油基鉆井液在陽101H3-8井中的應(yīng)用

海衛(wèi)國，于培志

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院，北京 100089）

油基鉆井液在全世界已經(jīng)發(fā)展了一百多年，其施工應(yīng)用的優(yōu)缺點明顯，其優(yōu)點在于抗高溫能力強，有很強的抑制性和抗鹽、鈣污染的能力，潤滑性好，并且其油相的特點也可以保護水敏性地層，防止頁巖地層的水化和膨脹，有效地減輕對油氣層的損害并提高油氣產(chǎn)量；陽101H3-8 是華北石油工程西部分公司在四川省瀘州市瀘縣奇峰鎮(zhèn)玉田村6 組的一口水平評價井，從水平井段鉆井開始使用油基泥漿，鉆井液性能穩(wěn)定，無坍塌掉塊、垮塌等井壁穩(wěn)定問題；鉆井周期比該平臺鄰井瀘205 節(jié)省了一個多月時間；總體來看使用油基泥漿很好地按設(shè)計鉆完水平段后完鉆，滿足了施工要求。

1 陽101H3-8 井簡介

陽101H3-8 井位于四川省瀘州市瀘縣奇峰鎮(zhèn)玉田村6 組。瀘州區(qū)塊內(nèi)地表由新到老依次出露第四紀、白堊系、侏羅系及三疊系地層，主體以侏羅系地層為主，局部出露三疊系、第四紀地層。根據(jù)區(qū)內(nèi)瀘203 等井實鉆巖性特征，龍一1 亞段巖性以灰黑色頁巖為主，且自上而下顏色逐漸加深，底部為黑色頁巖。五峰組巖性為黑色硅質(zhì)頁巖，頂部見薄層介殼灰?guī)r。區(qū)內(nèi)龍馬溪組頁巖本身即是生油層又是蓋層，為防止頁巖層水化和膨脹，導(dǎo)眼段使用水基鉆井液，靶點直改平水平段替漿，采用油基鉆井液繼續(xù)鉆進。四開斜井、水平段井深6 000 m，水平段段長1 950 m，2 413.49 m 已完鉆。

2 鉆井液配方及性能

2.1 陽101H3-8 井鉆井液難題

該井鉆井液密度達到2.18～2.20 g·cm-3，屬于高密度井。由于密度過大，區(qū)內(nèi)涼高山組以下的泥巖頁巖地層在鉆進過程中極大可能坍塌，造成起下鉆困難、測井困難。另外密度過大導(dǎo)致實際施工的難點在于現(xiàn)場的鉆井液黏切較難控制，整個鉆井過程中的固相含量會不斷升高，會出現(xiàn)“越打越黏”的情況，鉆井液的流變性變差，井筒內(nèi)循環(huán)壓耗會逐漸升高；泵壓不斷升高，機械動力損耗較大,能源消耗大，井控風險隨之增加。最后高密度井在鉆井過程中鉆井液的電穩(wěn)定性雖然隨著鉆進過程的剪切會越來越高，但其中乳化劑的量會隨著鉆進的過程消耗較多，會導(dǎo)致鉆井液的潤濕性變差。

技術(shù)對策：鉆遇斷層、易破碎地層時，通過處理加強鉆井液的封堵能力，及時劃眼防止卡鉆。施工時及時調(diào)整鉆井液的密度以防止上述問題帶來的困擾。須要及時調(diào)整鉆井液的黏度并利用振動篩、離心機和一體機控制其固相含量。時刻注意井筒內(nèi)壓力的變化，及時發(fā)現(xiàn)井筒內(nèi)各項數(shù)據(jù)的異常并采取合適的辦法進行處理。向鉆井液中補充乳化劑，調(diào)整鉆井液的性能以保證性能的穩(wěn)定。

2.2 小型試驗

針對陽101H3-8 井的地質(zhì)特點和鉆井液技術(shù)難題，經(jīng)過室內(nèi)小型試驗多次優(yōu)選其基本性能，根據(jù)小型試驗的結(jié)果確定了以下的油水比為80∶20 的鉆井液體系以滿足施工需求。以下是3 組小型試驗的配方和試驗結(jié)果。

