海洋環(huán)保型鉆井液在南海烏石區(qū)塊的應用

黃 臣，劉騰蛟，常 鋒，劉相甫，李秋明，魏鑫程，魏盡然，金劉偉

（中石油集團渤海鉆探泥漿技術服務分公司，天津 300280）

WS16-5-1d 井是部署在南海北部灣海域烏石16-5 凹陷東區(qū)反轉構造帶上的一口預探井，構造范圍為東經109°34′～109°38′，北緯20°29′～20°34′海域，平均水深約23 m。烏石16-5 構造周邊多口井已經在流沙港組鉆遇油氣層，2020 年完鉆的WS16-1-13d、WS16-1-18 井在流一段、流二段、流三段均鉆遇厚層油層，勘探證實該區(qū)流二段、流三段發(fā)育厚層優(yōu)質儲層，值得深入研究繼續(xù)拓展勘探[1]。

WS16-5-1d 井是一口四開定向井，設計井深3 662.08 m，鉆進至3 660 m 裸眼完井，井身結構為：φ660.40 mm×455 m+φ508 mm×455 m；φ444.5 mm×2 101 m+φ339.7 mm×2 101 m；φ311.10 mm×3 135 m+φ244.5 mm×3 136 m；φ215.90 mm×3 660 m。該井一開使用海水/膨潤土漿、二開下洋組前使用海水/膨潤土漿，進入潿洲組前轉型為海洋環(huán)保型鉆井液，三開、四開均使用該體系鉆井液，實測完鉆井底溫度135 ℃，實鉆地層及巖性（見表1）。目的層流沙港組坍塌壓力較高，最大井斜25.68°，存在大段頁巖、油頁巖，加上斷層影響需控制鉆井液密度，所以流沙港組井壁失穩(wěn)風險較高，在滿足海洋環(huán)保要求的前提下對鉆井液的抗溫、防塌和抑制性有較高的要求。為解決這些問題，通過室內實驗形成了一套適用于該區(qū)塊的抗溫防塌海洋環(huán)保鉆井液配方，并在現場取得了良好的應用效果。

表1 實鉆地層及巖性描述

1 鉆井液技術難點

1.1 環(huán)保性能

WS16-5-1d 井作業(yè)區(qū)域為南海北部灣地區(qū)，鉆井液要嚴格按《中華人民共和國海洋環(huán)境保護法（2017年修正）》、中國海洋石油有限公司健康安全環(huán)保管理體系、海洋石油相關標準以及中海油廣東湛江分公司工程技術作業(yè)中心的有關規(guī)定執(zhí)行，以保護海洋環(huán)境、保障人體健康、確保鉆井作業(yè)的順利。

1.2 地層穩(wěn)定性

北部灣盆地流沙港組屬于典型的硬脆性泥頁巖地層，巖石弱結構面發(fā)育，且具有一定水化特性，從而導致其鉆井過程中穩(wěn)定井壁難度較大[2]。長期以來，北部灣盆地流沙港組鉆進過程中井眼垮塌現象嚴重，井下復雜狀況頻發(fā)，使得鉆井周期長、效率低、成本高，成為了制約該區(qū)塊勘探開發(fā)的主要技術瓶頸[3]。

1.3 漏失

該井在流沙港組存在漏層，鄰井在該層位曾多次發(fā)生井漏，影響了鉆井時效。海洋環(huán)保型鉆井液擁有良好的觸變性，通過控制鉆井液的流變性，降低循環(huán)壓耗，進入漏層前在鉆井液中加入隨鉆封堵劑，對該層位漏失起到預防作用[4]。

