微泡鉆井液技術在中科氣田的運用

張海忠，張 蔚，牛 春，周紅東，肖 斌，胡水艷

（中石油西部鉆探國際工程公司，新疆烏魯木齊830026）

1 中科氣田概況

中科氣田鉆井市場是克孜沃爾達項目近年市場開發取得的一次重大突破，該氣田可勘探面積18000km2，天然氣儲量豐富，目前屬于勘探初期，位于克孜沃爾達市東北約220km，構造屬楚河—薩雷蘇盆地南哈探區，中科南哈氣田處于前期勘探時期，所布井位跨度較大，屬海相沉積地層。該氣田可勘探面積18000km2，天然氣儲量豐富，屬于勘探初期。

該氣田地層富含鹽膏，從實鉆來看，膏質在泥巖和灰巖段均有分布，含量不均,鹽層在二疊系發育，鹽含量最高達15%以上，加上鉆速較慢，裸眼段長，鉆井周期長，膏層易縮徑，鹽層段易形成“大肚子”，鉆井液維護處理難度大，目的層灰巖段裂縫發育，存在漏失風險，產層伴生H2S，井控風險較高。

2 微泡沫鉆井液體系簡介

微泡沫鉆井液是一種新型的、可循環使用的、成本較低的低密度鉆井液體系，主要優點是密度低、屏蔽效果好、攜巖能力強、潤滑性好，主要適用于衰竭油藏、低壓儲層和裂縫發育地層的鉆井。

（1）微泡沫鉆井液油層保護機理是利用表面活性劑產生表面張力，以便在微泡形成時能夠囊括住微泡，建立起多層泡沫壁結構，并且產生界面張力，從而使微泡彼此之間產生一個具有井下橋堵能力的網絡。不僅能夠實現鉆井液密度的還原，而且還能阻止或延緩鉆井液漏進地層，避免鉆井液的流失以及對地層的污染，從而能夠建立起一個真正的非侵入的、近平衡的微環境。

（2）較低的靜液柱壓力和當量循環密度。微泡沫鉆井液的低密度減小了井底靜壓力是其防漏堵漏和油氣層保護的基本原理之一。根據多相流流體力學知識可知，微泡沫體系比純粹的固液鉆井液體系流動阻力小，降低了鉆井液循環系統的壓力損耗，尤其是環空壓耗的降低，使得當量循環密度降低。

（3）微氣泡附加阻力的作用。當微泡沫球體在壓差作用下向多孔介質細小裂縫內和孔隙流動時，因其不與巖石發生潤濕和變形的原因，彎曲界面收縮壓產生附加阻力，起到保護油層作用。

（4）微氣泡內部壓力作用。當微泡沫鉆井液循環到井底時，微泡內包裹的空氣被壓縮。隨外部壓力和溫度的增加，微泡體積減小，微泡內部的壓力增加。一旦鉆頭鉆遇衰竭地層，微泡被迫通過低壓地層的孔洞。在那里，儲存在微泡中的一部分能量被釋放，微泡開始膨脹，直到在氣泡內外壁的壓力達到平衡。隨著被增能的微泡擠入地層孔洞，外部的拉普拉斯力急劇增加，從而引起微泡的聚集和低剪切速率粘度(LSRV)的增加，由此產生的微環境形成一種無固相的橋。

（5）微泡沫鉆井液體系高粘度特性的影響。微泡沫鉆井液體系的表觀粘度比該鉆井液中任何一種組分的表觀粘度高得多，這是由于泡沫流動時產生界面變形吸收能量，并相互粘滯，造成流動阻力增加的緣故。在滲漏地層狹窄的孔隙通道內，微泡沫鉆井液體系表觀粘度隨剪切速率降低而增加，剪切速率越低，增加幅度越大。也就是說微泡沫在井底一旦遇到低壓或裂隙地層，剪切速率即會急速下降，但是它的粘度則會很快增加，這就是微泡沫鉆井液低剪粘度(LSRV)特性。這一特性加劇了泡沫的吸附聚集，使油層保護效果增強。

3 微泡鉆井液施工難點

（1）進入儲層采用微泡沫鉆井液，達到保護儲層的目的，要求鉆井液密度控制在1.08g/cm3，該區塊儲層段密度從未達到如此低的水平，存在井壁失穩風險，可預測的復雜有：縮徑、掉塊以及井塌。

