水平井修井液技術研究應用

班耀服

摘 要 本文針對遼河盆地深層地質特點和水平井施工中存在的問題，研究解決遼河油田水平井修井中的井壁穩定、井眼凈化、潤滑防卡和防漏堵漏等關鍵技術難題。通過優選處理劑，提高修井液的抑制性和潤滑性;通過優化流變參數，提高攜巖能力;采用超低滲透技術及時封堵漏層，達到防漏堵漏要求。成功施工四口井深超過3000米的深水平井修井打撈和一口較大位移側鉆井。

關鍵詞 修井液 水平井 巖屑床 流變參數 井漏

中圖分類號：TE2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）01-0021-05

1 前言

隨著遼河盆地勘探開發向深層發展，采用水平井技術開發和保護深層油藏。在大修井方面好的修井液能夠控制境內漏失，保護油氣層，使井內卡鉆物體順利返出井筒，從而實現打撈的目的;在側鉆方面要保證裸眼半徑規則不坍塌、鉆進速度快、井眼干凈磨阻小。水平井修井液性質就成為技術人員一個新的研究課題。

水平井修井液除高溫穩定性要達到深井修井液的要求外，穩定井壁、井眼凈化、潤滑防卡以及防漏堵漏等都要有較高的技術要求。因此，課題的研究內容主要針對提高修井液對泥頁巖的抑制性、提高攜巖能力、提高潤滑性能和防漏堵漏能力而展開。

2 關鍵技術問題分析及對策

2.1 井壁穩定技術

遼河盆地深井鉆井中井壁穩定問題一直是重點研究課題，沈北地區、杜813區塊都是一個比較典型的區塊，修深水平井比常規修井使得這些問題更加重要。造成井壁不穩定的主要因素為：（1）裸眼井段長，修井液與井壁接觸時間長，對井壁的浸泡時間長;（2）鉆遇的地層復雜。同一井筒存在不同壓力層系，沈北地區東營組軟泥巖發育，易縮徑，沙河街組沙一、二段有易塌的硬脆性泥巖地層，開發古潛山油藏還面臨潛山頂部風化帶和裂縫性油藏特有的裂縫性漏失。

水平井的特點使得井壁穩定問題更加復雜：（1）井斜大，在同一層位中與直井相比井段較長;（2）巖屑床的存在導致環空有效空間變小，巖屑濃度大，液流阻力變大;（3）頻繁短起下鉆等作業造成井壁承受的壓力在不斷變化之中;（4）鉆速較慢，延長了修井液對地層的浸泡時間，增加了井壁不穩定性。

綜合以上分析，遼河盆地特別是沈北地區深水平井鉆井需要同時解決力學不穩定問題和化學不穩定問題。所以，沈北地區深水平井鉆井的井壁穩定問題非常復雜。

2.2 技術對策

在井壁穩定的力學方面，需要鉆井液保持合適的密度，同時施工操作上必須平穩;在化學方面，使用硅氟混油修井液，優選添加劑，降低濾失量并提高對泥頁巖水化分散的抑制力。通過對目前常用的幾種降濾失劑進行評價，篩選出降濾失性能好，有利于調整適合水平井特點的修井液流型的降濾失劑為硅氟混油修井液為主添加劑。

HA樹脂、KH-931、SMP和PSP是目前廣泛用于深井的降濾失劑，與硅氟修井液有良好的配伍性。本課題針對水平井對修井液流型的要求，在硅氟修井液中對以上降濾失劑進行評價。

（1）降濾失性能評價。泥餅質量評價。采用清水滲透的方法評價各種降濾失劑在硅氟修井液中所形成泥餅的質量。在硅氟修井液中分別測量HA樹脂、KH-931、SMP和PSP的清水濾失量，并進行對比，結果見圖1、圖2。

