強(qiáng)封堵高潤滑鉆井液體系研究與應(yīng)用

孫云超

（中國石油長城鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，遼寧 盤錦 124010）

冷家油田地質(zhì)構(gòu)造上屬于遼河坳陷西部凹陷，區(qū)塊鉆井揭露的地層自下而上依次為：太古界、中生界、古近系沙河街組和東營組、新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組以及第四系平原組，其中沙河街組沙三段為主要含油目的層，儲(chǔ)層巖性以細(xì)砂巖為主，粒度中值0.2 mm，分選中等，泥質(zhì)含量3.6%，磨圓度中等，以次棱角～次圓為主，膠結(jié)物主要為泥質(zhì)，膠結(jié)類型為孔隙式或孔隙-接觸式。儲(chǔ)層物性較好，孔隙度平均為34.6%，滲透率平均為3144×10-3μm2，屬于高孔高滲儲(chǔ)層，鉆井過程中滲漏現(xiàn)象明顯。此外，冷家油田油藏以稠油為主，邊底水活躍，采油過程中注采比高，長期注水注汽開發(fā)導(dǎo)致油層能量消耗大，壓力下降快，油層虧空嚴(yán)重，在鉆井過程中如果密度偏高或者操作不當(dāng)，極易發(fā)生失返性漏失。鉆井液漏失不僅會(huì)延長施工周期、傷害油氣層以及干擾地質(zhì)錄井工作，而且還可能引起井塌、卡鉆、井噴等一系列復(fù)雜情況與次生事故，甚至導(dǎo)致井眼報(bào)廢，由此造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，已經(jīng)成為制約安全鉆井的重要因素[1-3]。此外，為了提高動(dòng)用儲(chǔ)量，該區(qū)塊采用叢式水平井開發(fā)方式，但是目的層垂深淺，定向段短，造斜率大，導(dǎo)致定向托壓嚴(yán)重。針對冷家油田沙三段井漏普遍及定向托壓嚴(yán)重的問題，急需形成強(qiáng)封堵高潤滑鉆井液體系，減少鉆井液損耗，防止復(fù)雜事故發(fā)生，降低勘探開發(fā)成本。

1 強(qiáng)化封堵鉆井液體系

1.1 封堵劑的優(yōu)選

冷家油田采用生物聚合物鉆井液體系，配方為：4%～6%膨潤土+0.2%～0.3%純堿+0.1%燒堿+2%～3%磺化褐煤+1.5%～3%酚醛樹脂+2%～4%超細(xì)碳酸鈣+0.15%～0.3%黃原膠，體系中封堵材料種類和粒徑分布無法滿足非均質(zhì)地層的需要。

注：測試條件為150℃，3.5 MPa。

室內(nèi)采用71型高溫高壓濾失量測定儀，首先測定冷43-153 H井漿的封堵性能，然后向井漿中分別加入納米乳液SDNR、磺化瀝青FT-1A、超低滲透處理劑YDW-1以及兩兩復(fù)配，分別測定高溫高壓濾失量（FLHTHP）和5～10目高溫高壓砂床漏失量（FL砂床）。由表1可知，原井漿的封堵效果較差，高溫高壓濾失量較大，無法封堵由5～10目石英砂組成的模擬砂床。井漿中添加其他剛性、柔性和纖維類的封堵劑后，高溫高壓濾失量和砂床濾失量大幅度降低，尤其是納米乳液SD-NR及超低滲透處理劑YDW-1復(fù)配加入后濾失量及砂床滲透失水量更低，封堵效果更明顯。那是因?yàn)槎邚?fù)配使用能起到協(xié)同封堵的效果，首先納米乳液親水端與裂縫孔隙接觸，增大流動(dòng)阻力，提高封堵劑的滯留能力，然后超低滲透處理劑在孔隙或裂縫處不斷累積形成足夠強(qiáng)度的堆積體，接著納米乳液親水端吸附在井筒周圍，憎水段朝向鉆井液，形成一層致密而有韌性的薄膜，延緩了鉆井液濾液向巖樣內(nèi)部的滲濾，對液流沖蝕起到了理想的屏障效果。

表1 不同封堵劑及復(fù)配后封堵性能測試對比

1.2 潤滑劑的優(yōu)選

以4%～6%膨 潤 土+0.2%～0.3%純 堿+0.1%燒 堿+2%～3%磺化褐煤+1.5%～3%酚醛樹脂+2%～4%超細(xì)碳酸鈣+0.15%～0.3%黃原膠為基漿，分別向基漿中加入12 g高效潤滑劑GW-LUB、HY-168以及FG-2，室內(nèi)測定鉆井液流變性、潤滑性能及生物毒性。

表2 不同潤滑劑及復(fù)配后潤滑性能測試對比

注：熱滾條件100℃×16 h，測試條件為室溫20℃。

從表2可以看出，幾種潤滑劑均能不同程度地降低摩阻，但是基漿添加潤滑劑FG-2后出現(xiàn)高溫增稠現(xiàn)象，對流變性影響較大。HY-168生物毒性較大，不符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。高效潤滑劑GW-LUB選用天然植物油為原料，輔以有機(jī)多元醇合成，生物毒性小，對鉆井液流變性影響小，符合安全環(huán)保理念；其中的親水基團(tuán)能夠在金屬表面形成牢固的潤滑層，而疏水基團(tuán)會(huì)降低接觸面間的摩擦阻力，使?jié)櫥瑢訌?qiáng)度增大，在受到較大載荷時(shí)不易被破壞，因此選擇GW-LUB作為強(qiáng)抑制高潤滑水基鉆井液體系的潤滑劑。

