高效水基鉆井液在蘇里格南小井眼的應用與評價

劉社明，董易凡，楊圣方，劉博卿

中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司 （陜西 西安 710018）

■工程建設

高效水基鉆井液在蘇里格南小井眼的應用與評價

劉社明，董易凡，楊圣方，劉博卿

中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司 （陜西 西安 710018）

針對155.6mm（618＂）小井眼鉆井時扭矩大、環空間隙小、摩阻大、攜砂困難、大段泥巖剝落掉塊等施工問題，決定小井眼的鉆井液采用高效水基鉆井液體系。該體系中的主劑ZJ-1、BBJ、RH-1通過相互協同作用可以在井壁巖石和鉆屑表面形成薄膜，很大程度地提升了體系的抑制性、包被性和潤滑性。該鉆井液性能穩定易維護抗污染能力強，并且無毒，易生物降解，較好地滿足了當地環境保護的要求，特別針對部分地層的強水敏性泥巖有著顯著效果，縮短了鉆井時間，大大減少了泥漿的稀釋率，保障了井壁穩定和井下安全。

小井眼；高效水基鉆井液體系；聚胺抑制劑

蘇里格南區塊地處鄂爾多斯盆地，自2011年大規模開發以來，二開井段一直采用215.9mm（812＂）井眼的鉆井工藝。二開井段上部井段（垂深800～3 100m）泥漿采用無固相聚合物鉆井液體系，該體系的最大特點是比重低、固相低、成本低、不控失水、機械鉆速高等特點，但是需要在地面挖將近2 000 m3的泥漿坑配合該體系進行鉆屑的自沉降處理。但是自2015年1月，新的環保法頒布實施以后，鄂爾多斯當地環保部門要求整個大蘇里格地區所有鉆井作業執行“泥漿不落地”的原則，所有的地面泥漿池和排污池將不再允許使用。在此情況下，無固相鉆井聚合物體系只能采用循環罐閉路系統，通過固控設備來清除固相，但是效果很差，鉆井過程中出現定向托壓、泥巖垮塌、地面設備巖屑清除效果不好、固相含量居高不下等現象。完鉆后，出現測井困難，測井工具卡死，打撈，最后不得以實施鉆桿輸送測井等。如SNXXX-09井，鉆井時由于泥漿的抑制性差，直羅組出現大量掉塊，電測時發生卡電測儀器事故，使用三球打撈筒打撈失敗，最終將鋼珠磨損后，下入卡瓦打撈筒解除事故，最后采用鉆桿輸送測井，該井處理事故耗時282h。針對此技術難題，在小井眼155.6mm（618＂）施工時，決定采用強抑制性的高效水基泥漿鉆井液體系，該體系在SNXXX-01井的二開井段成功進行了現場應用，并取得了良好效果。

1 高效水基鉆井液體系

1.1 體系介紹及其特點

高效水基鉆井液體系（HPWBF）是一種強抑制性能的水基鉆井液[1]，可以提高整體的鉆井液性能，同時產生惰性的廢棄物而有利于后期的處理與排放。該體系的特點如下：

1）低膠體含量；

2）強抑制性和潤滑性；

3）低稀釋率，低毒性；

4）環保無氯根；

5）不分散；

6）剪切稀釋性。

1.2 體系的配方及性能

高效水基鉆井液體系的配方及性能如表1、表2所示。

表1 高效水基鉆井液配方

表2 高效水基鉆井液設計性能

1.3 核心添加劑及其工作機理

高效水基鉆井液核心添加劑的作用機理如下[2]。①抑制劑ZJ-1具有獨特的分子結構，其分子能很好地鑲嵌在黏土層間，并使黏土層緊密結合在一起，從而降低黏土吸收水分的趨勢。它主要是中性的胺類化合物分子通過金屬離子吸附在黏土上，或者是質子態的胺通過離子交換作用替代金屬離子。②潤滑劑RH-1能在金屬和巖石表面形成一層油膜，使金屬和鉆屑表面的潤濕性發生改變，防止鉆屑的聚結和黏附，從而提高機械鉆速。③包被劑BBJ是一種分子量在100萬左右，極易溶于水的陽離子共聚物乳液，起包被鉆屑和穩定泥巖作用，具有良好的生物降解性。這種共聚物能在泥巖和鉆屑表面形成保護膜，避免鉆屑黏糊振動篩和鉆屑相互黏結。其合適的電荷密度能限制水穿透黏土顆粒，改善聚合物和黏土間的鍵和能力。④黃原膠HXC是糖類經黃單胞桿菌發酵，產生的胞外微生物多糖。由于他的大分子特殊結構和膠體特性，可以改善鉆井液的流動性，提高鉆井液的低剪切速率。

