無粘土相弱凝膠鉆井液體系在大牛地氣田水平井的應用研究

周慧敏 (中石化華北分公司調度處，河南 鄭州 450006)

無粘土相弱凝膠鉆井液體系在大牛地氣田水平井的應用研究

周慧敏 (中石化華北分公司調度處，河南 鄭州 450006)

針對大牛地氣田水平井水平段鉆井中鉆井液存在的技術難題，引入了弱凝膠鉆井液體系，并對其性能進行了研究。研究表明，弱凝膠鉆井液體系具有優良的抗溫、抗鹽性能，流變性能能夠滿足長水平段鉆井工程的需要，氣層保護效果優異。在水平段施工中，弱凝膠鉆井液體系各項性能指標控制良好，鉆井施工過程順利，有效地解決了巖屑攜帶、井壁穩定性以及儲層傷害等一系列難題。

弱凝膠；鉆井液；水平井；大牛地氣田

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北部，是發育在上古生界地層中的大型致密低滲氣田，也是中國石化已投入開發的第二大氣田。為最大限度增加低壓低滲儲層的瀉流面積和提高產能，在該區的勘探開發關鍵技術中引進了水平井鉆井技術，并且呈現出逐年增加的趨勢。實踐證明,水平井鉆井技術是優質高效開發鄂爾多斯大牛地氣田的關鍵技術之一。

然而，在鉆井施工中井壁坍塌、掉塊和儲層傷害嚴重等一系列難題嚴重制約了該氣田的勘探開發。通過對前期研究的總結，結合大牛地氣田地質資料分析，選用弱凝膠鉆井液體系能有效解決目前該氣田水平井鉆井中存在的主要技術難題。該體系在大牛地氣田水平井水平段得到應用，全部順利鉆達設計井深，取得了很好的社會效益和經濟效益。

1 大牛地氣田儲層特征

鄂爾多斯大牛地氣田是典型的低壓低滲裂縫性砂巖氣藏，該區儲層具有孔隙度低、滲透率低或致密、儲層壓力低、儲層孔喉細小、毛管壓力高以及儲層裂縫和微裂縫發育等特征。大牛地氣田上古生界各氣層組的喉道分布具以下特點：各氣層組平均喉道半徑在0.31～0.44μm之間，相對變化幅度較小；最大連通喉道半徑山1段、盒1段最高，盒2段、盒3段、山2段次之，太2段最低；中值半徑盒3段、盒2段、太2段在0～1.0μm以上，盒1段、山2段、山1段僅0.05μm左右，太2段中值半徑和中值壓力相對其他層系較小，但平均喉道半徑和最大連通半徑均較小。氣層孔隙度7.62%～10.27%，滲透率(0.55～1.36)×10-3μm2。

大牛地氣藏是典型的低孔低滲(致密)砂巖，對于低滲和特低滲油田，室內研究發現，普遍存在著3 種形式的傷害，一種是“水”的侵入造成的傷害，另一種則是固相顆粒的侵入造成的堵塞。對于“水”的侵入造成的傷害，主要有水相圈閉和水敏損害。此外，大牛地氣田上古生界砂巖儲層微裂縫發育，在鉆井完井、開發和增產措施等作業過程中，致密砂巖氣層的孔隙結構特征和裂縫寬度會隨有效應力的變化而變化，氣層滲透率將受到影響，即氣層會產生應力敏感性損害[1-2]。

2 弱凝膠鉆井液基本配方及性能

2.1弱凝膠鉆井液基本配方

弱凝膠鉆井液體系是無粘土體系，其基本配方為：淡水+0.1% NaOH+0.15% Na2CO3+(0.5%～0.7%) HVIS+1.5%降濾失劑HFLO+1.5%聚胺HPA+2%無熒光潤滑劑 +0.05%除氧劑HGD+0.07%殺菌劑HCA+5%KCl+2%防水鎖劑HAR+5%酸溶性暫堵劑QWY。

2.2弱凝膠鉆井液性能

1)流變性能 鉆井液體系的流變性能見表1。由老化前后弱凝膠鉆井液體系的流變參數可以看出，該鉆井液體系具有高的動塑比，優良的剪切稀釋能力，動態攜砂能力強；初切力/終切力參數較高，有利于鉆屑的懸浮，該性能用于水平井段鉆進時，可以有效防止巖屑床的形成，降低井下事故的發生[3]。

