遼東灣探井用改性天然高分子鉆井液技術

侯岳，班士軍，趙云龍

（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）

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遼東灣探井用改性天然高分子鉆井液技術

侯岳，班士軍，趙云龍

（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）

侯岳等.遼東灣探井用改性天然高分子鉆井液技術[J].鉆井液與完井液，2016，33（3）：60-63.

摘要DS4井是一口位于渤海北部遼東灣海域的區域探井。針對DS4井裸眼段長、地質條件復雜、鉆遇油氣層位多的情況，在對鉆井液抑制性、封堵性、保護油氣層作用機理進行分析的基礎上，對改性天然高分子鉆井液進行了配方優選。實驗結果表明，在改性天然高分子鉆井液中引入強抑制劑AP-1和封堵劑DLP后，鉆井液具有良好的抑制性和封堵性，防止了DS4井上部明化鎮組、館陶組高滲透地層的漏失，在較低的密度下確保了下部東營組泥巖地層的井壁穩定，實現了安全快速鉆井；具有優良的潤滑能力，在DS4井二開裸眼段長3 131m、位移大（1060 m）、最大井斜達到34.5°的情況下，成功地實現了電測一次成功率100%；鉆井液具有低熒光特性，能夠及時地發現油氣層；具有優良的油層保護效果，DS4井在東營組發現了良好的油氣顯示，并在試油階段獲得了高產的工業油流。

關鍵詞改性天然高分子鉆井液；井眼穩定；地層損害；抑制性；封堵性

DS4井是位于渤海灣盆地遼東灣坳陷遼中凹陷走滑斷裂帶東升4號構造東升4斷塊的1口預探井，目的是為了預探該區塊館陶組和東營組地層的油氣情況。該井為二開定向井，二開設計裸眼段長2 677 m、井底位移為686 m，且二開井段涵蓋了明化鎮組、館陶組和東營組3個地層，裸眼段長且鉆遇多個油氣層，海洋鉆探安全風險大；同時二開井段對鉆井液的油層保護、攜砂、潤滑提出了更高的要求。因此，以提高現有的天然高分子鉆井液的抑制性和封堵性為重點，通過優選抑制劑和改善濾餅封堵劑，形成了改性天然高分子鉆井液技術。DS4井應用該鉆井液技術，在二開裸眼段加深至3 131m以及井斜為34.5°的情況下，順利地實現了二開中途電測和完井電測一次到底，同時在東營組地層取得了良好的油氣顯示[1-5]。

1　室內實驗

1.1作用機理

改性天然高分子鉆井液以提高現有天然高分子鉆井液的抑制性和封堵性為重點，優選抑制劑AP-1和改善濾餅封堵劑DLP來提高鉆井液的抑制防塌性能，形成了改性天然高分子鉆井液技術，其作用機理如下。

1）抑制劑作用機理。AP-1通過—O—、—OH、—NH等吸附基吸附在黏土表面，R基伸向外面，形成疏水膜，減少水進入地層。AP-1具有獨特的分子結構，使其能很好地鑲嵌在黏土層間，并將相鄰的黏土層緊緊束縛在一起，通過壓縮雙電層作用，減少黏土的層間距，控制黏土水化膨脹和分散。

2）封堵劑作用機理。鋁基聚合物DLP在適當的條件下，鋁元素會生成一種兩性氫氧化物。在pH值較高時，它會生成水溶性的四羥基鋁陰離子，而當pH值在5～6之間時，它又會生成氫氧化鋁沉淀，可以利用鋁基聚合物的這種性質來穩定井壁。鉆井液一般呈堿性，故當在鉆井液中加入鋁基聚合物時，它是以溶解的絡離子形式存在，而當鋁離子隨鉆井液濾液進入地層時，遇到地層水（pH值一般在5～6之間），即會生成氫氧化鋁沉淀。利用氫氧化鋁在頁巖孔喉內或微裂縫內的沉積作用，可顯著增強井壁穩定性。

3）保護油氣層作用機理。AP-1能控制黏土水化膨脹、分散，減少由于黏土水化膨脹、分散而造成對油層的堵塞，保護油氣層；AP-1具有表面活性，能降低表面張力，有效控制水鎖。

1.2天然高分子鉆井液配方的優化

在原有天然高分子鉆井液的基礎配方上分別加入AP-1、DLP以及XC，測定鉆井液主要參數變化，結果見表1。表中鉆井液配方如下。

1#3%海水膨潤土漿+2%降濾失劑NAT20+ 3%NFA-25+2%PGCS-1+0.3%IND30

2#1#+0.5%AP-1

3#1#+1.0%AP-1

4#1#+0.5%AP-1+1%DLP

5#4#+0.2%XC

表1　天然高分子鉆井液配方優化實驗

由表1可知，在天然高分子鉆井液基礎配方中加入AP-1之后，鉆井液流變參數和濾失量變化不大；在加入DLP之后，鉆井液的流變參數變化不大，封堵性有所增強，高溫高壓濾失量有所降低，同時泥餅黏滯系數得到了降低，泥餅質量得到了改善。由此可以看出，AP-1、DLP與原天然高分子鉆井液形成良好的配伍；同時加入少量XC可以提高鉆井液的切力和動塑比，從而提升鉆井液的攜砂性能。

