大牛地氣田鑲嵌屏蔽鉆井液技術

鄧紅琳，趙文彬，王錦昌，袁立鶴

(中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

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大牛地氣田鑲嵌屏蔽鉆井液技術

鄧紅琳，趙文彬，王錦昌，袁立鶴

(中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

大牛地氣田開發區環保壓力日益增加，應用成熟的鉀銨基聚合物鉆井液體系已無法滿足鉆井環保要求。鑲嵌屏蔽鉆井液體系包被顆粒呈網狀凝膠態，通過瞬時高失水迅速在井壁建立剛性屏蔽膜，有效隔離鉆井液對地層傷害，并顯著提高封堵性，有效防止坍塌掉塊；通過靜電力和拖曳力，在鉆屑表面發生多點吸附，形成隔離膜，抑制鉆屑水化分散。現場應用表明，該鉆井液體系可有效降低鉆井過程地層漏失及井壁失穩的發生，可大幅減少現場固、液排放量，全程無廢棄液落地，完井剩余液全部轉下口井使用。實現了鉆井過程的“零污染”，能滿足鉆井對環保的要求，具有廣闊的應用前景。

大牛地氣田；鑲嵌屏蔽；鉆井液；環境保護；固相排放

引 言

大牛地氣田環保鉆井液技術已遠落后于鉆井工程的發展，新頒布的環保法嚴格了鉆井過程排放標準，傳統的鉆井液體系無法滿足規范要求[1-2]。目前國內外已經進行了相關研究工作，但大多針對儲層保護，未從環保角度衡量技術的可行性。通過實驗鑲嵌屏蔽鉆井液體系，本著“降本減排”的原則，形成了適合大牛地氣田特色的環保鉆井液體系。

1 鑲嵌屏蔽機理

傳統屏蔽暫堵保護油氣層技術是采用架橋填充原理實現暫堵作用，鑲嵌屏蔽劑具有彈性及可變性特點，克服剛性顆粒因不能變形而適應性差的缺點[3-5]。鑲嵌膜顆粒在井壁淺層(1～3 cm)形成剛性的鑲嵌膜代替泥餅，發揮降低濾失、穩定井壁和保護儲層的作用。鑲嵌屏蔽技術不需特殊解堵，封堵在完井后生產壓差(負壓差)的作用下自動解除，油氣層恢復原來的滲透率水平，油井產能不受影響[6-9]。根據華北分公司油氣層特征及鑲嵌封堵的要求，同時考慮封堵大孔隙(數量少但對滲透率貢獻大)的需要，選擇鑲嵌屏蔽顆粒的粒徑為10～30 μm。

2 室內實驗

優選MDTX-A作為鑲嵌屏蔽劑。實驗用鉆井液配方：3%MDTX-A+4%CaCO3+2%KCl。

2.1 井壁穩定性能測試

2.1.1 防滲漏性能實驗

實驗介質為飽和鹽水，采用滲透率較大的人造巖心(Ф25 mm×80 mm)進行防滲漏測試(圖1)。由圖1可知，2塊巖心的注入孔隙體積倍數均小于0.3，壓力明顯升高，即鉆井液浸入巖心24 mm，完成了對孔隙鑲嵌，注入量不再增加。表明鉆井液的屏蔽性能良好，能夠有效實現滲透承壓。這是因為鑲嵌顆粒進入井壁孔喉，可在井壁附近形成滲透率接近于零的屏蔽暫堵帶，阻止鉆井液及水泥漿中的固相和濾液繼續侵入。

圖1 防滲漏性能實驗結果

2.1.2 抗沖刷實驗

實驗沖刷介質為清水，轉速為600 r/min，壓差為3.5 MPa，剪切速率為1.5 m/s，連續沖刷120 min。結果顯示，鑲嵌膜在沖刷120 min時濾失速度仍無明顯變化，這是因為濾失過程中聚合物顆粒之間的水分逐漸失去，泥餅中的固相顆粒與聚合物交織纏繞在一起，提高了泥餅與地層的粘結強度。鑲嵌膜鉆井液具有良好的抗沖刷性能，能夠有效解決因連續沖刷導致的弱膠結層段破壞的問題。

為進一步測試不同屏蔽劑加量對鑲嵌膜鉆井液抑制性影響，分別采用1%MDTX-A、2%MDTX-A的鉆井液進行巖屑滾動回收率實驗，對比清水回收率實驗結果見表1。

表1 不同巖性巖屑回收率對比

由表 1可知，優選的鑲嵌屏蔽劑MDTX-A對不同巖性均有較強抑制作用，隨加量增大，巖屑回收率明顯增加，當屏蔽劑加量達到2%時，對不同巖性平均回收率超過89.24%。這是由于該鉆井液體系脫離對膨潤土的依賴，能夠保持脫離水化環境(高礦化度、低pH值)，強封堵、強抑制，有效防止坍塌掉塊，有利于地層結構的穩定。