表1 老化前后體系的流變性能

2)抗鹽污染評價 用氯化鈉評價該弱凝膠鉆井液體系的抗鹽性，試驗數據見表2。由表2可以看出，隨著NaCl加量的增加，體系的濾失量逐漸降低，流變參數變化不大，說明該體系具有強的抗鹽性。

表2 弱凝膠鉆井液體系抗鹽污染評價試驗

3)抗復合鹽水污染評價 為評價弱凝膠鉆井液體系抗地層水污染后性能的變化，采用標準鹽水(NaCl∶MgCl2∶CaCl2=7∶0.6∶0.4)評價該體系的抗污染性，試驗數據見表3。由表3可以看出，加入20%復合鹽水后，粘度切力略有下降，但是總體來說體系性能穩定，動塑比較高，可見體系抗地層水污染能力較強。

表3 弱凝膠鉆井液體系抗地層水污染評價試驗

4)體系對儲層損害評價試驗 試驗方法按照SY6540-2002(鉆井液完井液損害油層室內評價方法)標準測定[4]，采用氣測滲透率恢復值來評價儲層保護效果，試驗結果見表4。從表4可以看出，該體系的滲透率恢復值高于85%，若動態污染之后巖心用酸性破膠劑浸泡處理(90℃，6h)，用同一井段巖心盒1-2滲透率恢復值高達95.36%，比污染后未作處理滲透率恢復值提高了10%，可見酸性破膠劑能有效清除泥餅，增強儲層保護效果。

表4 氣測滲透率恢復值

3 現場應用

下面以DP20井為例介紹無粘土弱凝膠鉆井液體系在大牛地氣田多口水平井中的應用情況。

3.1鉆井液性能控制

在DP20井施工過程中，鉆井液配方及性能情況見表5。由表5可以看出，鉆井液密度控制良好，滿足了近平衡鉆進的需要。在全井使用的低密度鉆井液時，漏斗粘度控制在40～70s左右，隨著鉆井液密度和井深的調整，漏斗粘度緩慢增長，粘度波動性小，性能穩定，最大程度地發揮鉆頭水馬力，有利于提高機械鉆速。HRD無粘土相弱凝膠鉆井液體系濾失量前期波動較大，但隨井深增加，性能穩定后失水一直可控制在5ml左右，有效減少了儲層污染。

表5 HRD鉆井液性能表

基本配方：淡水+0.1% NaOH +0.15% Na2CO3+(0.5%～0.7%)HVIS(增粘劑)+(0.1%～0.2%)80A51(增粘劑)+(0.2%～0.4%)HV-PAC+1.5% HFLO +1.5% HPA(抑制劑) +2%無熒光潤滑劑+0.07% HCA+0.05%HGD+(5%～10%)KCl+(1%～2%)防水鎖劑+2%RHJ-1(納米乳化石蠟)+(3%～5%)QS-2(酸溶性橋塞劑)。

3.2鉆井液處理劑優選

經大量的試驗，并對二三十多種處理劑進行篩選，最后確定使用增粘劑HVIS調整鉆井液的粘度和切力，保證鉆井液具有良好的攜巖性和懸浮性，防止巖屑床的形成；使用KCl和抑制劑HPA，加強鉆井液濾液的抑制性；引進納米乳化石蠟(RHJ-1)，增強體系防塌抑制性，降低鉆井液表面張力，由于納米乳液的潤滑性極佳，其封堵作用僅是暫時性的，和孔喉的摩擦系數較低，極易清除，不會對油氣層造成傷害；無熒光潤滑劑以植物油為基礎油的潤滑劑，摩擦系數低，可生物降解，無污染，同時低熒光，不影響對地質資料的分析和評價，可對儲層進行保護。

3.3鉆井液的維護和處理措施

1)正常鉆進 正常鉆進過程中，以補充膠液為主，盡量把所有藥品都配制成膠液，然后均勻加入鉆井液，保持鉆井液性能的穩定，并防止未溶好的鉆井液處理劑堵塞儀器和篩網，造成儀器無信號和振動篩跑漿；通過補充增粘劑HVIS、80A51增加鉆井液的懸浮攜帶能力，調整鉆井液的粘度和切力，以井下情況為依據，保持較高的動切力和動塑比，保證鉆井液具有良好的攜巖性和懸浮性，防止巖屑床的形成；補充降失水劑HFLO，降低鉆井液濾失量，防止井壁坍塌，保證井眼規則和井壁穩定。若體系K+含量高， 濾液礦化度高，可適當補充HV-PAC(聚陰離子纖維素)和LV-CMC(鈉羧甲基纖維素)增加體系護膠能力。