1.3改性天然高分子鉆井液性能評價

為了進一步驗證AP-1提升改性天然高分子鉆井液抑制性的能力，在原天然高分子體系中加入抑制劑KCl、AP-1以及甲酸鉀，分別進行24 h線性膨脹率和滾動回收率實驗，結果見表2。由表2可知，天然高分子鉆井液+1%AP-1的防膨性最高，24 h膨脹率降低率可達75.52%；天然高分子鉆井液加入AP-1和KCl后，體系的抑制性有所提高，在加入1%AP-1的基礎上再加入KCl對抑制性提高不明顯。

油層保護實驗。如表3所示，改性天然高分子鉆井液在引入AP-1和DLP之后，仍然保持原有天然高分子體系的油層保護能力，同時AP-1的引入進一步提高了鉆井液對油層的保護效果，實驗數據進一步證明了該體系的油層保護能力，滲透率恢復值可高達93%以上。

表2　24 h線性膨脹率對比實驗

表3　巖心滲透率恢復實驗

2　現場應用

DS4井二開井段507～3 638 m使用改性天然高分子鉆井液，該井最大井斜為34.5°，二開鉆至井深2 134 m后改變原有軌跡進行二次造斜。鉆井液維護和處理要點如下。

1）鉆井液轉型處理。二開上部地層為明化鎮組地層，主要以細砂巖和中砂巖為主，為了減少鉆進過程中振動篩跑漿，采用海水膨潤土漿鉆進至垂深1100 m后，轉型至改性天然高分子鉆井液。轉型前通過開啟固控設備和放漿稀釋的方法將鉆井液的膨潤土含量控制在30～35 g/L，然后在第1個循環周補入1%的降濾失劑膠液進行護膠，第2個循環周均勻補入含有包被劑和AP-1的膠液。

2）提高鉆井液的井壁穩定性。由于二開裸眼段長3 131m，涵蓋了明化鎮組、館陶組和東營組3個地層，上部明化鎮組和館陶組有高滲漏的砂巖和砂礫巖，下部有東營組易造漿和坍塌的泥巖，因此鉆井液在根據地層深度做好鉆井液密度調整的同時，加入足量的DLP、AP-1、NFA-25、PGCS-1以及細目鈣等處理劑，提高鉆井液的抑制性和封堵性，減少鉆井液濾液的侵入和對井壁的浸泡，確保井壁穩定。該井二開東營組鉆井過程中，通過提高鉆井液的抑制性，成功地將密度控制在1.18～1.20 g/cm3，相比陸上區塊東營組鉆井液密度1.25 g/cm3有所降低，有利于更好地發現和保護油氣層。

3）提高鉆井液的潤滑性。在進入造斜點200 m前，加入NFA-25和PGCS-1，改善鉆井液濾餅的同時，增強鉆井液的潤滑性。由于該井為預探井，地質錄井對鉆井液處理劑熒光級別要求不大于4級，現場鉆井過程中通過加入足量的優選低熒光潤滑劑，同時進一步提高AP-1的加量至1%，保證了二開井段定向過程中未發生嚴重托壓和復合鉆進過程中扭矩小于15 000 N·m。

4）調整鉆井液的流變性。該井二開裸眼段長，東營組為大段的易造漿泥巖，且中途起下鉆次數多，因此在轉型鉆井液之前要合理控制鉆井液的膨潤土含量，同時保證鉆井液中AP-1和大分子包被劑的有效含量。定期以膠液的形式補充降濾失劑、抑制劑、封堵防塌劑等處理劑在鉆井液中的有效含量，控制鉆井液的黏度為45～60 s，API濾失量小于5 mL，膨潤土含量小于50 g/L，高溫高壓濾失量小于12 mL，切力為（2～5）/（3～8）Pa/Pa。利用XC隨時調整鉆井液的動塑比和φ3、φ6的讀值，保持鉆井液有良好的流變性和攜砂性能，同時結合超級清潔纖維對井眼進行不定期清掃。鉆井過程中利用固控設備清除因機械分散進入鉆井液的微小固相，控制鉆井液的含砂量不大于0.2%。

3　應用效果

1）抑制性強、性能穩定、井徑規則。二開φ241.3 mm井段在鉆遇東營組大段強造漿泥巖和多次起下鉆的情況下，鉆井液能保持穩定的流變參數以及各項性能優良，全井沒有因為流變性而置換鉆井液，全井段井徑規則，無大肚子井眼現象，使用改性天然高分子鉆井液井段井眼擴大率僅為3.2%，為定向和導向鉆進以及完井作業提供了保障，二開鉆井液性能見表4，二開井徑見圖1。

2）潤滑性強、封堵能力強、全井無復雜事故。在該井施工過程中，沒有發生任何的事故復雜，在中途改變井眼軌跡的情況下，定向過程順利，不存在嚴重的托壓現象，面對裸眼段長達3 131m、井底位移1060 m以及井斜34.5°的情況，中途電測和完井電測一次成功率100%，且后續完井作業均順利完成。

