地層的原始地應力。

2.4 流三段（2 883～3 210 m）

適當補充處理劑，繼續控制濾失量維持在2.8～2.6 mL，高溫高壓濾失量全井段小于9 mL，減少鉆井液濾液侵入；同時保持1.43 g/cm3鉆井液密度平衡地層應力，確保新鉆進流三段井壁穩定。現場鉆井過程中正常，起下鉆無剝落、垮塌掉塊，順利完鉆。

3 應用效果分析

類油基鉆井液屬非分散體系，具有多元抑制性，從純膏巖和泥巖井段鉆進中返出的巖屑觀察，具有良好的完整性，且易水化分散的膏巖整片性強，同時可清晰看到鉆頭切削痕跡。取不同井深巖屑，進行滾動回收率實驗（實驗條件：120℃、熱滾16h）?？傻贸鼋Y果：①井深2 350 m巖屑滾動回收率達96.5%；②井深2 700 m巖屑滾動回收率達98.6%；③井深3 000 m巖屑滾動回收率達98.97%。這說明該鉆井液對泥巖具有很強的抑制性。

該鉆井液體系具有高潤滑性，性能接近于油基鉆井液。通過第三方現場取樣，監測結果如表6所示，摩阻系數始終處于0.06～0.08，低于常規鉆井液體系；初切力、終切力、流性指數、稠度系數均在設計要求范圍內；在相同井段、排量、泵壓及鉆具組合，比鄰井環空壓耗低，且劃眼困難任何情況均能順利開泵。

表6 潤滑性能檢測

4 結論

1）流二段泥巖具有水敏性、硬脆易裂的特點，其主要以物理應力性垮塌為主。需選擇合理的安全密度平衡鉆進，同時控制濾失量和高溫高壓濾失量，增加防塌材料的用量，強化對微裂的封堵，改善泥餅質量和造壁性，防止地層剝落掉塊及垮塌。

2）鉆進流二段硬脆性泥巖前，合理提高鉆井液密度，防止發生垮塌后，破壞原有地應力，造成后期處理需要過高的密度才能夠抑制、平衡地層，可能傷害儲層。

3）現場應用表明，類油基鉆井液具有強抑制、低濾失、高潤滑性和觸變性等特性，能夠有效地保護油氣層，降低壓耗和激動壓力，強破巖效率，提高機械鉆速。

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