2.2 包被與攜巖性能測試

鑲嵌膜顆粒呈網狀凝膠態，通過靜電力和拖曳力，在鉆屑表面發生多點吸附，形成隔離膜，使鉆屑與自由水隔離，抑制鉆屑水化分散。室內巖屑包被效果見圖2。

由圖2可知，鑲嵌屏蔽鉆井液可實現對鉆屑完全包被，被鉆頭破碎的巖屑基本保持原始狀態被鉆井液攜帶到地面，再被地面固控設備有效清除，從而促進井壁泥頁巖的穩定和鉆屑的清除，使鉆井液中有可能保持最低限度的固相含量和顆粒分散度，保持鉆井液性能的穩定，傳統的被動性調整鉆井液變為主動處理。

圖2 鉆屑完整性效果

針對鑲嵌屏蔽劑添加量不同，分別對鉆屑的攜帶與懸浮性能進行測試(圖3)。由圖3可知，隨鑲嵌屏蔽劑MDTX-A加量增大，鉆井液動、靜切力增大，當鉆井液體系中的添加量超過3%時，可滿足攜帶與懸浮巖屑要求；通過調整屏蔽劑的添加量，可控制體系的動、靜切力在適合正常鉆進動切力(5～12 Pa)、靜切力(2～5 Pa)范圍內。該體系攜帶能力強、懸浮能力強、鉆屑保持率和回收率高、固相含量低，有效抑制泥包和鉆屑床，可有效提高機械鉆速。

圖3 MDTX-A加量對動、靜切力的影響

2.3 儲層傷害評價測試

將巖心用石油醚洗凈烘干后，抽真空飽和地層水。采用反向用鉆井液恒壓污染，正向用空氣恢復驅替方法[10]，進行儲層傷害評價測試，結果見表2。

表2 屏蔽鑲嵌鉆井液配方巖心傷害評價結果

由表2可知，鑲嵌屏蔽鉆井液對大97井山2儲層的巖心傷害滲透率恢復率為93.75%，對杭錦旗區塊錦77井盒1儲層的傷害恢復率為87.09%。總體恢復率較高，表明該體系對儲層的損害程度較低，有良好的保護儲層作用。“內剛外柔”的鑲嵌屏蔽劑粒子通過擠壓變形在不同孔喉表面均能形成鑲嵌屏蔽帶，不易進入孔道深處，通過壓差作用即可解除屏蔽，實驗驗證了該鉆井液對儲層整體恢復率較高，有良好的保護儲層作用。

3 現場應用

2014年大牛地氣田大平探2、DPH-117等8口水平井現場應用效果良好，試驗井平均鉆井周期縮短8.05%，機械鉆速提高12.37%，平均廢棄固液相排放大幅減少，鉆井過程中未發生地層漏失及井壁失穩等復雜情況。實鉆軌跡光滑，全井平均井眼擴大率小于10%；失水造壁性強，形成的剛性鑲嵌帶能有效穩定井壁，泥餅薄且堅韌，提高地層承壓能力，不易發生滲漏。試驗井生產用水及排放量與常規井進行對比，結果見表3。

表3 試驗井生產用水及排放量與常規井對比

由表3可知，大牛地氣田應用鑲嵌屏蔽鉆井液體系有效地減少了廢棄固、液相的排放，同時由于井筒內鑲嵌屏蔽劑對鉆頭破碎的巖屑迅速包被，再通過地面固控設備對包被顆粒剝離，因此，產生的固相廢棄物基本無液相，可簡單處理后用于制磚鋪路等。使用鑲嵌屏蔽鉆井液的DPH-117井鉆井周期僅為37.00 d，比使用常規鉀銨基鉆井液DPH-118井(鉆井周期為44.99 d)縮短了17.76%。

表4為J77P5H井液相排放與鄰井對比情況。由表4可知，鑲嵌鉆井液體系可大幅減少現場固、液排放量，能夠有效降低對環境污染。在東勝氣田第1口二級井身結構水平井J77P5H井實現了鉆井過程的“零排放”。

表4 J77P5H井液相排放與鄰井對比

4 結 論

(1) 鑲嵌膜顆粒呈網狀凝膠態，通過瞬時高失水迅速在井壁建立剛性屏蔽膜，有效隔離鉆井液對地層的傷害，并顯著提高封堵性，有效防止坍塌掉塊。

(2) 井筒內不產生虛泥餅和劣質泥餅。該體系儲層滲透率恢復率達87.09%以上，現場固、液排放量大幅減少，實現了儲層與環境的雙重保護。

(3) 鑲嵌屏蔽鉆井液具有組成簡單、維護方便、適應性廣、可重復利用、綜合成本低等優勢，能夠保持脫離水化的環境(高礦化度、低pH值等)，有利于地層結構的穩定，特別適用于敏感地層、深井和超深井、水平井段和頁巖氣的勘探開發。

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編輯 王 昱

20150227；改回日期：20150405

國家科技重大專項“大牛地低滲透氣田特殊結構井鉆完井及改造技術”(2011ZX05045)

鄧紅琳(1966-)，女，高級工程師，1988年畢業于江漢石油學院鉆井工程專業，主要研究方向為鉆完井工藝及鉆井液技術研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.025

TE254

A

1006-6535(2015)03-0101-03