2 鉆井液體系建立

參考區(qū)塊已鉆井資料，該區(qū)塊的水基鉆井液需要著重解決流沙港組劃眼、阻卡等井壁穩(wěn)定問題，在不使用褐煤、磺化瀝青等“黑色”封堵、降濾失材料的前提，保證鉆井液的封堵和抑制性[5]；海洋環(huán)保鉆井液應具有良好環(huán)保性能，對環(huán)境無毒、無害，抗溫能力和流變性應滿足井下需要[6]。針對以上要求，以環(huán)保型包被抑制劑BZ-BYJ-1、環(huán)保型降濾失劑BZ-KLS-1 和KCl 形成基漿配方[7]，對封堵劑和復合潤滑劑進行了優(yōu)選，基漿配方為：400 mL 水（海水：淡水=3：1）+2%膨潤土＋0.3%BZ-BYJ-1+0.2%BZ-HXC+2%BZ-KLS-1+0.3%NaOH+0.3%純堿+3%復合超細碳酸鈣（600 目：1 250目=1:1）。

2.1 封堵劑優(yōu)選

對Green-Seal、PF-AQUAseal、BZ-DFT 及BZ-YFT共4 種環(huán)保防塌劑進行了室內評價，向基漿中分別加入不同質量分數的上述4 種防塌劑，測定濾失量的變化，結果（見表2）。由表2 可以看出，其中同濃度下BZ-YFT 濾失量最低，在體系內的降濾失效果最好，當其加量為2%時降濾失效果較好。

表2 環(huán)保防塌劑降濾失性能評價

2.2 復合潤滑劑優(yōu)選

由于海洋鉆井中對巖屑低含油量要求，鉆井液需要控制油類潤滑材料的加入量。聚合醇是近些年常用的新型處理劑，具有抑制黏土分散、降低鉆井液濾失量、提高鉆井液潤滑能力的作用，常規(guī)潤滑效果更好[8]。對聚合醇類材料BZ-YRH 與環(huán)保型潤滑劑BZ-RH-1分別按照加量3%和1%進行復配，加入基漿中評價其潤滑性能，基漿摩阻降低率可達77%。

3 鉆井液性能評價

通過室內正交實驗和鉆井液防塌劑、潤滑劑優(yōu)選結果形成的環(huán)保型海洋鉆井液體系基本配方如下：海水+2%膨潤土＋0.3%NaOH+0.3%純堿+0.3%BZ-BYJ-1+0.2%BZ-HXC+2%～3%BZ-KLS-1+2%～4%BZ-YFT+3%BZ-YRH+1%BZ-RH-1+3%～5%復合超細碳酸鈣（600 目：1 250 目=1:1）+9%～12%KCl+重晶石。

3.1 常規(guī)性能

測量不同密度的海洋環(huán)保型鉆井液在室溫和經140 ℃熱滾24 h、48 h、72 h 后的常規(guī)性能，結果（見表3）。從表3 可以看出，海洋環(huán)保鉆井液的抗溫性能、長期抗溫穩(wěn)定性良好，老化后的流變性和濾失性能均能滿足鉆進需要。

表3 海洋環(huán)保鉆井液性能評價

3.2 鉆井液生物毒性

根據SY/T 6787-2010《水溶性油田化學劑環(huán)境保護技術要求》對海洋環(huán)保鉆井液及處理劑進行室內實驗[9]，結果（見表4），處理劑及鉆井液均無生物毒性顯示，滿足相關要求。

表4 生物毒性評價

3.3 鉆井液生物可降解性

根據HJ 505－2009《水質五日生化需氧量（BOD5）的測定稀釋與接種法》、HJ 828－2017《水質化學需氧量（CODCr）的測定重鉻酸鉀法》對海洋環(huán)保鉆井液及配方濃度處理劑進行室內實驗，結果（見表5）。根據檢測結果所示，海洋環(huán)保鉆井液所用處理劑均能滿足，鉆井液也可滿足生物降解要求。

表5 生物降解性評價

3.4 抑制性

使用抗溫140 ℃、密度1.45 g/cm3海洋環(huán)保鉆井液配方對大港油田沙河街頁巖巖樣進行滾動回收實驗，取20 g、6 到10 目的頁巖巖樣，分別用清水和鉆井液在140 ℃下，進行16 h 滾動，測量巖心回收率（見表6）。表6 結果表明環(huán)保鉆井液具有良好的抑制性。

