哈薩克斯坦北特魯瓦油田“一體化”井鉆井液技術

焦小光

（中國石油集團長城鉆探工程有限公司鉆井液公司，北京 100101）

0 引言

哈薩克斯坦北特魯瓦油田地質構造位于濱里海盆地東部邊緣，屬低滲透復雜碳酸鹽巖油藏，包括KT-I和KT-II兩套含油層系[1]。2011年正式投產以來，油氣產量整體下滑較快，單井采收率逐年降低。為此，北特魯瓦油田甲方提出“一體化”作業方案，即涵蓋地質研究、鉆井工程、油藏工程、完井改造、采油工程等各個環節并整體考慮，將承包商效益與油井產量掛鉤，以期達到提高采收率、實現油田高效開發的目的。

這一鉆井模式的改變，特別是甲方為提高單井油氣產量，將水平段長由常規的400 m延伸到700～1 000 m，增大了井眼軌跡和井身質量控制難度，對各專業尤其是鉆井液技術提出了挑戰[2-3]。筆者經過充分的調研和論證，研發了適用于北特魯瓦地層特性的鉀基飽和鹽聚磺鉆井液技術和氯化鉀聚合物屏蔽暫堵鉆井液技術。在長城鉆探承鉆的首口“一體化”井的應用結果表明，上述鉆井液技術成功解決了鹽巖層縮徑、垮塌，泥巖灰巖互層定向鉆進井壁失穩、掉塊，以及水平段儲層保護問題，實現了鉆井提速提效。

1 地質工程概況

北特魯瓦油田埋深950 m之下主要是新生代、中生代砂巖、泥巖、粉砂巖互層，容易發生井漏。950～1 550 m之間為上二疊統砂巖、泥巖，泥巖致密，且有黏土層，需防泥包、防卡鉆。1 500～2 000 m之間為下二疊統孔谷階鹽巖與鹽膏不等厚互層，鹽巖呈白色，晶狀，有黏土夾層或間層。2 000～2 400 m主要是下二疊P1s-a泥巖和粉砂巖，泥巖呈灰色或黑色，易垮塌、掉塊。2 400 m之下至目的層（3 200～3 500 m）主要是石炭系灰巖，偶有泥巖。石灰巖呈淺褐灰色、灰色小晶粒，中等強度隱晶質結構。北特魯瓦油田原始地層壓力24.14 MPa，最大壓力梯度出現在孔谷階鹽層下部，總體屬于正常壓力系統。垂深2 390 m處地層原始溫度為52.93 ℃，為中等地溫系統。

該油田典型的井身結構如表1所示。

表1 北特魯瓦油田典型井身結構

2 鉆井液技術難點分析

1）二開上部鹽巖層和鹽膏層發育，厚度通常在400～500 m之間。大量NaCl和其它無機鹽溶解于鉆井液中，使鉆井液的黏度、切力升高，濾失量劇增，對鉆井液性能造成破壞；同時，鹽的溶解使上部泥巖、砂巖失去依托，容易造成井塌和井徑擴大。另外，鹽膏地層在地應力作用下容易發生蠕變，引起縮徑；也會吸水膨脹，進一步加劇縮徑。

2）二開下部定向鉆進時存在泥巖和石灰巖交界面，且井斜較大（通常在70°～80°之間），容易因地層不均一和井斜過大造成井壁掉塊、垮塌，引起起下鉆遇阻，井眼不暢等復雜情況，需要提高鉆井液的抑制性和攜砂能力。

3）水平段長度較常規設計延伸至少300 m，除攜巖、潤滑性問題以外，為更好保護油氣層，需要從鉆井液角度增強體系儲層保護性能，為后期完井階段射孔酸化工藝打下良好基礎，這是“一體化”井能否成功的關鍵。

4）目前的鉆井設計，二開需要鉆至出現油層后才下技術套管，造成同一井眼內上部鹽層和下部油層存在兩套壓力系統，下部壓力系數較低的石灰巖儲層易發生井漏。

3 鉆井液體系研究與評價

3.1 飽和鹽聚磺鉆井液體系

經實踐，采用飽和、欠飽和鹽水鉆井液，是解決鉆進巨厚鹽層時鹽膏溶解、塑性蠕變及地層非均質性帶來的垮塌、縮徑問題的首要選擇[4-7]。針對北特魯瓦油田鹽巖層特點，室內研究形成了一套飽和鹽聚磺鉆井液基本配方，配方如下。

