XX-1-B32超低壓井鉆井液技術研究與應用

向雄，張立權，楊洪烈，劉喜亮，易鵬昌，彭天軍

中海油田服務股份有限公司油田化學事業部，廣東 湛江 524057

為了讓老油田重新煥發活力，越來越多壓力衰竭區域迎來改造和調整。由于壓力因數低，鉆井液密度高，在高壓差下鉆進存在井下漏失、卡鉆、卡套管、儲層損害等作業風險[1-3]。張萬棟等[4]針對壓力衰竭儲層對無固相鉆井液用屏蔽暫堵技術進行了改良，強化了體系暫堵性能，提高了承壓能力，成功解決了低壓儲層易漏失的難題。馬雙政等[5]針對NH油田二期調整井壓力衰竭地層形成高壓差帶來的儲層保護難題，優化了暫堵劑粒徑分布和比例，提高了鉆井液封堵效果，保護了低壓儲層。趙建等[6]針對南海鶯歌海盆地崖城13-1油氣田陵三段地層壓力衰竭、壓差較大容易產生漏失的問題，對鉆井液體系封堵性能進行了優化，同時優選了合適的暫堵材料類型和粒徑分布，實現了低壓地層有效封堵，避免了井漏。相關技術的開發和應用為解決壓力衰竭儲層復雜問題提供了借鑒，但高壓差儲層鉆井仍然存在很多問題。XX-1-B32井是位于南海北部灣海區的一口調整井，區域構造位于北部灣盆地北部拗陷潿西南凹陷中西部，目的層為潿洲組四段(以下簡稱潿四段)，褐灰色富含油細砂巖、油浸細砂巖、灰色油斑細砂巖、細砂巖及泥質粉砂巖與雜色泥巖不等厚互層。該井屬于壓力衰竭儲層，最低壓力因數0.43，最高壓力因數1.16，最大壓差高達35MPa，具有超低壓、多套壓力存在于一個井段的特點。鉆井液的封堵效果、提承壓能力和儲層保護能力面臨考驗，為此開展強封堵且具有優異儲層保護性能的鉆井液體系研究對解決現場問題具有重要指導作用[7-11]。

1 XX-1-B32井鉆井作業難點

1.1 地層特征

表1 XX-1-B32井潿洲組四段地層黏土組分及分析Table 1 Composition and analysis of clay in the fourth member of Weizhou Formation of well XX-1-B32

室內采用X射線衍射對潿四段地層黏土組成進行了分析，結果見表1。由表1可知,伊-蒙混層質量分數在36%以上，伊利石質量分數27%～31%，高嶺石質量分數10%～17%，間層比30%，說明該地層屬于中等偏強分散型、中等偏弱膨脹型地層，主要需要控制鉆井液的包被性能，防止鉆屑分散。對于儲層段而言，還需要特別控制體系的濾失量，防止濾液進入儲層中，造成儲層微粒運移，影響儲層保護性能。

1.2 施工難點分析

XX-1-B32井鉆井施工的主要難點在于該井屬于壓力衰竭儲層，最低壓力因數0.43，最高壓力因數1.16，具有超低壓、多套壓力存在于一個井段的特點。在高達35MPa左右的壓差下鉆進，存在井下漏失、卡鉆、卡套管等作業風險。同時該井儲層為中孔中滲油藏，黏土礦物含量高，且富含分散性強的伊-蒙混層、伊利石，微結構松散，易發生微粒運移；在井漏與高壓差條件下，易發生水敏及水鎖傷害，影響氣田產能。因此，這對該井鉆井液的封堵效果、提承壓能力和儲層保護能力都提出了較高的要求[12]。

2 鉆井液配方確定

2.1 體系的選擇

XX-1-B32井鉆進層段埋藏較深，層位主要是潿四段，且預計儲層壓力因數為0.67，為低壓儲層，開鉆泥漿相對密度為1.26?？紤]到潿四段下部可能存在異常高壓層[12]，壓力因數1.33，會同時出現低壓層和異常高壓層，因此需要加強泥漿的封堵性，提高低壓層的承壓能力。另外為了保證井眼清潔，需控制聚合物高分子的加量，以確保鉆井液良好的攜砂流變性。PDF-PLUS/KCl鉆井液是一套在現場廣泛使用的鉆井液體系，該鉆井液具有很強的防塌抑制性、良好的攜砂帶砂流變性、較好的溫度穩定性和滿足作業要求的潤滑性。根據現場作業情況并結合該井超低壓的特點，選擇采用PDF-PLUS/KCl體系，并對該體系進行了配方優化。

