玉門油田鴨兒峽水平井鉆井液技術的研究與應用

薛光遠，張懷云，趙　強，張寶峰

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，甘肅酒泉735000）

玉門油田鴨兒峽水平井鉆井液技術的研究與應用

薛光遠*，張懷云，趙強，張寶峰

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，甘肅酒泉735000）

對潤滑劑進行了篩選，確定了鉆井液的配方和潤滑劑的加量，規定了固相顆粒的控制標準以及有害固相的控制范圍保證潤滑劑的作用效果，對水平井段巖屑攜帶的機理和鉆井液流變性進行了研究，優化了性能參數。現場應用表明，該技術可以滿足鴨兒峽水平井巖屑攜帶的技術要求，能有效的降低粘滯系數，解決水平井的托壓、易粘卡問題。

水平井；潤滑；攜帶；粘滯系數

近年來，隨著玉門油田鴨兒峽區塊勘探開發的不斷深入，水平井成為了提高原油產量的重要手段。國家新環境保護法的頒布又給水平井鉆井液提出了新的難題和挑戰。如何在滿足環保要求的前提下解決潤滑防卡、巖屑攜帶和井壁穩定的問題是水平井鉆井液研究的重點。

1　地質工程簡況

鴨兒峽油田地質分層從上而下依次為第四系：主要為雜色礫巖，巖性膠結疏松易垮塌、易漏；第三系：牛胳套-胳塘溝N2n+N1t，上段為灰色粗砂巖、砂礫巖夾棕黃色含礫泥巖；中段為棕黃色含礫泥巖、泥巖；下段為灰黃色、淺棕紅色粉砂質泥巖與淺灰色、灰黃色、棕紅色泥質粉砂巖、細砂巖、泥質砂巖、含礫泥質砂巖呈不等厚互層；弓形山N1g，上段以灰黃色、淺棕紅色泥質粉砂巖為主，夾灰黃色粉砂質泥巖；下段以棕紅色、棕色泥質粉砂巖、粉砂巖、含礫泥質砂巖為主，夾薄層棕紅色粉砂質泥巖；白楊河E3b，上部為棕紅色泥巖，中細砂巖、砂質泥巖，下部為厚層暗紅色泥巖。第三系地層粘土含量較高，易發生水化膨脹導致井眼縮徑、失穩。目的層為第三系L層。

鴨兒峽水平井井深在3600～3900m之間，三層結構井采用混油陽離子鉆井液體系。兩層結構井采用常規陽離子鉆井液體系。

2　鴨兒峽水平井鉆井難點

（1）定向段鉆具與井壁接觸面積大，螺桿以上鉆具長時間處于靜止狀態，表現為托壓嚴重、易發生粘卡。

（2）定向段普遍存在鉆井機速低，鉆井周期相對較長，裸眼段浸泡時間長，水平段井壁缺乏支撐，易失穩。

（3）由于鉆井機速低，浸泡時間長，鉆屑研磨較細后不易清除，導致鉆井液中有害固相高，對鉆井液流變性影響大。

（4）水平井穩斜段以下井段易形成巖屑床，攜巖難度大。

（5）完井電測受井眼軌跡、井徑、井斜、臺階面等多種因素的制約，常規測井困難。

3　室內研究

3.1基漿配制

鴨兒峽油田普遍采用陽離子鉆井液體系，進入第三系泥巖段前轉化泥漿。采用該區塊的鴨6-3井2600m泥漿作為基漿，加入3%的重晶石粉用于提高泥漿固相含量和粘滯系數，測得基漿初始粘滯系數為0.1592。

3.2潤滑劑的優選

玉門油田當前使用潤滑劑有5種，根據以往室內研究與現場使用情況對比見表1，最終選用KX-1和LRQ-1。

3.3配方優選

在基漿中加入不同比例的潤滑劑，測量各配方的粘滯系數見表2。實驗結果得出：KX-1的濃度大于1%時，潤滑效果明顯；KX-1LRQ-1以1:3的比例可滿足水平井鉆井液的要求。

3.4潤滑劑加量的確定

表1　各種潤滑劑的特性分析

使用重晶石粉對基漿進行污染實驗，得出了鉆井液粘滯系數上升曲線見圖1，再通過加入潤滑劑得出粘滯系數降低曲線，最終測得泥漿中潤滑劑有效含量應控制在1.8%以上。

圖1　潤滑劑濃度對鉆井液粘滯系數的影響

表2　不同潤滑劑配方對粘滯系數的影響

3.5固相含量的控制

鉆井液中固相含量影響潤滑劑的加量，對鉆井液流變性也有影響，為此應設定較低的固相含量，低于該區塊有害固相的平均值28.42%。當前鴨兒峽使用的重晶石粉的粒度在1～20μm之間，密度為4.2g/cm3。土粉的粒度在1～4μm、10～30μm之間，密度為2.7g/cm3。鴨兒峽地層巖屑密度在2.6～2.8g/cm3之間，與土粉相近。