表1 小型試驗結(jié)果

圖1 Pv 變化圖

圖2 Es 變化圖

根據(jù)以上3 組小型試驗的結(jié)果，選擇實際施工中最重要的3 項指標PV、HTHP、Es做出變化圖，根據(jù)圖表的結(jié)果得出：3#配方在150 ℃老化4 h 后性能優(yōu)于1#和2#，且滿足鉆井施工實際需求。故在現(xiàn)場施工時采用3#配方來進行配置油基鉆井液。

3 現(xiàn)場鉆井液性能調(diào)整和現(xiàn)場應(yīng)用

陽101H3-8 井現(xiàn)場全部油基泥漿都由原材料配置而未采用老漿，在鉆進過程油基泥漿從替漿完畢到使用油基泥漿鉆進再到完井整個過程泥漿性能一直較為穩(wěn)定。其關(guān)鍵點在于室內(nèi)鉆井液小型維護實驗，以下是該井鉆井液小型維護試驗分析。

3.1 鉆井液性能維護實驗

該井未使用傳統(tǒng)的柴油稀釋方式，而是采用柴油和各種處理劑配制成“基液”，根據(jù)實際情況配方為：若干柴油+xkg主乳+ykg輔乳+zkg石灰+ukg降濾失劑+氯化鈣水溶液若干配成基液。在每天處理井漿時進行少量的基液補充，既可以保證鉆井液性能的穩(wěn)定，又可以保證處理劑材料不浪費，可以在第一時間對井漿進行處理，保證鉆井施工安全。

3.1.1 處理劑性能優(yōu)選小型試驗

以下小型試驗來優(yōu)選各種處理劑的比例。試驗一：20%井漿+主乳2%+輔乳3%+潤濕劑3%+石灰3%+降濾失劑4%+氯化鈣水溶液+ 重晶石加重到密度為 2.18 g·cm-3，油水比為85∶15。試驗二與試驗一相比不加輔乳，主乳和潤濕劑的比例不變，配制泥漿所需要的其他材料比例保持不變。試驗三與試驗二相比不加主乳，輔乳和潤濕劑的比例仍然不變，配制泥漿所需要的其他材料比例保持不變。試驗四與試驗三相比不加潤濕劑，輔乳主乳的比例仍然不變，配制泥漿所需要的其他材料比例保持不變。

表2 小型試驗結(jié)果

3.1.2 重要性能分析

根據(jù)小型試驗的結(jié)果，分析老化后各個小型試驗的塑性黏度和破乳電壓兩項重要性質(zhì)的結(jié)果，其中小型實驗2#由于150 ℃老化4 h 后φ600 爆表不作分析。

小型實驗1#老化以后Es過低；小型實驗3#老化后φ6 和φ3 的讀數(shù)小于量程，泥漿的黏度太低。小型實驗4#破乳電壓大幅度上升，在150 ℃老化4 h以后泥漿的性能依然穩(wěn)定，且破乳電壓又有所升高滿足施工需求。故現(xiàn)場施工采用小型實驗4#來對鉆井液進行維護。

3.2 鉆井液現(xiàn)場應(yīng)用效果

基液采用實驗四的配方：20%井漿+主乳2%+輔乳3% +石灰3%+降濾失劑4%+氯化鈣水溶液+ 重晶石加重到密度為2.18 g·cm-3，油水比為85∶15。在井漿中加入5 m3的基液，保證井漿的總量并且對井漿的性能進行改善。在加入基漿以后循環(huán)兩周測試性能。

