微泡鉆井液在文23儲7-5井的應用

王忠瑾，謝建宇，郭 鵬，梁 超

1.中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院,2.中原石油工程有限公司鉆井一公司：河南濮陽 457001

微泡鉆井液是國外一種成熟的新型低密度鉆井液體系，由美國MI鉆井液公司和Acti-Systems 公司共同研制[1]。該體系具有密度低、機械鉆速高、能有效防止低壓破碎、高滲透率砂巖及裂縫性漏失、保護油氣層、降低鉆井成本等優點[2-4]。該體系可用于鉆進壓力衰竭或低壓油氣藏，實現近平衡鉆井。

國內也開展了微泡鉆井液的研究工作，且在現場成功應用[5-7]。中原石油工程公司鉆井院油化所研發出具有國內外先進水平的微泡鉆井液新技術[8]。

中原油田文23氣田是典型的低壓低滲枯竭型砂巖氣藏，經過三十多年的開發，主塊地層壓力已由原始狀態的38.6 MPa 下降至目前的3～4 MPa，壓力系數為0.1～0.6，產層壓力低，礦化度高，鉆井易漏失，儲層保護難度大。因此，決定在文23儲氣庫使用微泡鉆井液體系。

1 微泡鉆井液體系特點

微泡鉆井液體系具有以下特點：配制維護工藝簡單，現場無需添加注氣設備，只需通過振動篩、攪拌設備及鉆頭噴嘴處的高速剪切可產生微泡；流變性好，攜巖帶砂能力強、有較好的井眼凈化效果；防漏、堵漏效果好、防塌能力強，穿低壓層效果好。微泡鉆井液體系內含微泡，故防漏堵漏效果好。密度可控制在0.85～1.00 g/cm3，在地層穩定的井段可通過降低井內液注壓力使其低于漏失壓力而防止井漏；體系內微泡本身可封堵地層，提高地層的承壓能力。

2 鉆井液技術難點與技術思路

2.1 地質工程概況

文23儲7-5井位于河南省濮陽縣文留鎮，構造上位于東濮凹陷中央隆起帶北部文留構造文23塊。目的層沙四下亞段(S4下)頂部為厚-中、薄層灰色粉砂巖與中、薄層的灰色、紫色、暗紫紅色泥巖不等厚互層，局部夾灰色泥質粉砂巖。底部以中-厚層紫色、暗紫紅色泥巖、粉砂質泥巖為主，局部夾棕色泥質粉砂巖本井鉆井目的為文23儲氣庫建設，文23儲7-5井井身結構數據見表1。

表1 文23儲7-5井井身結構數據

2.2 技術難點

1)地層漏失頻繁。文23氣田在三十多年的開發過程中，幾乎所有井均進行了加沙壓裂，地層裂縫發育而不均衡，統計文23氣田50余口已完鉆井，井漏頻繁。

2)枯竭型氣藏地層壓力系數低，儲層保護難度大。目的層為沙四段現地層壓力系數最低僅0.15，鉆井液必須滿足對低壓儲層的保護要求。

3)微泡鉆井液施工泥漿泵上水效率低。為降低漏失風險，減少鉆井液漏失對儲層的傷害，三開階段采用微泡鉆井液體系，鉆井液密度為0.90～0.98 g/cm3，鉆井液中較高的含氣量會對泥漿泵的上水效率產生較大影響，進而對攜砂減阻、水力破巖帶來不利影響。

4)井壁穩定難度大。文23氣田沙四段主要巖性為粉砂巖、細砂巖，與泥巖地層互層。已完成井鉆井施工中為平衡上部文23鹽地層的穩定性，鉆開文23鹽地層至完井階段的鉆井液密度以1.40～1.60 g/cm3為主。儲氣庫鉆井三開階段采用低密度鉆井液，沙四段的地層穩定能力存在不確定性。

2.3 技術思路

1)在鉆遇較大孔隙時，微泡鉆井液會出現“多泡流動”現象，微泡聚集在鉆井液前端形成聚集體，由于拉普拉斯壓力的作用，逐漸與漏層達壓力平衡。當鉆遇小孔隙時，微泡可改變形狀進入孔隙，并防止鉆井液進入。