從圖1、圖2可知，KH-931常溫和加溫到95℃時的清水濾失量都最低，形成的曲線在圖的下部，說明形成的泥餅質量優于其他三種降濾失劑。

（2）抑制性評價：

1）頁巖抑制性評價。將山東土粉烘干，在4.0Mpa壓力下，壓制巖心。測定2%的HA樹脂、SMP、KH-931、PSP的膨脹量，結果見圖3。

從圖3中看出，頁巖抑制能力KH-931最強，PSP最差，HA樹脂與SMP基本相同。

2）巖屑回收試驗。在SF井漿中按1.5%分別加入PSP、KH-931、HA樹脂和SMP，用40目篩測試巖屑回收率，結果見圖4。

從圖4中看出，KH-931巖屑回收率最高達98.4%，抑制性最強;其余三種均未達到原井漿的97%，說明KH-931抑制性最好。

綜合以上分析，在硅氟鉆井液中以KH-931為主降濾失劑是提高井壁穩定性能的最佳選擇，加量為1-2%;HA樹脂、SMP和PSP可以做為輔助降濾失劑使用。

2.3 井眼凈化技術

2.3.1 巖屑床的成因

在水平井中由于“Boycott效應”而引起修井液的“垂沉現象”只能減緩而不能消除，造成修井液垂沉現象的影響因素有：井斜角、修井液性能、鉆具在井筒中的偏心度等，其中起主導作用的是井斜角，并且鉆井液在井筒中處于流動狀態時會加劇垂沉現象。

水平井30°～ 60°井段修井施工中攜巖難度最大，是造成起鉆遇卡、下鉆遇阻、劃眼及鉆進時轉盤扭矩增加的主要因素;保證斜井段巖屑床不發生下滑而呈相對穩定狀態是水平井環空凈化的最低要求。

2.3.2 技術對策

目前，減緩和破壞巖屑床的主要方法有：多采用旋轉鉆進、優選流變參數、大排量洗井、倒劃眼起鉆、泵入稠膠塞和稀膠塞、頻繁短起下鉆等。其中，主要由修井液方面做的工作是優選流變參數和泵入稠膠塞和稀膠塞。

（1）優選流變參數。修井液在井筒中的流型可分為塞流、層流和紊流等幾種。選擇修井液流型主要是在保護井壁和提高攜巖能力之間進行權衡。

塞流和紊流攜巖效果較好，但塞流由于需要修井液高粘度、強結構力，容易造成環空阻塞，誘發井漏;而且國外有實驗顯示，塞流攜巖只有在井斜不大于45°時才有效。紊流攜巖存在以下問題：第一，紊流攜巖要求環空返速高，排量大，對機泵條件要求較高;第二，紊流攜巖對井壁沖蝕嚴重，不利于井壁穩定。因此，在現場施工中長時間采用塞流或紊流攜巖是不現實的。層流通常分為平板型和尖峰型兩種，平板型攜巖較好，且機泵條件容易滿足，對井壁沖蝕小，是實現大位移井及水平井攜巖要求的理想選擇。

為實現平板型層流，對流變參數進行了優選，具體要求為：①動塑比（YP/PV）保持在500s-1左右;②流性指數（n）小于0.60;③Ф6、Ф3讀數值，Ф6：9～13格，Ф3：6～8格;在實踐中，優選流變參數收到了滿意的效果。

（2）泵入稠膠塞和稀膠塞。由于塞流和紊流攜巖效果較好，在井下發生攜巖困難，即環空鉆屑濃度較高時，可以采用泵入一段塞流或一段紊流的方法來解決問題，也就是稠膠塞和稀膠塞。

稠膠塞在常規井中應用普遍。有實驗證明，井斜小于45°時稠膠塞攜巖效果好，以打稠膠塞為主。打稠膠塞的另一個好處是，可以減少對井壁的沖蝕，對淺井段鉆速較快時泥餅基礎不好的情況尤為適用。稠膠塞一般保持漏斗粘度高于井漿20s以上，配制方法為：在部分井漿中加入一定量的土粉、XC生物聚合物、HV-CMC等材料，使塑性粘度和動切力同時提高。

稀膠塞要保證達到紊流時的環空臨界返速小于同排量井漿的環空返速，配制時通過在原井漿中加水和降粘劑來實現。

2.4 潤滑防卡技術

水平井中，摩阻從造斜段開始隨井斜角度的增大而不斷增加，由于修井設備能力有限，鉆具的抗拉強度、抗扭強度都有極限，摩阻力超過設備和鉆具的最大負荷時，就會導致卡鉆，甚至會造成鉆具事故。