2 現場鉆井液技術

2.1 地質工程概況

SNXXX-01井位于蘇里格南作業區塊，地處毛烏素沙漠南部，地勢平緩,屬于陸地生產井。該井為小井眼試驗井，目的是降本增效，減少鉆屑，控制污水的產生量，保護當地環境。同時為了評價境內儲層的非均質性，落實盒8和山1主力氣層，搞清儲層展布和含氣性。在該井鉆井過程中，特別是二開由膨潤土漿轉化為高效水基鉆井液后性能穩定，施工順利，多次起下鉆均暢通無阻，無復雜事故。

SNXXX-01井位一口二開四段制定向開發井，井深為3 788 m,垂深為3 696 m,最大井斜為18°。套管程序為Φ218.4 mm×Φ177.8 mm+Φ155.6 mm×Φ88.9 mm。目的層為盒8段和山1段。固井方式為無油管固井一次上返工藝，完井方式為射孔和TAP閥投球壓裂工藝。

2.2 配置和轉化

由于環保和廢物量的壓力，必須考慮一開膨潤土漿的重復利用，所以將循環罐內一開膨潤土漿放掉1/3，然后通過固控設備和加水稀釋的辦法控制膨潤土含量＜20 g/L,密度＜1.04 g/cm3處理好后按配方依次加入藥品。調整鉆井液性能至開鉆水平。下入鉆具，開泵將套管內的鉆井液全部頂替直接放掉。待鉆井液循環好后。更換2個振動篩一個孔徑為74μm，一個振動篩孔徑為95μm，同時開啟除砂器，除泥器和離心機，實時監測鉆井液密度和黏度，嚴格控制鉆井液的比重、固體含量、含砂量和膨潤土含量。

2.3 鉆井液維護與處理

1）鉆進過程中不斷補充ZJ-1、BBJ和RH-1等處理劑，主劑以膠液維護為主，保持有效的含量，確保鉆井液具有良好的抑制性和潤滑性，同時嚴格控制膨潤土含量，防止井塌和井壁不穩定現象的發生。根據需要補充其他相關處理劑，調整鉆井液性能達到設計要求，保證井下安全。

2）鉆井過程中，每鉆井200 m根據需要交替打5 m3稠塞或者稀塞幫助攜砂清洗，保證井眼的清潔。同時定期做短程起下鉆、拉井壁、破壞并清除巖屑床，保證井眼的通暢和安全。

3）鉆井過程，始終關注振動篩的返砂情況，同時開啟全部固控設備清除有害固體。開啟離心機，以補充膠液的方法降低鉆井液的固體含量，確保鉆井液比重、黏度、固體含量、含砂量、失水量等參數控制在設計范圍。

4）保證鉆井液體系中潤滑劑的有效含量，鉆井過程中發現扭矩，拉力異常或者定向托壓時，即使增加潤滑劑RH-1加量，防止放生卡鉆事故。

5）進入到劉家溝易漏底層之前，提前在體系中加入一定量的超細碳酸鈣，防止在劉家溝易漏地層放生滲漏或者大面積漏失。在鉆遇劉家溝地層時，控制起下鉆的速度，通過平穩開泵等措施，避免由于激動壓力在該層位發生漏失。

6）進入石河子組之前，在石千峰組以膠液的形式加入降失水劑和防塌劑，控制API失水量＜6 mL，同時根據需要，及時加入重晶石，提高鉆井液的密度。

7）進尺鉆完后，充分循環鉆井液，將井筒內砂子攜帶干凈，搞好短程起下鉆，保證井眼通暢。同時在現有完鉆鉆井液密度1.16 g/cm3的基礎上，提高鉆井液密度至1.18 g/cm3來支撐井壁，確保了后期電測和下套管的順利完成。

2.4 鉆井液性能

高效水基鉆井液在SNXXX-01井二開井段應用，具體性能見表3。該井二開開鉆日期2016年6月15日，完鉆日期2016年7月4日。

表3 SNXXX-01井2016年二開期間性能監測結果

3 鉆井液評估

3.1 包被良好的巖屑

1）圖1的巖屑取自井隊的震動篩，層位分別為泥巖段較多的直羅組、延安組、延長組、紙坊組及和尚溝組。

2）從圖1中可以看出，振動篩返出的巖屑顆粒大小均勻且包被良好。

3）從巖屑顆粒形態上看，充分說明了該體系中使用的ZJ-1聚胺抑制劑具有良好的抑制性，防止了泥巖的水化和分散。巖屑包被良好，也充分說明了BBJ具有良好的包被抑制性。