2)水平段鉆進 水平段鉆進過程中，鉆井液的潤滑性能尤為重要，保證無熒光潤滑劑的有效含量，使摩擦系數達到設計要求，防止粘卡。加強固控設備的使用，鉆井過程中不間斷使用四級固控設備，使用120目以上的振動篩，同時勤撈砂、清沉砂罐，及時清除鉆井液中的有害固相，降低鉆井液的密度并防止形成厚泥餅；合理使用離心機，清除鉆井液中的無用固相含量，并保證含砂量不超過0.3%。鉆井過程中不斷補充KCl和抑制劑HPA，加強鉆井液濾液的抑制性，抑制高伽瑪層以及泥巖的造漿和水化膨脹掉塊，減少水敏的損害并保證井壁的穩定；定期補充緩蝕劑CA101-4，防止高壓氧對鉆具腐蝕，更好地保護鉆具；在起鉆前鉆井液需要長時間靜止時加入HGD除氧劑和HCA殺菌劑，提高鉆井液的抗氧化能力；鉆進過程中保證防水鎖劑的加量，做好油氣層保護工作。

4 認識和結論

4.1無粘土弱凝膠鉆井液體系能夠滿足大牛地氣田水平井水平段鉆井工程的需要

①HRD無粘土相弱凝膠鉆井液體系表現有強抑制和井壁穩定能力。鉆遇純泥巖夾煤層段149m浸泡40多天未出現掉塊垮塌現象，中途更換頂驅，空井3d后，起下鉆仍順利到底。②無粘土弱凝膠鉆井液體系具有很好的潤滑能力。DP20井動摩阻18t，扭矩最大19kN/m，全井裸眼段1500m，未出現脫壓現象。③HRD無粘土相弱凝膠鉆井液體系在側鉆掃水泥塞時，鉆井液性能穩定，充分表現了該體系較好的抗污染能力；在整個水平段鉆進過程中，多次鉆遇大段泥巖和少量煤層，整個鉆進過程中，鉆井液性能控制良好，滿足了井下安全和氣層保護工作的需要。

4.2無粘土弱凝膠鉆井液體系能夠很好地保護儲層

①HRD無粘土相弱凝膠體系具有很好的抗鹽能力，可以采用KCL和超細鈣加重至1.18 g/cm3，有效地滿足了鉆井液低固相和氣層保護工作的需要，進一步提高了鉆井液體系的抑制能力，能夠很好的抑制泥巖造漿，保證鉆井液體系的性能穩定。②HRD無粘土相弱凝膠體系具有較高的低剪切粘度， 在近井壁井段能夠形成較低的流動性，配合使用全酸溶復配材料，能夠有效減少鉆井液對井壁的沖刷，保護井壁。③HRD無粘土相弱凝膠體系能有效控制API濾失量，API失水量小于5ml，高溫高壓條件下小于13ml，濾液表面張力低，可以達到26mN/m，泥餅薄而堅韌，能有效地控制污染帶的深度，更好地保護氣層。④大牛地氣田太2段地層非均質強，在該段進行水平井施工應注意鉆井液密度控制。⑤建議在以后的水平井施工中鉆遇泥巖時，采取懸空側鉆技術，盡量不要打水泥塞側鉆，打水泥塞極易形成對油氣層永久性堵塞和二次污染，不利于油氣層保護。⑥無粘土相弱凝膠鉆井液體系成本低，施工簡單，易維護，能夠滿足大牛地氣田水平井低成本開發要求。

[1]羅健生，王雪山，徐紹誠.無粘土弱凝膠鉆井液的研制開發及應用[J].鉆井液與完井液，2002，19(1)：11-12.

[2]鄧紅琳，袁立鶴.大牛地氣田保護儲層鉆井液技術[J].鉆井液與完井液，2005，22(5)：39-42.

[3]王薦，張榮，聶明順，等.HRD弱凝膠鉆開液的研究與應用[J].天然氣勘探與開發，2008,12:52-55.

[4]王昌軍，張春陽.PRD弱凝膠鉆開液性能評價與試用效果[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報)，2008,30(6)：143-145.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.08.021

TE254

A

1673-1409(2012)08-N065-03

2012-05-23

周慧敏(1983-)，女， 2006年大學畢業，助理工程師，現主要從事石油工程生產管理方面的研究工作。

[編輯] 洪云飛