表6 巖屑滾動回收實驗

3.5 封堵性

將配制好的海洋環(huán)保鉆井液經140 ℃老化16 h后，使用OFITE 滲透性封堵儀對其封堵性進行評價。評價前將10 D，40 mD 的人造砂盤浸泡在7%氯化鉀溶液中至充分飽和，在壓差6.9 MPa，溫度140 ℃條件下進行評價，實驗結果（見表7）。

表7 高溫高壓滲透性封堵測試結果

結果顯示，鉆井液在細目鈣、防塌封堵劑的協(xié)同作用下，對低、中滲砂盤均能形成有效地封堵，可以在易塌地層上快速形成濾餅，針對該地層的孔隙進行有效封堵，有利于井下穩(wěn)定、防止地層坍塌。

4 現場應用

4.1 二開

二開鉆遇燈樓角組、角尾組、下陽組、潿洲組。上部使用海水/膨潤土體系，下部轉為海洋環(huán)保型鉆井液體系。

其配方如下：海水+3 kg/m3BZ-BYJ-1+0.3%BZBYJ-1+0.2%BZ-HXC+2%BZ-KLS-1+1%BZ-YFT+2%BZ-YRH+9%KCl，重晶石加重至1.32 g/cm3。

鉆井液維護措施如下：（1）采用海水開路鉆水泥塞，鉆進至460 m 后轉為閉路鉆進，燈樓角組維持黏度30～35 s，每柱墊般土漿15 m3后接立柱；740 m 進角尾組后改為開路鉆進，每柱掃般土漿10 m3。

（2）鉆至1 100 m 改為閉路鉆進，同時混入聚合物降濾失劑BZ-KLS-1 膠液，轉型為海水聚合物鉆井液；鉆進過程中使用BZ-HXC 逐步提高黏度至32～36 s，并每鉆進1 柱掃稠漿10 m3；鉆至1 400 m 按照配方濃度加入處理劑，泥漿轉型為海洋環(huán)保型鉆井液體系。

（3）通過包被抑制劑BZ-BYJ-1、KCl、封堵防塌劑BZ-YFT 提高泥漿的抑制性，從而保證井壁的穩(wěn)定性，使用BZ-HXC 調整泥漿黏度，保證泥漿擁有良好懸浮攜砂性能，提高鉆井液密度至1.23 g/cm3；進入潿洲組后，使用BZ-KLS-1 逐步降低API 失水至10 mL，提高鉆井液黏切至45 s，提高鉆井液密度至1.32 g/cm3；鉆至中完井深后掃稠漿20 m3。

（4）開鉆使用100 目篩布防止跑漿，鉆進至潿洲組大段砂巖后使用120 目篩布，防止有害固相進入泥漿中，密度上漲過快，合理利用振動篩和除泥器以及離心機，最大程度減少泥漿中的有害固相。

4.2 三開

三開鉆遇流一段、流二段，使用海洋環(huán)保型鉆井液，鉆井液配方如下：海水+0.2%純堿+0.2%NaOH+2%膨潤土+0.3%BZ-BYJ-1+0.2%BZ-HXC+3%BZ-KLS-1+3%BZYFT+3%BZ-YRH+1%BZ-RH-1+5%超細碳酸鈣（600目：1 250 目=1:1）+9%KCl+重晶石加重至1.45 g/cm3。

工程概況及泥漿維護：（1）開鉆前，配制150 m3海洋環(huán)保型鉆井液，充分循環(huán)均勻，排放清洗沉砂池，鉆水泥塞期間將150 m3新漿與老漿混合均勻。

（2）鉆進過程中維持黏度50～60 s，及時補充新配制膠液，防止黏切上漲，根據地層變化，及時調整密度。配制膠液使用BZ-KLS-1 控制失水小于5 mL，保持KCl 含量不低于9%，防止泥巖吸水膨脹；逐步提高封堵防塌材料BZ-YFT 含量、加入適量復合超細碳酸鈣，改善泥餅質量，在井壁形成優(yōu)質泥餅。

