無固相全油基微泡沫鉆井液在水平鉆井中的應用

遲建功

（大慶油田有限責任公司大慶鉆探工程公司，黑龍江 大慶 163000）

1 概述

水平井鉆井技術是20世紀80年代國際石油界迅速發展并日趨完善的一項綜合性鉆井配套技術[1]。隨著鉆井技術的不斷發展，水平井鉆井技術取得了長足的進步，在非常規油氣藏開發過程中，水平井鉆井技術應用較為頻繁，有效地提升了油氣產量和采收率。水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的層維持一定長度水平井段的特殊井，水平井鉆井技術是常規定向井鉆井技術的延伸和發展。水平井鉆井工藝復雜，水平井鉆井施工中摩阻扭矩大，水平段易坍塌卡鉆，需要鉆井液性能穩定，抑制性強、流變性穩定、潤滑性好等功能，無固相全油基微泡沫鉆井液具有良好的潤滑效果、攜巖能力強、抑制性強、良好的防腐蝕能力、油氣藏保護好等優點，該鉆井液體系適合于水平井鉆井施工，在水平井施工中應用越來越廣泛。

2 油基微泡沫作用機理

2.1 微泡沫結構

油基微泡沫結構由流體和保護性外殼兩部分組成。油基微泡沫鉆井液是在連續相中加入表面處理劑、聚合物處理劑，通過物理、化學方式形成的氣—液體系[2]。

2.2 作用機理

2.2.1 封堵性機理

該體系在溫度和壓力的共同作用下，依據地層通道實際尺寸，微泡沫的形狀和體積會發生變化，從而達到對不同尺寸結構的孔隙進行封堵。作用機理如下所述。

2.2.2 較低的液柱壓力

由于微泡沫鉆井液體系鉆井液密度相對較低，進而降低了井底的靜液柱壓力，在一定程度上，起到了預防井塌，制止井漏的目的[3]。

2.2.3 內部壓力作用

當鉆井液到達井底時，微泡沫中的空氣被壓縮，微泡沫體積縮小，致使內部壓力升高。但當鉆遇衰竭地層時，微泡沫會穿過低壓的孔隙，導致儲存在微泡沫中的部分能量釋放，微泡沫開始膨脹，直到內外壓力達到平衡狀態。

2.2.4 高粘度性

由于微泡沫在流動時產生界面變形而吸收能量，相互粘滯，導致流動阻力增加。在易漏地層鉆井液表觀粘度隨剪切率降低而增加，在井底鉆遇低壓或裂縫地層時，剪切率降低，粘度增加，從而加劇了微泡沫的聚集，增強了防漏堵漏的效果。

3 無固相全油基微泡沫鉆井液配方

無固相全油基微泡沫鉆井液在保護儲層方面有著不可比擬的優勢。現有的無固相全油基微泡沫鉆井液體系一般分為1.03～1.90g/cm3的加重鉆完井液體系，如鹵水氯化鈣無固相、甲酸鹽無固相、有機鹽無固相等，以及密度在1.00～1.03g/cm3的不用加重鉆完井液體系等。鹵水無固相鉆井液體系中含有大量的無機鹽對鉆采設備有極強的腐蝕性，同時導電性好影響完井后測井的數據錄取質量，且該體系對環境有著不利影響。應用甲酸鹽和有機鹽體系提升鉆井液密度，又存在體系成本高的問題。為保證鉆井液性能穩定，滿足水平井施工要求，最大程度保護油氣層，減少鉆采設備腐蝕，降低施工成本，對體系進行試驗優化，最終優選出下述配方。

無固相全油基微泡沫鉆井液體系包括如下重量份成分：水50～90 份、生物聚醇鹽10～50 份、無熒光白瀝青2～3 份、生物聚合物0.1～0.3 份、KH-931 降濾失劑1～2份、Redul降濾失劑0.5～1份、聚合醇2～3份、超細碳酸鈣4～6 份、HRA-D 防水鎖劑0.4～0.6 份、聚胺聚合物0.4份。

無固相全油基微泡沫鉆井液體系中水和生物聚醇鹽總重量為100份。

4 無固相全油基微泡沫鉆井液現場應用效果

4.1 安1-H5井概況

安1-H5井是沈陽采油廠的一口三開采油水平井，位于靜安堡油田安1-安97潛山斷塊。本井三開完井，潛山面以上采用套管完井，技術套管下到潛山面以下垂深10m處，潛山大斜度段套管固井，水平井段采用篩管完井。本井水平井段2669～3453m，水平井段長784m，鉆進施工中易發生由于井眼軌跡不斷調整，從而造成托壓和卡鉆的情況發生。在三開井段使用了無固相全油基微泡沫鉆井液體系，使用井段開泵正常，電測和下套管順利，井徑比較規則，該鉆井液體系滿足了保護油氣層、安全鉆井、鉆具防腐、錄井及環保等各項要求。