表4　DS4井二開井段鉆井液性能

圖1　DS4井二開使用改性天然高分子鉆井液井段井徑

3）油層保護效果好。DS4井二開井段在東營組鉆進過程中獲得了良好的油氣顯示，試油階段成功地實現了高產工業油流，充分顯示了改性天然高分子鉆井液優良的油氣層保護能力，現場二開鉆井液原始滲透率229.24×10-3μm2，滲透率恢復值為100%。

4　結論和認識

1.在改性天然高分子鉆井液中引入強抑制劑AP-1、鋁基聚合物DLP之后，很好地解決了DS4井東營組大段泥巖造漿和井壁失穩的問題。

2.改性天然高分子鉆井液具有良好的抑制性和封堵性，防止了DS4井上部明化鎮組、館陶組高滲透地層的漏失，在較低的密度下確保了下部東營組泥巖地層的井壁穩定，實現了安全快速鉆井。

3.改性天然高分子鉆井液具有優良的潤滑能力，在DS4井二開裸眼段長3 131m、位移大（1060 m）的情況下，實現了電測一次成功率100%。

4.改性天然高分子鉆井液具有低熒光特性，能夠及時地發現油氣層；具有優良的油層保護效果，DS4井在東營組發現了良好的油氣顯示，并在試油階段獲得了高產的工業油流。

參考文獻

[1]胥思平，沈忠厚，丁海峰，等.天然高分子鉆井液體系的研究與應用[J].鉆井液與完井液，2006，23（6）：33-37. XU Siping，SHEN Zhonghou，DING Haifeng，et al. Research and application of natural polymer drilling fluid[J]. Drilling Fluid &Completion Fluid，2006，23（6）：33-37.

[2]王睿，馬長光.環保型天然高分子水基鉆井液的研究與現場應用[J].精細石油化工進展，2009（12）：15-18. WANG Rui，MA Changguang.Research and field application of environmental natural polymer water base drilling fluid[J]. Advances in Fine Petrochemicals，2009 （12）：15-18.

[3]鄭力會.改性天然高分子基鉆井液流變性研究[J].石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2007（6）：101-103. ZHENG Lihui. Rheology research of natural polymer drilling fluid[J]. Journal of Oil and Gas Technology （Journal of Jianghan Petroleum Institute），2007（6）：101-103.

[4]王樹永.鋁胺高性能水基鉆井液的研究與應用，鉆井液與完井液，2008，25（4）：23-25. WANG Shuyong. Research and application of Aluminum amine high performance water-based drilling fluid[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2008，25（4）：23-25.

[5]孫德軍，王君，王立亞，等.非離子型有機胺提高鉆井液抑制性的室內研究[J]. 鉆井液與完井液，2009，26（5）：7-9. SUN Dejun，WANG Jun，WANG Liya，et al. Indoor research on the improvement of the drilling fluid inhibition by non ionic organic amine[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2009，26（5）：7-9.

Modified Natural Polymer Drilling Fluid Used in Exploration Wells in the Gulf of Liaodong

HOU Yue, BAN Shijun, ZHAO Yunlong
(Tianjin China Petroleum Boxing Engineering Technology Co., Ltd., Tianjin 300451)

AbstractThe well DS4 is an areal exploration well located in the offshore Gulf of Liaodong in the north Bohai Sea. The well DS4, a long open-hole well, penetrated formations with complex geology and many oil and gas bearing zones. Based on the studies on the inhibitive capacity and plugging capacity of the drilling fuid，as well as reservoir protection mechanism，a modifed natural polymer drilling fuid was optimized. The results of the laboratory experiments have revealed that the inhibitive capacity and the plugging capacity of the drilling fuid are greatly enhanced after treatment with the strong shale inhibitor AP-1and the plugging agent DLP. Using this modifed natural polymer drilling fuid，mud losses previously occurred in drilling the highly permeable Minghuazhen formation and Guantao formation were minimized, and the borehole wall instability in drilling the lower Dongying formation (shales) was brought under control with lower mud weights，realizing safe and fast drilling. This drilling fuid has good lubricity； in the second interval，which has length of 3,131m, horizontal displacement of 1,060 m and well angle of 34.5 ℃, the wireline logging was 100% successful, with no repetition. The drilling fuid has low fuorescence，which is helpful in pinpointing pay zones accurately. The drilling fuid has good reservoir protection ability； the well DS4 had good oil shows，and high production rate was obtained during well testing.

KeywordsModifed natural polymer drilling fuid； Borehole wall stabilization； Formation damage； Inhibitive capacity； Plugging capacity

中圖分類號：TE254.3

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5620（2016）03-0060-04

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.03.012

第一作者簡介：侯岳，工程師，1985年生，2007年畢業于中國石油大學（華東）應用化學專業，現從事現場鉆井液技術服務工作。電話 13612172285；E-mail：hyue1985@163.com。

收稿日期（2015-11-22；HGF=1601N11；編輯王小娜）