（3）鉆進至流二段前將密度提至1.40 g/cm3，中完前逐步提高密度至1.45 g/cm3，鉆遇地質提示斷層前通過稀膠液調整好鉆井液流變性，降低循環(huán)壓耗，加入5%濃度復合抄襲碳酸鈣，同時加入適量纖維類隨鉆堵漏劑BZ-SDL，增強主動防漏能力；保持3%BZ-YRH和1%BZ-RH-1 含量，提高泥漿潤滑能力，減少摩阻。

（4）鉆進至3 135 m 中完，循環(huán)至返出干凈，起鉆（裸眼段倒劃起出，期間返出少量頁巖掉塊），下鉆至井底，循環(huán)至返出干凈，加入BZ-YRH 1 t、BZ-YFT 1 t 封閉裸眼井段，起鉆正常，下套管固井正常。

4.3 四開

四開鉆遇流三段，使用海洋環(huán)保型鉆井液，鉆井液配方如下：海水+0.2%純堿+0.2%NaOH+2%膨潤土+0.3%BZ-BYJ-1+0.2%BZ-HXC+3%BZ-KLS-1+3%BZYFT+3%BZ-YRH+1%BZ-RH-1+3%超細碳酸鈣（600目：1 250 目=1：1）+12%KCl+重晶石加重至1.47 g/cm3。

鉆井液維護措施如下：（1）鉆進過程中，利用高濃度膠液持續(xù)提高鉆井液高溫穩(wěn)定性，維持降濾失劑及封堵防塌材料BZ-YRH、BZ-YFT、BZ-KLS-1至配方濃度，改善泥餅質量，使API 濾失量＜3 mL，HTHP＜10 mL；逐步提高KCl 濃度至12%，確保泥漿良好的抑制性；

（2）鉆進至井深3 226 m 鉆時慢（0.8 m/h），懷疑鉆頭泥包，掃稀塞、海水各一次未見效果，繼續(xù)鉆進至井深3 233 m 鉆時變快（30 m/h），后續(xù)鉆進期間鉆時時快時慢，通過調節(jié)固控設備及膠液加入量使鉆井液保持密度1.47 g/cm3，黏度50 s，維持性能穩(wěn)定，直至完鉆井深3 660 m。

5 應用效果

WS16-5-1d 井在鉆進過程中，封堵性強，井壁穩(wěn)定效果好，鉆井液性能良好（見表8），在不同井段均有較低的濾失量，鉆遇斷層前通過主動加入復合隨鉆堵漏劑，防止了井漏的發(fā)生。體系流變性能良好，對各類巖屑、掉塊攜帶良好，鉆進期間扭矩波動正常，施工安全平穩(wěn)。該井鉆井液施工中配套措施完善，滿足了現場安全、優(yōu)質施工的要求，鉆完井作業(yè)順利，未發(fā)生任何事故復雜，圓滿完成了設計勘探任務。

表8 WS16-5-1d 井三、四開鉆井液性能

6 結論

（1）室內評價結果表明，海洋環(huán)保型鉆井液對環(huán)境無污染，抑制性、封堵性強。在現場應用中鉆井液API濾失量＜3 mL，HTHP 濾失量＜10 mL，流變性滿足井下需要，表現出了良好的應用效果。

（2）海洋環(huán)保型鉆井液在WS16-5-1d 井的成功應用表明，針對流沙港組泥頁巖地層，應從提高鉆井液抑制性、封堵能力、嚴控濾失量、控制合理密度等多方面入手，協(xié)同解決該地層的易塌易卡問題，鉆遇斷層前通過流變性調控，提前加入復合隨鉆堵漏劑防止了井漏的發(fā)生。

（3）該鉆井液具有環(huán)保可排放流變性良好，濾失量穩(wěn)定可控，并具有良好的抑制性和膠體穩(wěn)定性，較好地解決了流沙港組頁巖穩(wěn)定問題。在環(huán)保要求日益嚴峻的環(huán)境下，具有很好的推廣應用前景。