表3 加入基液后井漿的性能

在實際施工以配方4#對鉆井液進行維護處理以后，井漿的黏度降低，破乳電壓升高，性能有大幅度好轉(zhuǎn)，且各項性能穩(wěn)定。

3.2.1 穩(wěn)定性

該井中的鉆井液體系和鉆井液維護方式完全滿足鉆進需求，鉆井液性能維護時，只須按上述配方配成基液補充循環(huán)即可。

表4 陽101H3-8 四開油基鉆井液性能

由表4 可以看出，在鉆井作業(yè)的過程中油基鉆進液的性能良好，破乳電壓不斷增大；隨著井深增大和鉆進的持續(xù)進行，塑性黏度沒有過度升高出現(xiàn)“越打越黏”的情況而是保持在65 mPa·s 上下；振動篩離心機一體機使用率到50%左右時漏斗黏度和塑性黏度都非常穩(wěn)定；HTHP 幾乎都在2 mL 以下，其他性能都表現(xiàn)良好，油基鉆井液性能穩(wěn)定。

3.2.2 抑制性

觀察攜帶的巖屑，如圖1所示，發(fā)現(xiàn)巖屑棱角分明，分選度好，巖屑內(nèi)部干燥，即該鉆井液有較強抑制性，對于潛在儲層涼高山組以下的泥巖頁巖地層進行了良好的保護，再次證明該體系對于施工區(qū)域是合適的。

圖3 返砂砂樣

3.2.3 封堵性

整個鉆井過程泥漿只有在第四趟取芯鉆進至井深3 756.03 m 時發(fā)現(xiàn)漏失，配制了堵漏漿15 m3堵漏，井漏很快解除，證明了該體系油基鉆井液的封堵性良好，減少了鉆井施工和循環(huán)時鉆井液的消耗，大大節(jié)約了成本。

4 結(jié)論與建議

該井使用的油基鉆井液體系和油基鉆井液維護方法適用于井下地層，完井時油基泥漿性能良好，整個鉆井結(jié)果顯示井漿的黏度有所降低，破乳電壓大幅度升高，穩(wěn)定性好，封堵性和抑制性滿足施工需求。油基鉆井液的維護方法是一種簡單高效的處理方法，尤其是在鉆進后期“越打越黏”時與離心機和一體機配合使用，可以迅速調(diào)整鉆井液的性能，以滿足鉆井過程中對鉆井液的要求，保證施工正常進行。

陽101H3-8 井在完井以后總結(jié)了以下幾個在鉆井液處理時常見的問題，并為后續(xù)施工提出了幾點建議。

1）以小型實驗為基礎(chǔ)。在對井漿處理之前必須做小型試驗以及材料配伍試驗，來指導(dǎo)現(xiàn)場處理方案，如果發(fā)現(xiàn)材料配伍性差不能使用，要及時與泥漿服務(wù)站溝通并尋找原因，進而采用其他材料對井漿進行處理，保證施工的順利。對深井泥漿進行定期老化，老化溫度高于當前井底最高溫度20 ℃左右，便于提前發(fā)現(xiàn)問題并及時解決。

2）提高加重材料檢測效率。井隊必須配備一臺高速攪拌機、兩套李氏瓶，用于檢測重晶石密度。每車重晶石必須進行水泥含量檢測。項目部進行隨機抽樣，校對檢測結(jié)果。

3）儲備漿的配制及維護。嚴格按照鉆井液技術(shù)部門提供的配方進行配制儲備漿，禁止加入聚合物及包被抑制材料影響儲備漿性能，只能使用纖維素提黏。避免長時間攪拌，由于在長時間攪拌下泥漿會升溫降黏導(dǎo)致沉淀，最好每3～5 天進行一次攪拌，攪拌時間1 h 左右。定期向儲備漿中補充燒堿防止發(fā)酵，隨時檢測儲備漿是否沉淀以制定對應(yīng)的辦法。

4）重視泥漿儀器配備及校驗。至少配備3 個以上的密度計，校正方式也由以前單一的清水校正改為3 個密度計測量同一泥漿樣品的方式進行數(shù)據(jù)對比，要求誤差不能超過0.03 g·cm-3。同樣漏斗黏度計及六速旋轉(zhuǎn)黏度計也應(yīng)至少準備兩臺以上，以備不時之需。