圖1 振動篩巖屑返出情況

3.2 電測過程順利

完鉆后起鉆進行電測作業，電測一共兩趟，都順利一次到底。SNXXX-01井電測過程中沒有發生下放過程遇阻及卡電纜的事故，說明該井沒有較大的狗腿、大肚子及縮徑井段。

3.3 螺桿使用壽命

鉆井過程中，鉆井液一直保持較低的固相含量和含砂量，保障了螺桿的使用壽命。螺桿設計使用壽命為120h（表4）。

表4 螺桿使用壽命統計

3.4 泥漿稀釋率

二開后，由于鉆井液具有良好的抑制性，固控設備工作良好，大量的有害固相通過固控設備能夠得到有效地清除，保證了鉆井液的性能[3]。

二開后，一共放漿60 m3,完鉆后鉆井液體系共180 m3,稀釋率只有33%。

3.5 井下安全

1）由于該鉆井液體系具有良好的潤滑性，二開后最大附加拉力為26t。

2）API失水從二開井段開始就得到控制，進入油氣層后失水進一步降低，沒有發生壓差卡鉆現象。

3）井眼通暢沒有發生鉆具遇阻和環空憋堵現象[4-5]。

3.6 巖屑收集量

由于該井為155.6mm（618＂）小井眼，配合良好的鉆井液性能和較低的鉆井液稀釋率，完鉆后巖屑收集量為248 m3,只有215.9mm（812＂）井眼的1/2。

4 結論

1）高效水基鉆井液體系中的主劑ZJ-1、BBJ和RH-1經相互協同作用后可以在井壁巖石和鉆屑表面形成膜，很大程度地提升了體系的抑制性和潤滑性。

2）高效水基鉆井液配合良好的固控設備，保證了該體系的性能參數，特別針對直羅組和延安組地層易剝落掉塊，以及延長組和紙坊組部分地層的強水敏性泥巖有著顯著效果。

3）高效水基鉆井液性能穩定，抗污染能力強，并且無毒，易生物降解，滿足了當地環境保護的要求。

4）高效水基鉆井液性能良好，較低的固相含量和含砂量，保障了螺桿的使用壽命，減少了由于螺桿失效多次起下鉆造成的非作業時間（NPT）。

5）高效水基鉆井液無熒光，有利于地質卡層，確保油氣層的及時發現和準確評價。

6）綜上所述，由于該鉆井液具有良好的性能及可控的成本，因而具有廣闊的推廣應用前景。

[1]黃煥閣,崔應中,王 薦,等.大位移井高性能水基鉆井液技術研究[J].內蒙古石油化工,2014(17)：113-114.

[2]張 捷,許 根.聚胺鉀鹽鉆井液在哥倫比亞南部區塊的應用[J].鉆井液與完井液,2014,4(31)：86-88.

[3]Jim Hayes,Bill Beasley.One-Sack HPWBM System Improves Drilling Efficiency[Z].AADE-04-DF-HO-43,2004：2-3.

[4]HALLIBURTON.High Performance Water-Based Systems[Z].BaroidTech,2010：1-4.

[5]Jeff Elliott,Bill Sills.New Inhibitive Water-based Fluid Provided Drilling Performance Comparable to Invert Emulsion Systems in Reactive Shale Sections[Z].AADE-05-NTCE-03,2005：4-6.

An efficient water base drilling fluid was used in slim hole drilling of southern Sulige according to the difficulties encountered in the drilling of 155.6 mm slim hole,such as large torque,small annular space,large friction,difficult sand carrying,mudstone spalling,and so on,its own characteristics of the block.The main agents ZJ-1,BBJ and RH-1 in the drilling fluid system can form film on the well wall rock and drill cuttings surface by the synergistic effect of them,which greatly improves the inhibition and the lubricity of the system.The drilling fluid has the advantages of stable performance,easy maintenance and strong anti pollution ability,and is non-toxic and easy to degrade.It can meet the local environmental protection requirements,especially for water sensitive mudstone formation,it shortened drilling time,greatly reduces the dilution rate of mud,and ensures the stability and safety of wellbore.

slim hole;efficient water base drilling fluid;polyamine inhibitor

劉社明（1966-），男，高級工程師，主要從事鉆井及壓裂工程技術研究和管理工作。

2017-07-11