2.2 成膜封堵劑的優選

XX-1油田的類似地層作業中，發現一些砂巖地層的高滲漏導致的鉆井作業問題，需要強化鉆井液的封堵成膜和滲漏控制能力。為了保證鉆井作業的安全高效，對現場常用的封堵劑進行了優選。在對各種成膜封堵劑進行篩選的過程中，采用2種成膜封堵劑聯合作用，將成膜封堵劑的單劑各取2%引入到體系中來作定量的復配，優選出更優處理劑配比，篩選結果見表2，可以看出，2%PF-LPF-H+2%PF-GBL(配方中的百分數為質量分數，下同)復配后鉆井液體系的高溫高壓濾失量有明顯的降低，且其對鉆井液體系的黏切沒有做較大的改變。因此該鉆井液體系的成膜封堵劑采用2%PF-LPF-H+2%PF-GBL。

表2 成膜封堵劑復配優選Table 2 Optimal combination of film-forming plugging agent

注1：基漿配方為2%海水膨潤土漿+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+0.15%XC+3%PF-GJC+3%KCl+重晶石(密度為1.41g/cm3)。

注2：NФ6、NФ3分別為六速旋轉黏度計6、3r/min對應的讀值，下同。

2.3 包被降濾失劑的優選

室內以鉆井液+2%PF-LPF-H+2%PF-GBL為基礎配方，采用PF-PAC-LV和PLUS作為包被降濾失劑進行復配，優選出最優加量，試驗結果見表3。由表3中試驗數據可得，包被降濾失劑的加量為0.5%PF-PAC-LV+0.4%PLUS組合時，鉆井液的黏切在合適范圍內，巖屑回收率達94%，且濾失量最低，展現了良好的包被降濾失性能。

表3 包被降濾失劑的優選Table 3 Optimization of coated filtrate reducer

圖1 潿洲組四段儲層巖心薄片高清分析Fig.1 High-definition analysis of reservoir core slices in the fourth member of Weizhou Formation

2.4 暫堵劑優選

室內對XX-1油田潿四段儲層巖心進行了巖心薄片高清分析(見圖1)。分析得出，該潿四段儲層孔隙度較大，滲透率高，且連通性較好，黏土質量分數高，屬于中孔中滲地層。潿四段儲層孔隙度12.8%～19.7%，平均16.1%；滲透率14.3～659mD，平均118.3mD。根據現場地層分析，采用在鉆井液配方中添加多個不同目數的PF-QWY進行屏蔽暫堵[13,14]。室內利用軟件分析得出，PF-QWY目數配比為800目∶400目=3.35∶1時，封堵喉道實施暫堵的效果最佳。

室內通過對多種關鍵處理劑的篩選，對XX-1油田的天然巖心進行試驗評價與暫堵劑的粒徑級配分析，最終得到了適合該油田超低壓井的PDF-PLUS/KCl鉆井液體系，其優選配方為：2%現場海水膨潤土漿+0.2%燒堿+0.2%純堿+0.5%PF-PAC-LV+0.4%PLUS+0.15%增黏劑+3%PF-GJC+2%PF-GBL+2%PF-LPF-H+5%KCl+3.5%PF-QWY(目數配比800目∶400目=3.35∶1)+重晶石(密度為1.41g/cm3)。

3 鉆井液性能評價

3.1 基本性能評價

將該鉆井液在120℃條件下熱滾16h，評價其基本性能，試驗結果見表4?？梢钥闯?，鉆井液的熱滾前、后流變性能穩定，高溫高壓濾失量低(8.2mL)，滿足鉆井需求。

表4 鉆井液的基本性能評價結果Table 4 Basic performance evaluation results of drilling fluid

3.2 高溫高壓濾失性

取鄰井潿四段13#、8#巖心進行PDF-PLUS/KCl鉆井液配方的高溫高壓濾失試驗，試驗壓差范圍為3～26MPa。試驗步驟如下：①清潔和烘干巖心；②在真空中將巖心浸泡在過濾后的10%氯化鈉鹽水里；③將巖心裝進高溫高壓滲透率測試儀，模擬井下情況，加圍壓至30MPa，加溫至120℃，測量初始滲透率；④在設定的不同壓差情況下測量PDF-PLUS/KCl鉆井液的侵入情況，記錄不同壓差下0.5h濾失量和26MPa下24h濾失量。 結果見表5。

表5 高溫高壓濾失試驗Table 5 High temperature and high pressure filtration experiment

由表5可知，PDF-PLUS/KCl鉆井液在高溫高壓差條件下，壓差越高、濾失量越大，侵入時間越長、濾失量越大；但鉆井液在26MPa壓差下24h濾失量僅為10mL左右，濾失量仍在較低范圍內，表明該體系具有良好的封堵效果。分析原因可知，該鉆井液體系在濾失過程中，可使泥餅表面形成一層保護膜，形成的泥餅薄而致密，阻止了濾液的進一步滲透，起到了較好的暫堵效果。