（2）儲層井段鉆遇多段鈣層，對鉆井液性能影響大。

（3）對鉆井液性能的要求高，且必須要有嚴格的工程技術保障措施，有效預防井下復雜和事故的發生。

（4）對井控提出了更高的要求。

（5）施工井基礎數據見表1，井身結構數據統計見表2。

表1 TGTR-8井基礎數據表

表2 TGTR-8井井身結構數據表

4 鉆井液維護與處理

4.1 鉆井液轉化

轉化前循環鉆井液，充分利用四級固控，清除鉆井液中有害固相，將鉆井液膨潤土含量調整至45g/L左右，按設計配方以一定比例加入藥品充分循環，控制好漏斗粘度在55s以上，API濾失量小于5mL，性能符合要求后開始轉化。

本井自井深2055m開始轉化微泡鉆井液，按2個循環周均勻加入0.4%TSB-2（發泡劑），并配合穩泡劑PAC-HV(高粘聚陰離子纖維素)，利用攪拌機等設備充分攪拌均勻，使鉆井液起泡，完成微泡沫鉆井液體系的配制和轉化。性能轉化前后鉆井液性能對比見表3。

表3 轉化前后鉆井液性能對比表

4.2 鉆井液維護

（1）鉆進過程中維持鉆井液密度在1.08～1.09g/cm3之間，若密度有上升趨勢，則應及時加入微量起泡劑(控制在0.06%～0.1%)進行調整。

（2）為了保證鉆井液體系具有優良的性能，以Redul-1和CMC-MV控制API濾失量小于5mL，加量維持在0.3%～0.5%；以PAC調整鉆井液粘度和提高穩泡效果，加量控制在0.3%，適當提高鉆井液粘度，維持粘度在65s以上；由于該井是探井，為及時發現油氣顯示，沒有使用液體潤滑劑，該井的潤滑性主要通過強化泥餅質量完成。

（3）鉆至石炭系中下部地層，巖性以灰巖為主，質硬性脆，不分散不造漿，定期向井漿中補充充分預水化并護膠的膨潤土漿，保證優質固相的含量，以確保體系的流變性、濾失性及造壁性。

（4）鉆至石炭系下部后，機械鉆速慢，巖屑較細，根據實際情況合理使用離心機，將有害固相控制在最低水平，并通過其輔助控制鉆井液密度。

（5）鉆遇鈣層提高Redul-1及PAC的加量，提高體系的抗鈣污染能力，并通過除鈣劑清除Ca2+，維護鉆井液性能穩定。

（6）油層保護劑在進入油層前100m提前加入三分之一的量，隨著進尺的增加，及時補充，保證有效含量，總共分3次加完，保證其有效含量在3%。

（7）完井階段為了保證下套管順利，完鉆測井后，下牙輪鉆頭通井，固井前，降低鉆井液粘度，以保證固井順利。施工中微泡鉆井液性能數據統計見表4。

微泡鉆井液良好的性能和較低的當量密度，更有利于發現和保護儲層，該井施工中根據錄測井顯示，共進行取芯作業6次，中途測試2次。

表4 微泡鉆井液性能表

5 微泡鉆井液應用效果分析

（1）抑制性強。在強造漿段未排放鉆井液，返出巖屑較硬，不粘連，無明顯膨脹現象，說明鉆井液的抑制性很強。

（2）井壁穩定。配合加入NFA25、QCX-Ⅱ等封堵材料使井壁形成致密的泥餅，增強了鉆井液的防塌性和封堵能力，在碎屑巖和硬質泥巖段沒有發生井壁坍塌，起下鉆無劃眼、遇阻現象，電測、下套管順利。

（3）抗污染能力強。鉆遇大段泥巖、膏巖、膏質泥巖層，鉆井液性能無大波動，充分顯示了該鉆井液較強的抗污染能力。

（4）微泡沫鉆井液體系密度低、懸浮攜帶能力強、維護處理簡單，鉆井液性能能夠滿足鉆井工藝的要求，保證安全快速優質鉆井，使用井段井壁穩定、起下鉆無阻卡，電測、下套管一次到位，井徑規則。

（5）該區塊地層巖性沉積復雜，地層富含鹽，但含量區域差別大、均值性差，在井下無坍塌，無復雜，無機鹽加量相同的情況下，井徑差異性大，個別井測井顯示井徑嚴重超標。

全井微泡鉆井液發泡能力強，泡沫細，穩定性好。現場應用表明，該體系具有密度低、懸浮攜帶能力強、維護處理簡單的優點，并且配制簡單、維護方便、易于轉化；鉆井液性能能夠滿足鉆井工藝的要求，保證安全快速優質鉆井，及時發現的油氣顯示并減輕油氣層污染。整個三開井段井下安全鉆進，井壁穩定、提下鉆無掛卡，電測、下套管一次到位，井徑規則。