水 +（3%～4%）膨 潤 土 +（0.2%～0.3%）NaOH+（0.2%～0.3%）FA-367+（0.1%～0.2%）XY-27+（0.2%～0.3%）PAC-LV+（0.1%～0.2%）PAC-RL+3%SMP-2+（2%～3%）SPNH+25%NaCl

該基本配方礦化度高，抗污染能力強，可有效解決鹽和石膏等對鉆井液性能造成的破壞。又可將鹽層溶解降至最低程度，避免大肚子井眼現象[8]。后期可在基本配方的基礎上，加入5%KCl和防塌劑，形成鉀基飽和鹽水聚磺體系，進一步增強抑制性和防塌能力，解決下二疊統泥巖掉塊、坍塌等井壁失穩問題。該配方性能評價結果如表2所示。

表2 飽和鹽聚磺鉆井液性能

3.2 氯化鉀聚合物屏蔽暫堵鉆井液技術

通過調研分析北特魯瓦油田儲層物性特點可知，其主力油層屬孔隙-裂縫型灰巖儲層，孔隙度和滲透率較高，易形成固相堵塞，污染油層[9-11]。為此，采用了保護油氣層的屏蔽暫堵技術。該技術是通過分析固相粒子堵塞油層孔喉（裂縫）的機理和規律，向鉆井液中加入與儲層孔喉大小相匹配的可酸溶、可油溶的分散剛性和可變形粒子，在井筒壓差作用下，在油層近井壁帶快速形成滲透率幾乎為零的封堵層，阻止鉆井液中固相顆粒及濾液向油層的進一步滲透，從而降低固相顆粒及液相對油層的污染，而此暫堵層在后期的完井作業中可解堵，保持儲層原始的孔滲狀態[12-14]。

室內首先優選出2種屏蔽暫堵材料， 即：ZD-1和EP-1，并通過巖心滲透率恢復實驗評價其儲層保護性能[15-16]。ZD-1是一種可酸溶剛性粒子，EP-1是一種油溶性可變形顆粒，2者粒徑與油層孔喉尺寸匹配。采用模擬巖心，鉆井液經100 ℃，16 h老化后，在90 ℃下測試煤油驅替巖心滲透率，結果如表3所示。可以看出，加入2%EP-1和3%ZD-1的暫堵劑，鉆井液體系的滲透率恢復值有了較大提高，超過了85%的控制指標，滿足現場施工要求。

表3 鉆井液加入屏蔽暫堵材料前后的巖心滲透率實驗

同時對加入屏蔽暫堵材料前后的鉆井液性能做了測試，結果見表4。可以發現，加入屏蔽暫堵材料后對鉆井液流變性能略有影響，黏度、切力有小幅上升，API濾失量和HTHP濾失量均有所降低，總體未對鉆井液性能造成較大影響，可正常使用。

表4 在KCl聚合物基漿中加入屏蔽暫堵材料前后的性能

4 現場應用

4.1 施工情況

長城鉆探首口“一體化”井H817，井深為3 261 m，水平段長730 m，是一口北特魯瓦油田地質特征非常典型的水平井。該井二開先使用φ215.9 mm鉆頭施工導眼至井深2 590 m，之后測井、回填，然后側鉆施工二開φ311.2 mm主眼至2 530 m中途完鉆。三開φ215.9 mm鉆頭鉆進至井深3 261 m完鉆。

二開主眼井段，是該井施工主要難點所在。上部進入鹽巖層前，加入SMP-II和PAC-LV強化濾失性能并護膠，之后逐漸加入NaCl轉化為飽和鹽水聚磺體系，防止鹽層溶解、垮塌。同時定期補充0.1%～0.3%純堿，一方面化學除鈣，防止鈣離子污染，另一方面維持體系pH值在10左右。鉆進時根據井下情況，維持鉆井液合理密度，有效控制鹽層蠕變，保證井壁穩定。該井鹽巖層和鹽膏層厚度約為400 m（1 500～1 900 m），飽和鹽水聚磺體系性能保持穩定，順利鉆穿鹽層。鹽層段鉆井液體系性能如表5所示。