3.3 儲層保護性

3.3.1 巖心污染

根據鉆井液損害巖心時動濾失量與時間的關系，采用式(1)計算濾液侵入的深度：

(1)

式中：rd為侵入深度，m；V為單位面積巖心濾失量，m；φ為巖心孔隙度，1；rw為井眼半徑，m；ψ為頂替效率，%。

室內依照SY/T 6540—2002標準，在PDF-PLUS/KCl鉆井液動態污染(100℃×3.5MPa，污染125min后)的情況下，模擬計算濾液的侵入深度，試驗結果見表6?？梢钥闯觯輹r間越長，濾液的侵入深度越深。

表6 巖心污染試驗評價Table 6 Experimental evaluation of core pollution

3.3.2 滲透率恢復

室內分別使用人造巖心和XX-1油田天然巖心進行了滲透率恢復試驗，結果見表7。可以看出，人造巖心G54被PDF-PLUS/KCl鉆井液污染后，直接返排的滲透率恢復值較低，僅為68%左右，但污染段截取0.5cm后滲透率恢復值可達86%；XX-1油田13#天然巖心污染后直接返排滲透率恢復值較低(僅為63.19%)，截取0.5cm后滲透率恢復值達到85%以上；而17#天然巖心直接返排滲透率恢復值達到了70.34%，截取0.5cm后滲透率恢復值達到了89.56%。這說明采用射孔完井的方式，PDF-PLUS/KCl鉆井液具有良好的儲層保護效果。

表7 滲透率恢復試驗數據Table 7 Experimental data of permeability recovery

4 PDF-PLUS/KCl鉆井液技術現場應用

XX-1-B32 井潿四段儲層鉆前預測儲層孔隙壓力因數為0.67，鉆后評價儲層孔隙壓力因數最低為0.43、最高為1.16，鉆井過程中最大井底壓差達35MPa，存在井漏、壓差卡鉆等諸多風險?，F場在使用PDF-PLUS/KCl鉆井液的同時，結合了降低壓差、加強封堵及工程措施等多種施工方法，對該儲層段起到了較好的保護效果。

圖2 鉆井液密度隨井深的變化Fig.2 Changes of drilling fluid density with well depth

4.1 降低壓差

使用低密度(1.26g/cm3)開鉆鉆井液。鉆進過程中由于鉆遇多種壓力因數地層，逐步提高密度至1.30g/cm3，完鉆后短起下，泥巖應力縮徑，逐步提高密度至1.41g/cm3平衡應力(見圖2)。

4.2 加強封堵

進入潿四段儲層前，提高PF-LSF、PF-GBL、PF-LPF-H和PF-QWY質量分數，分別加至4.5%、3%、1%和4%，其中PF-QWY目數配比按800目∶400目=3.35∶1搭配，確保鉆井液具有良好的封堵性。

進入潿四段儲層后，嚴格控制鉆井液的高溫高壓濾失量<5mL/(30min)，以獲得高質量的濾餅屏蔽井壁；同時，邊鉆進邊按比例維持以150～250kg/h速度加入PF-QWY，以補充PF-QWY的損耗。

4.3 工程措施

1) 控制鉆進排量和機械鉆速，以獲得較低的井底鉆井液當量循環密度即ECD值。

2) 為了降低激動壓力，要控制開泵速度。如果鉆井液長時間靜止，可選擇分多段打通和循環鉆井液，通過上述多種措施減少井漏情況的發生。

4.4 現場應用效果

1)井眼凈化良好。?215.9mm井段長529m，起下鉆順利、下尾管順利，裸眼起鉆速度124m/h，?7in尾管帶26個扶正器，下入速度264.5m/h。

2)提高地層承壓能力強。鉆井作業中最大井底壓差高達35MPa，未發生漏失，泥餅承壓能力強。

3)儲層保護效果好。隨鉆測壓作業共測19個點，有效點18個，壓力在幾分鐘內恢復，濾液侵入深度淺、量少。說明PDF-PLUS/KCl鉆井液對超低壓儲層的保護效果良好。

5 結論

1) 通過對關鍵處理劑的篩選，構建了一套適合超低壓井的PDF-PLUS/KCl鉆井液體系，可以達到良好的封堵效果，在井壁周圍形成高質量的濾餅，提高地層漏失壓力，降低井漏風險。

2) PDF-PLUS/KCl鉆井液室內試驗結果及實際應用效果證明其具有良好的封堵性和儲層保護效果。

3) 鉆井作業過程中，加強鉆井參數的監測，通過控制起下鉆速度、開泵速度、分段循環及機械鉆速、加強固控等鉆井措施，可最大程度地降低井底ECD值和井底壓差，降低井漏的風險。