海水鉆井液在卡拉圖輪海油田的研究與應用

張啟峰，趙雷青，陳毅平，陳 華，張 娟

(中石油西部鉆探國際工程公司，新疆烏魯木齊830026)

卡拉圖輪海油田瀕臨里海，距哈薩克斯坦阿克套市277km，距北布扎齊油田50km。井場屬于人工島類型，四周被里海環繞，僅余一條道路進出，道路和平臺高出海平面3m。由于無法獲得生產淡水，只能取用里海海水作為生產水，使用海水鉆井液[1-3]體系。經檢測，海水性能如下：密度1.03g/cm3，CCa2+=880mg/L，CMg2+=1540mg/L，CCl-=8875mg/L。

1 工程地質概況

該油田井場屬于人工島類型，為了提高井場利用率，一般布置定向井或者水平井，井身結構一般 為 ：?339.7mmBit×50m+?295.3mmBit×450m+?216mmBit×1240m，定向點490m，最大井斜20°。地層以灰色泥巖為主，夾粉砂巖、白云巖和泥質灰巖，主要有以下鉆井技術難點：

（1）土粉在海水中基本上處于不水化狀態[4]，水土分層現象十分嚴重，不利于鉆井液維護處理和井下安全。

（2）地層以灰色或灰黑色泥巖為主，灰色泥巖水敏性強，易水化膨脹和縮徑，導致起下鉆遇阻等復雜。

（3）定向段長，鉆具摩阻大，鉆具托壓影響定向機械鉆速，甚至發生粘卡，對鉆井液潤滑性要求高。

2 室內研究

2.1 海水坂土漿配制實驗

里海海水鹽度不高，但鈣鎂離子含量較高，很難直接用于坂土漿的配制。需要對海水進行預處理，從而得到滿足現場生產需要的坂土漿。

（1）實驗條件。以不同濃度的NaOH和Na2CO3對配漿海水進行處理，土粉加量定為5%，步驟如下：在海水中先加NaOH再加Na2CO3高速攪拌10m in，充分沉除鈣鎂離子，繼續加入5%土粉10000r/m in攪拌20min，密閉容器中養護24h。

（2）海水配漿實驗。對比表1和表2實驗數據可知，NaOH和Na2CO3的最佳加量分別為0.5%和0.1%，按照該配方（0.5%NaOH+0.1%Na2CO3+5%土粉）配制的坂土漿表觀粘度最高，濾失量最小。

表1 純堿加量實驗

表2 燒堿加量實驗

2.2 海水鉆井液配方研究

配漿和正常維護均為里海海水，其含鹽、含鈣、含鎂量均較高，有必要開展室內實驗，優選出抑制性強的包被劑和抗鹽、抗鈣的降失水劑，確定合適的鉆井液配方，進行性能評價，以保證鉆井液性能的長期穩定和井下安全。

2.2.1 單劑優選實驗

（1）包被劑優選。分別稱取2.5g大分子包被劑，溶于500m L海水中，10000r/m in高速攪拌20m in。以卡拉圖輪海油田500m灰色泥巖鉆屑為實驗標本，稱取10～30目的30.0g鉆屑，滾子加熱爐80℃條件下熱滾12h，再過40目篩，干燥后稱重，計算鉆屑滾動回收率。由實驗數據表3可知，FA-367包被抑制效果優于其他的包被劑。

表3 包被劑對比優選實驗

（2）降失水劑優選。配制基漿：海水+0.5%NaOH+0.1%Na2CO3+5%土粉,高速攪拌20m in，密閉容器中靜置預水化24h。分別加入等濃度的不同種類降失水劑，攪拌20m in，測量流變參數和濾失量。

由表4實驗數據可知，以上降失水劑在海水坂土漿中都有降低失水的效果，但是PAC-LV、PAC-HV降失水效果優于其他降失水劑。

表4 降失水劑對比優選實驗

2.2.2 確定海水鉆井液配方

通過單劑優選，最終確定了海水鉆井液配方：5%土粉+0.5%NaOH+0.1%Na2CO3+0.5%FA-367+0.3%PAC-HV+0.3%PAC-LV+0.5%NH4-HPAN。

2.2.3 配方室內評價

卡拉圖輪海油田地層以灰色泥巖為主，灰色泥巖水敏性強易造漿，在鉆進過程中很容易會對鉆井液造成污染。為了驗證海水鉆井液的實用性，按照海水鉆井液配方配制鉆井液，室內對鉆井液性能進行了抑制性評價。

實驗條件：按照配方配制鉆井液，放入老化釜內，使用滾子加熱爐80℃老化12h，取出后放置至常溫，10000r/m in攪拌20m in作為實驗基漿，分別進行滾動回收率實驗和抗粘土侵實驗。由表5和表6實驗數據可知，海水鉆井液的抑制性強，滾動回收率高，加入1%土粉后仍有較好的流變性，可以滿足現場施工需求。

（1）回收率實驗。以卡拉圖輪海油田500m灰色泥巖鉆屑為實驗標本，測定鉆井液巖屑回收率，實驗結果見表5。

（2）抗粘土侵實驗。在實驗基漿內分別加入不同加量的土粉，攪拌20m in，放入老化釜內，使用滾子加熱爐80℃老化12h，取出后放置至常溫，10000r/m in攪拌20m in后測量流變參數和濾失量，實驗結果如表6所示。

表5 回收率實驗

3 現場應用

3.1 分段鉆井液性能（見表7）

表6 抗粘土侵實驗

表7 分段鉆井液性能

3.2 維護處理措施

（1）開鉆前配制40m3海水坂土漿，充分水化12h以上，開鉆后立即干加0.5%PAC-HV，干加時要注意速度，防止振動篩跑漿。

（2）嚴格落實鉆井液性能維護措施，遵循細水長流方法，膠液配方：0.5%FA-367+0.3%PAC-HV+0.3%PAC-LV+0.3%NaOH；若粘度上升，則使用1%NH4-HPAN調節流變性。

（3）鉆井過程中關鍵在于攜帶，以動切力為調整依據，適當使用XC調整流變參數，控制動切力在8以上。

（4）后期適當降低大分子包被劑用量，在保持鉆井液抑制性能的前提下，確保鉆井液具有合適的流變參數，防止鉆屑粘附井壁。

4 應用效果

海水鉆井液在4口定向井中得到成功應用，定向鉆進過程中沒有出現鉆具托壓的現象，全井段井眼規則，無“大肚子”井眼和縮徑井段，做到了全井無復雜無事故。

表8 現場應用效果

5 結論

（1）里海海水可用于鉆井液配制和維護，維護簡單，性能穩定，解決了生產水的供應問題。

（2）海水鉆井液抑制能力強，流變性好，井壁穩定能力強，滿足卡拉圖輪海油田的鉆井要求。