2.4.1 高摩阻產生的原因

高摩阻是在鉆具與井壁接觸后產生的。水平井中鉆具與井壁接觸是不可避免的，高摩阻的產生與泥餅質量、巖屑床厚度、修井液密度、修井液對泥巖的抑制性、含砂量及潤滑劑性能有很大關系。因此，控制摩阻應從改善修井液性能入手。

2.4.2 技術對策

在水平井控制摩阻的各項技術中，減緩和破壞巖屑床及提高修井液抑制性問題前面已分析。本節主要敘述改善修井液潤滑性能技術。

2005年施工的水平井以柴油與機油配合為主，以固體潤滑劑為輔提高潤滑性能，SF修井液柴油與機油加入比例為2：1和3：2。另外，發展了一種抗高溫水基潤滑劑，該劑對環境影響極小，通過海洋環境評測，符合海洋排放標準。在沈625-H3和沈625-H6兩口深水平井和部分探井中應用，取得了成功。下面是抗高溫水基潤滑劑的評測數據。

（1）對SF修井液性能影響及潤滑性評價。把抗高溫水基潤滑劑與目前用量最大的聚合醇和極壓潤滑劑進行對比，評價其對SF修井液性能及潤滑性能的影響（結果見表1）。

從表1中看出，抗高溫水基潤滑劑、聚合醇和極壓潤滑劑對SF修井液性能影響很小，三者處于同一水平;潤滑性能上，抗高溫水基潤滑劑在加量1.5%后明顯優于另外兩種。因此，抗高溫水基潤滑劑與SF修井液配伍性良好，適合于在深井中應用。

（2）抑制性評價。使用頁巖膨脹儀分別對SF修井液和分別加入2%三種潤滑劑后的SF修井液進行抑制性評價，結果見圖5。

從圖5中看出，SF修井液中加入2%抗高溫水基潤滑劑后抑制性增強比加入其他兩種潤滑劑效果明顯。說明抗高溫水基潤滑劑對泥頁巖的抑制能力優于聚合醇和極壓潤滑劑。

綜合a、b兩組數據，可以認為抗高溫水基潤滑劑性能優良，與SF修井液配伍良好，適合于在深井中應用。

2.5 防漏堵漏技術

超低滲透防漏堵漏技術（國外稱零滲透技術）已在遼河盆地多口井中應用，對多種漏失都有防堵效果，對潛山油藏的裂縫性漏失堵漏效果較好。

2.5.1 超低滲透試驗

在可視式中壓砂床濾失儀（也稱作FA型無滲透修井液濾失儀）的圓柱筒中加入350cm3粒徑為0.45～0.90mm和粒徑為0.90～2.0mm經清水洗凈后烘干的砂子，壓實鋪平，慢慢加入500ml SF鉆井液（加溫95℃后），按測試API濾失量同樣方法加壓測試7.5min濾失量或測量濾液滲入砂床的深度，結果見表2。

2.5.2 超低滲透處理劑對SF鉆井液性能的影響

將超低滲透處理劑加入SF修井液中，進行超低滲透處理劑的配伍性研究、評價及超低滲透處理劑的優選，結果見表3。

3 現場應用

深水平井修井液技術共應用4口深水平井和1口較大位移井，所實施的5口井平均井深達到3812.6m，最大井深達到4140m，最大井斜達到96°，均是目前遼河油田深水平井之最。小22-平1和沈北3口水平井在三開井段都發生了嚴重的井漏，使用超低滲透堵漏技術堵漏成功，很好地保護了油層。其中，小22-平1井投產后產油120t/d，是鄰井的3～5倍，經濟效益顯著。5口井沒有發生泥漿原因的事故，復雜情況僅43h，固井質量合格，實現了甲方勘探開發生產的目的。

4 結論

1.深水平井修井液技術是井壁穩定、攜巖、潤滑防卡、防漏堵漏等幾項技術的綜合，因此是一項綜合性技術。

2.深水平井修井液技術的研究與應用是針對遼河盆地地質狀況開展的，適用于遼河盆地深層油藏的開發需求。

參考文獻：

[1] 吳琦.井下作業工程師[M].北京：石油工業出版社，2020.

[2] 周金葵.鉆井液工藝技術[M].北京：石油工業出版社， 2009.

中油遼河油田遼河工程技術分公司，遼寧 盤錦 121209