2)根據文23氣田滲流通道的孔徑分布狀況，選用合理的儲層保護劑粒徑匹配比例及分布范圍，對井壁實施致密封堵，盡量減少鉆井液濾液的侵入深度和對氣層的損害，封堵層較薄且可用射孔方式解除；選用環保型產品NAPG提高液相的抑制性，防止儲層敏感礦物引起的敏感性傷害。

3)采用密度為0.90～0.98 g/cm3的低密度微泡鉆井液鉆開目的層。泡沫穩定劑、膠束促進劑、液膜強化劑等增加微液膜剛性強度，根據泵壓和泥漿泵上水情況控制鉆井液中氣泡比例，從而滿足泥漿泵的上水要求。

4)微泡鉆井液體系通過聚胺、聚醚烷基糖苷提高鉆井液抑制性；通過復配改性纖維封堵劑和高強封堵劑提高鉆井液的封堵能力，從而達到提高井壁穩定能力的目的。

3 微泡鉆井液現場應用

3.1 鉆井液的主要組成

鉆井液的主要組成見表2。

表2 鉆井液的主要組成

3.2 微泡鉆井液配制

清洗干凈循環罐，按配制量在循環罐放入清水，加入膨潤土純堿、燒堿，攪拌水化24 h以上；在循環罐配制降濾失劑膠液，將膠液與土漿混合均勻護膠，用清水替出原井漿后全井循環，加入穩泡劑、液膜強化劑、改性纖維封堵劑、NAPG；全井循環均勻后，加入表面活性劑VES-1，開啟振動篩循環發泡；循環過程中根據發泡效果和密度要求，選擇合適的表面活性劑VES-1加量，密度調整至0.90～0.98 g/cm3；測定鉆井液流變性能和濾失量，通過降濾失劑、泡沫穩定劑等調整鉆井液性能至設計要求，進行三開鉆井施工。

3.3 微泡鉆井液的維護處理要點

1)微泡鉆井液的密度通過發泡劑、泡沫控制劑配合現場施工工藝進行調整。如果需要降低密度幅度較小，可以利用剪切泵參與循環降低密度，不必加入發泡劑。如果需要大幅度降低密度，需加入發泡劑，但其加入速度和用量不宜過大，且必須按循環周期加入，加入后在整個循環周期內觀察鉆井液密度變化情況。

2)如需提高鉆井液密度，加入泡沫控制劑，并注意控制其加入速度且每次加量不超過0.02%。

3)鉆進過程中盡量提高固控設備的運轉效率，清除有害固相，控制鉆井液密度的自然升高。

4)鉆進過程中鉆井液需通過振動篩清除鉆屑并維持泡沫穩定，攪拌器在鉆進和起下鉆過程中保持連續運轉，維持鉆井液性能。

3.4 應用效果

文23儲7-5井設計井深3 086.8 m，實際完鉆井深3 105.0 m，三開井段2 835.0～3 105.0 m，采用微泡鉆井液體系，平均機械鉆速為14.1 m/h，平均井徑擴大率為3%。設計鉆井液密度為0.90～0.98 g/cm3，完鉆鉆井液密度為0.96 g/cm3。

在整個三開鉆進過程中，鉆井液性能穩定，全井無漏失、無溢流，起下鉆暢通無阻、電測及下套管作業均一次成功，未出現井下復雜情況，達到穩定井壁、保護儲層及井下安全的目的。應用井段鉆井液性能見表3。

表3 文23儲7-5井應用井段鉆井液性能

注：ρ為鉆井液密度，PV為塑性黏度，YP為動切力，FL為濾失量。

4 結論

1)微泡鉆井液現場配制維護工藝簡單，不使用特殊的空氣注入設備及其附加設備，鉆井液成本低。

2)微泡鉆井液密度低，適合在文23區塊地層壓力系數低的地層使用，起到有效地防漏效果及儲層保護效果。

3)鉆井液具有優異的抑制防塌性能，現場應用表現出良好的井壁穩定效果，保障快速、安全鉆進及電測、下套管的順利進行。

4)為保持微泡鉆井液的穩定性，使用的基漿應具有適當高的黏度切力，并加入護膠降濾失劑。

[1] 徐江,譚春勤,金軍斌.Aphron 鉆井液體系在大牛地氣田的應用前景[J].內蒙古石油化工,2009,35(11):129-130.

[2] 鄭秀華,李國慶,王軍,等.可循環微泡沫及其應用[J].探礦工程,2009,36(s1):255-259.

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