4.2 鉆井液配制

在攪拌器中加入90份的清水，邊攪拌邊加入無熒光白瀝青（NFA-25）3份，生物聚合物（嘉吉生物工程有限公司生產的生物聚合物XC）0.1份，2份降濾失劑KH-931，1份降濾失劑Redul，聚合醇JLX-A（漢科新技術有限公司）3份，攪拌均勻后再加入10份的生物聚醇鹽，攪拌均勻后形成無固相全油基微泡沫鉆井液體系。

4.3 鉆井液維護

4.3.1 造斜段維護

安1-H5井造斜段巖性主要是泥砂巖，地層巖性分散性強，要求鉆井液體系具有良好的潤滑性能，攜砂性能要強，為預防卡鉆事故的發生，在補充鉆井液量的同時，及時補充抑制劑，控制加入速度，防止發生鉆井液絮凝。造斜初期（20°左右）在鉆井液中加入液體潤滑劑，施工中顯示摩阻不超過4t。當井斜達到30°時，調整鉆井液粘度不要超過58s，使鉆井液動塑比達到0.35～0.59，控制鉆井液中固相含量及含砂量，為施工大斜度井段做好準備工作。在0°～45°施工時，基本上每個單根鉆時控制在40min 左右，施工過程中返砂良好，鉆井液抑制效果良好，返出物成形，顆粒規則。隨著井斜的增大，及時補充液體潤滑劑，提高鉆井液潤滑性，始終把摩阻控制在4t以內，在控制鉆井液流變性合理的情況下，嚴格按照進尺加足加夠藥品，密切關注鉆壓、轉數、排量、返砂量、摩阻、井眼軌跡等鉆井參數及工程的變化情況，充分發揮固控設備作用，及時高效清除無用固相，防止巖屑進一步分散，保持井眼的暢通及清潔。

4.3.2 水平段維護

安1-H5 井水平段（2669～3453m）為了保護油氣層，進入油層前，鉆井液以三低兩高為控制主線，即鉆井液以低含砂量、低濾失量、低摩阻，高抑制性，高質量泥餅進行維護。鉆井液中加入適量的潤滑劑降、超細碳酸鈣4～6份、防水鎖劑0.4～0.6份、聚氨聚合物0.4份，降低鉆井液濾液表面張力，減少水鎖水敏對地層的損害。在保證井眼清潔、凈化良好的情況下，水平井段振動篩使用率達到100%，除砂器每天開啟不少于7h，在保證鉆井液密度的同時，盡量使用離心機清除鉆井液中的有害固相。每100m 或24h 及時補加潤滑劑，保障鉆井液體系中潤滑劑占比，并及時關注提放顯示。由于本鉆井液體系抑制性強，水平段返出物成形度較好，顆粒規則，沒有出現原體系返砂不成形的情況，保證了井壁穩定，防止了井壁坍塌，同時將鉆井液中壓失水控制在4mL 以下。安1-H5井不同井深鉆井性能如表1所示。

表1 安1-H5井不同井深鉆井液性能統計表

4.3.3 完井維護

鉆進時充分使用固控設備清除劣質固相，改善泥餅質量。鉆井液密度盡量控制在下限，適當降低壓差，保持較低的濾失量，來降低泥餅的厚度。鉆進作業中盡可能使用較高的轉數來提高井眼擴大率。鉆進后期保持鉆井液性能穩定，完鉆前應提前50～100m處理好鉆井液的各項性能。下套管前通井到底要充分清洗井筒，嚴格控制鉆井液粘切，完井通井起下鉆要控制速度，在曲率變化大的井段，降低起下鉆速度。通井到底循環不少于2個循環周，循環時排量要逐步提升，盡量避免薄弱地層因壓力波動過大引發失穩，鉆具始終保持緩慢活動狀態，提放范圍要超過5m，嚴禁定點循環沖蝕井壁。套管到底循環時，要求全井循環2周內控制鉆井液性能符合設計中的固井指標，開啟固控設備充分凈化鉆井液，保證井筒清潔，為固井施工做好準備。

5 結論

本體系鉆井液各項性能指標達到了預期的效果，具有良好的穩定性、潤滑性、防腐蝕能力、攜巖能力強，儲層保護效果好，保證了水平井安全優質的施工。

（1）具有良好的潤滑性。水平段起下鉆、接單根等附加壓力小，作業施工順利，在水平段沒有應用柴油作為潤滑劑，降低了鉆井成本。

（2）攜巖能力強。鉆井液n值在0.51～0.53 之間，其值較低，具有較好的攜巖能力。

（3）優良的穩定性。該鉆井液體系在三開應用中，各項性能穩定，處理維護方便，保證了施工的質量和安全。

（4）良好的防腐蝕能力。三開井段使用新型甲酸鹽鉆完井液體系，對鉆具、鉆井液罐及其它設備沒有明顯腐蝕，可滿足防腐要求。

（5）油氣層保護效果好。體系中不含對儲層傷害的處理劑和二價可產生沉淀堵塞的離子，最大限度地保護了儲層。