室內(nèi)經(jīng)過對各種處理劑加量配比反復(fù)優(yōu)化，最終建立了針對冷家油田的強(qiáng)封堵高潤滑鉆井液配方為：4%～6%膨潤土+0.2%～0.3%純堿+0.1%燒堿+2%～3%磺化褐煤+1.5%～3%酚醛樹脂+2%～4%超細(xì)碳酸鈣+0.2%～0.3%大分子包被劑+0.15%～0.3%黃原膠+2%～4%納米乳液+2%～3%超低滲透處理劑+2%～5%高效潤滑劑。

2 鉆井液性能指標(biāo)設(shè)計(jì)

根據(jù)地層巖性特點(diǎn)及水平井鉆井施工要求，冷東區(qū)塊分段鉆井液設(shè)計(jì)為：表層采用普通分散鉆井液體系，造斜段及水平段采用強(qiáng)化封堵鉆井液。鉆井液性能設(shè)計(jì)見表3。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 表層

根據(jù)一開所需鉆井液用量，在鉆井液循環(huán)罐中加入淡水、般土、純堿，經(jīng)充分預(yù)水化后加入CMC-HV提粘，鉆進(jìn)過程中泥漿黏度保持80 s～100 s，密度 1.06 g/cm3～1.10 g/cm3，下表層套管前充分循環(huán)泥漿以保證套管下放順利到底。

3.2 造斜段

造斜段采用φ333.1mm鉆頭鉆進(jìn)，井徑較大，鉆井液返速相對較低。地層巖性以砂巖為主，膠結(jié)差，結(jié)構(gòu)疏松，東營組存在大段泥漿，沙河街組沙1＋2段受污水回注影響存在一高壓水層，施工過程中易發(fā)生縮徑、井涌等復(fù)雜情況。因此，要求鉆井液具有良好的流變性、攜巖性、潤滑性，保證井眼清潔，泥餅致密，定向摩阻小。在鉆井過程中，采取了以下4個(gè)措施。1）合理控制鉆井液密度。2）控制適當(dāng)?shù)陌阃梁亢洼^低的總固相含量，并補(bǔ)足降失水劑和流型改進(jìn)劑，以保證鉆井液的動(dòng)、靜態(tài)結(jié)構(gòu)和流變性，利于靜止懸浮和動(dòng)態(tài)攜巖。3）井斜＞15°時(shí)，逐步加入高效潤滑劑，以提高潤滑性，減小摩阻扭矩。4）加強(qiáng)固相控制，充分利于振動(dòng)篩、除砂器和離心機(jī)，保證井眼清潔、光滑。

表3 鉆井液性能設(shè)計(jì)

3.3 水平段

水平段鉆進(jìn)重點(diǎn)是預(yù)防井漏、保證井眼穩(wěn)定和做好油層保護(hù)，因此需要采取以下5種措施措施。1）鉆至入靶前50 m～100 m，利用固控設(shè)備將膨潤土含量控制在4%以內(nèi)，補(bǔ)充足量暫堵劑；嚴(yán)格控制API失水＜4mL。2）通過2個(gè)循環(huán)周均勻添加納米乳液和超低滲透處理劑至設(shè)計(jì)最大值，對儲(chǔ)層裂縫進(jìn)行快速封堵，提高地層承壓能力，預(yù)防井眼漏失。3）鉆井液動(dòng)塑比值控制在0.5～0.6，高效潤滑劑含量達(dá)到3%以上，降低摩阻系數(shù)至0.04～0.07，使泥漿具有較強(qiáng)的懸浮攜砂能力和潤滑性。4）下篩管前加入塑料小球或玻璃微珠以保證篩管順利到底。5）加強(qiáng)現(xiàn)場施工人員坐崗，做到早預(yù)判早發(fā)現(xiàn)，第一時(shí)間掌握情況并及時(shí)處理。

3.4 應(yīng)用效果

強(qiáng)封堵高潤滑水基鉆井液在冷家油田現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用了10口井，其中只有2口井由于人為操作原因發(fā)生了井漏，井漏預(yù)防率達(dá)到了80%。同時(shí)，在整體施工過程中定向托壓問題得到了根治，起下鉆作業(yè)安全順利，口井平均鉆井時(shí)間由21.8 d降低至14.6 d，大幅度地降低了鉆完井周期，有效地節(jié)約了施工成本。

4 結(jié)論

冷家油田儲(chǔ)層虧空嚴(yán)重，在鉆井過程中，應(yīng)該通過平穩(wěn)操作、補(bǔ)充隨鉆封堵劑等方式預(yù)防薄弱地層出現(xiàn)井漏事故。通過優(yōu)選的封堵劑通過協(xié)同作用，封堵效果好，優(yōu)選的高效潤滑劑，減摩降阻性能突出，無毒環(huán)保。采用該技術(shù)形成的強(qiáng)封堵高潤滑水基鉆井液，從根本上解決了定向托壓嚴(yán)重的問題，能夠大幅度減少井漏事故的發(fā)生，具有良好的市場推廣前景。