3.6鉆井液流變性能調整

3.6.1溫度對鉆井液流變性的影響

具體實驗方法是，以鴨6-3井2600m鉆井液為基漿，測定不同溫度下鉆井液塑性粘度和動切力變化情況。實驗得出，塑性粘度隨著溫度升高逐漸降低，70℃以后，變化不大。動切力基本保持不變。動塑比平均為0.32。具體溫度對鉆井液流變性的影響見表3。

表3　溫度對鉆井液流變性的影響

3.6.2鉆井液塑性粘度對巖屑懸浮的影響

在溫度大于75℃時，鉆井液塑性粘度基本穩定，同時滿足鉆井需要。選取該區塊地層巖屑，測得當塑性粘度大于35mPa·s時，巖屑處于懸浮狀態，可以滿足水平井巖屑攜帶的要求。

3.7鉆井液配方的形成

通過以上研究，以該區塊定向井鉆井液配方為基礎，結合水平井特點、難點，最終形成水平井鉆井液配方。

配方：5%～8%膨潤土+0.3%～0.5%CHM+0.4%～ 0.6%小陽離子+2%～3%HS-1+1%～2%HS-2+0.4%～ 0.5%CaO+1%～2%KX-1+2%～4%LRQ-1+0.5%～ 1.0%CFR+加重材料。

3.8技術措施

以CHM、NW-1和生石灰提供鉆井液抑制性，防止鉆井液污染，鉆井液中鈣離子含量在400～600mg/L之間，氯離子含量在4900～6000mg/L之間；采用HS-1和HS-2降低鉆井液中溫中壓失水在6～3mL和HTHP失水小于12mL；定向鉆進以1∶3的比例滴加KX-1和LRQ-1;井斜超過30°后補充2%DYFT-1提高鉆井液封堵能力，防止定向段上部井壁因缺乏支撐導致的垮塌。整個定向過程嚴格控制鉆井液固相含量，保證潤滑劑的使用效率。井斜超過75°后，配合雷特纖維清掃技術清洗巖屑床，預防沉沙卡鉆。

4　現場應用情況

該項技術在鴨兒峽油田應用2口井，鴨6-1H井和鴨5-2H井。其中鴨6-1H井，井深3894m，水平位移702m，最大井斜91.34°。全井無事故、無復雜。特別是井深鉆至3539m，井斜90.73°后持續降斜過程中，鉆具大面積接觸井壁，且存在憋勁，但無粘卡現象，保證了安全生產。鴨5-2H井，井深3890m，最大井斜80.04°，水平位移1225.53m，全井無事故、無復雜。

5　結論與認識

（1）當前應用于水平井的鉆井液體系普遍存在價格高、環境污染等方面的問題，而相比之下，陽離子鉆井液具有潤滑性好、抑制性強、對環境影響小、成本相對較低的優勢，更加使用于玉門油田鴨兒峽地區特點。

（2）水平井定向普遍存在鉆井機速慢，巖屑研磨細，不易清除從而影響潤滑劑的作用效果和鉆井液的流變性。對于較低密度1.3g/cm3以下的鉆井液體系來說，離心機的使用是很好的控制固相的辦法。

（3）潤滑劑的使用過量會導致泥漿的分散，反而不利于預防粘卡。整個定向過程應強化抑制劑的使用。

（4）水平井的增斜過程不是沙橋形成主要原因，包括井斜達到90°時也不一定會有沙橋，沙橋主要在臺階面，降斜點處。特別是降斜點以上，沙橋明顯。鉆井液較好的流動性是維護的主體，粘度過高不利于水平段井眼凈化。

（5）由于需要工程短拉破壞沙橋，水平井的井壁鉆井液泥餅同樣破壞嚴重，井壁穩定是難題。

（6）水平井工程短拉次數多，鉆井液經常處于靜止狀態，如何保證快速恢復粘度又不影響其他性能也是鉆井液施工的關鍵。

[1]新編國內外鉆井液處理技術數據及性能評價方法與處理劑標準實用手冊[M].中國地質科學出版社.

[2]玉門青西地區下溝組地層鉆井液防塌技術、定向井鉆井液技術及油層保護技術綜合研究[R].中國石油勘探開發研究院鉆井所.

TE254

B

1004-5716（2016）11-0038-03

2016-01-12

2016-01-18

薛光遠（1982-），男（滿族），甘肅酒泉人，工程師，現從事鉆井液技術研究與現場服務工作。