表5 H817井鹽層鉆進時泥漿性能

下部進入下二疊泥巖后，泥巖吸水膨脹，并且定向鉆進井斜較大（60°～80°），同時泥巖灰巖交界處井壁容易垮塌。因此體系中維持5%以上含量KCl，增強對泥頁巖的抑制能力，形成鉀基飽和鹽水聚磺體系。同時視井下情況加入2%瀝青防塌劑HY-217穩定井壁。控制鉆井液API濾失量在4 mL以下，HTHP濾失量在15 mL以內，保證井壁形成薄而韌的濾餅。逐步加入液體潤滑劑，至中途完鉆液體潤滑劑含量維持在5%～6%。井斜超過60°后，可少量、多次添加固體石墨潤滑劑，進一步增強潤滑性。二開中途完鉆后，下套管一次成功。

三開水平段巖性為灰巖，地層較穩定。鉆塞后，全井替換為KCl聚合物鉆井液，不將上開鉆井液稀釋使用。進入油層前，在保證井壁穩定前提下，盡量降低鉆井液密度（該井在1.12 g/cm3左右）。同時，充分利用四級固控設備，降低鉆井液有害固相，防止堵塞油流通道。嚴格控制濾失量，中壓濾失量低于4 mL，高溫高壓濾失量低于12 mL。之后加入3%酸溶性暫堵劑ZD-1和2%油溶性暫堵劑EP-1，形成屏蔽暫堵鉆井液體系，提升儲層保護能力。巖屑攜帶方面，保持較高黏度和切力，同時工程上采取大排量鉆進，雙管齊下增強攜巖能力。完鉆后，井漿中加入2%液體潤滑劑封井，之后電測、下套管順利。完井電測曲線顯示，水平段井徑規整，平均井徑擴大率僅3.84%，見圖1。

圖1 H817井水平段井徑曲線圖

4.2 應用效果

與同區塊其他井相比，鉀基飽和鹽聚磺鉆井液技術的應用，大幅降低了井下復雜情況，提高了機械鉆速。平均鉆井周期由原來的63 d縮短至55 d，機械鉆速提升15.2%。尤其是鹽層鉆進時，有效控制鹽膏溶解、蠕變縮徑等井壁失穩問題，平均井徑擴大率控制在8%以內。

應用保護油氣層的屏蔽暫堵鉆井液技術，油保作用明顯。在現場開展油保和油氣層損害礦場評價，結果表明，屏蔽暫堵鉆井液技術滿足碳酸鹽巖孔隙型、微小裂縫型儲層保護要求，可在10 min內形成有效封堵層，濾失量小于2 mL，暫堵環抗壓強度高達20 MPa，但解除突破壓力低。采用不穩定試井法，對該井進行油層損害評價，計算得表皮系數處于0～2之間，屬輕微損害，遠低于同區塊其它井。該井經測試，日最高產原油達138 t，目前穩定在日產原油110 t，產油量較鄰井提升26.4%。

5 結論與認識

1. 飽和鹽聚磺鉆井液抗污染能力強，性能穩定，可解決北特魯瓦油田下二疊孔谷階鹽巖層縮徑、垮塌問題。KCl與飽和鹽復配后，抑制能力進一步增強，解決了下二疊泥巖膨脹、掉塊問題。

2. 優選的酸溶性暫堵劑和油溶性暫堵劑與儲層孔喉匹配，應用在KCl聚合物鉆井液中可在近井壁地帶形成有效屏蔽暫堵層，阻止固相顆粒和濾液進一步向油層滲透，顯著增加體系儲層保護能力。

3. 鑒于濱里海盆地具有很強的地層規律性，飽和鹽聚磺鉆井液和KCl聚合物屏蔽暫堵鉆井液技術的成功應用具有較強的指導和借鑒意義，可在北特魯瓦油田推廣應用。