高分子中空微珠低密度鉆井液技術在十屋地區的應用

陳 鋮，許 洋，趙素麗，石秉忠，李 濤

(中國石化石油工程技術研究院，北京 100101)

0 引 言

國內越來越多的老油田已進入了中后階段的開發，逐漸成為低壓或衰竭油氣藏。其中，位于松遼盆地東南隆起區的十屋斷陷地層壓力系數小于1.0，為典型的低壓低滲油氣藏，漏失、儲層污染成為該地區常見的問題。使用低密度鉆井液技術能有效防止低壓地層漏失，從而達到保護油氣層、提高機械鉆速的目的。目前，充氣、混油、泡沫、加入減輕劑等鉆井液技術能夠配置密度低于1.00 g/cm3的鉆井液體系，其中使用減輕劑是最簡單的方法，目前常用的減輕劑為玻璃中空微珠減輕劑[1-3]，但因玻璃殼層性脆、抗研磨與耐剪切能力低、易碎、密度維持時效低、本體密度大等技術難題，極大限制了其廣泛應用[4-5]。研制了一種高分子中空微珠HPS，其具有高彈韌性、耐研磨等特點，在高速剪切下不易破碎，具有較好的降密度效果[6-8]。為了進一步驗證高分子中空微珠HPS在實際鉆井過程中的應用效果，構建出了一套新型低密度鉆井液體系，并在位于十屋斷陷的SW3-2井開展現場應用。

1 地質概況及現有技術分析

1.1 地質概況

十屋地區儲層孔隙度多小于15.0%，平均為10.1%，滲透率多小于10×10-3μm2，地層壓力系數為0.7～1.0，屬低壓低孔低滲儲層。該區塊在測試過程中顯示有許多良好的油氣層，但試油產量普遍偏低，主要是由于儲層污染和井漏問題。地質資料顯示，該地區裂縫形態復雜，地層損害方式和機理多樣，其中，上部青山口組漏失層段在構造的主體部位上，出露地層為白堊系上統砂巖，由于孔隙發育，發生滲透性漏失幾率較大；下部營城組構造上多為火成巖，存在天然裂縫，漏失較為嚴重。此外，在固井階段，由于承壓試驗時上部地層當量密度高，極易被壓漏，承壓試驗效果不理想，固井時鉆井液是否漏失存在極大的不確定性[10-15]。

1.2 現有鉆井液技術分析

十屋地區水平井多采用三級井身結構。從目前已完鉆井的情況來看，井區平均儲層溫度為85 ℃，現有鉆井液體系主要采用PK-PB(屏蔽暫堵)聚合物體系，密度為1.05～1.20 g/cm3，中壓失水量不大于5.0 mL。該體系以防塌降濾失劑FT-99、JS-9、HA樹脂為主處理劑，具有降濾失、防塌的作用，能夠抑制泥頁巖的水化膨脹和坍塌掉塊，使鉆井液有良好的造壁性，形成的泥餅致密光滑而且堅韌，能夠增強井壁的穩定性。進入油氣層段時，加入油氣層保護劑PB-1對油氣層實施屏蔽暫堵，使儲層井壁形成強有力的屏蔽保護層，可防止有害固相、雜質、濾液浸入儲層縱深區域，從而達到保護油氣層效果。

在實際鉆井過程中，鉆遇較多復雜情況。綜合分析可知，現有鉆井液主要存在以下問題。

(1) 青山口組至泉一組，伊利石含量自上而下增加，泥巖遇水膨脹、水敏性強、塑性軟彈性強、造漿嚴重、鉆井液黏切升高快，每次短起下均在井眼不同位置發生上提阻力大的現象，登婁庫組上部泥巖易垮塌，不僅制約鉆速，還帶來工程風險。

(2) 在儲層段(主要為營城組、沙河子組)易漏失。由于地層壓力系數低，在儲層段，現有鉆井液密度為1.08～1.15 g/cm3，在工程施工中過平衡鉆進，從而造成液相圈閉、化學劑吸附與滯留堵塞孔喉、漏失等問題。綜合分析認為：營城組屬于天然裂縫性漏失，漏速較高，平均漏失速度為23.7～33.0 m3/h，屬于中漏地層；青山口組屬于含礫砂巖發生滲透性漏失或鉆遇裂縫性油氣層，漏速較低，平均漏失速度為1.5～3.8 m3/h，屬于微漏地層。此外，地層承壓能力不夠，地層抗破壓能力不強，鉆進過程中容易導致各種井下復雜情況發生，且固井過程中易蹩漏地層，影響固井質量。

綜上所述，有效防止井漏和保護儲層的措施是鉆井液技術研究的關鍵，而采用新型的、配置工藝簡單的低密度鉆井液體系是解決井漏和儲層保護問題的有效手段。

2 區塊鉆井液技術難點分析與對策研究

解決十屋地區鉆井液技術問題的重點在于構建一種低密度、低固相，同時具備較強抑制能力、封堵能力的鉆井液體系。在儲層段防止漏失，有效保護儲層最有效的方式之一是實現鉆井液的近平衡或欠平衡鉆進。在滿足井眼穩定的前提下，盡可能降低鉆井液密度，既能夠保護裂縫，又能夠有效防止鉆井液漏失，同時該地區的儲層段大多位于營城組及沙河子組，地層穩定，存在著低密度鉆井液的適用條件。

針對十屋地區的地層特性，要求鉆井液的密度低于1.00 g/cm3。因此，研制了一種新型低密度鉆井液體系，采用中國石化工程技術研究院前期自主研發的高分子中空微珠HPS作為減輕劑，用以降低體系的密度。HPS為內部封裝空氣的核殼結構高分子微珠，殼層由2層組成：內層為無機材料，具有較高的抗壓強度；外層為高分子材料，具有韌性和抗沖擊性。內部中空封裝空氣，微珠本體密度為0.02～0.10 g/cm3，抗溫100 ℃，抗壓可達30 MPa。前期研究成果表明[7-9]，高分子中空微珠HPS可在鉆井液中良好分散，原油、pH值、其他固相等外界因素對其性能無影響，在一定加量范圍內不影響鉆井液的流變性、濾失性等性能。

3 現場應用

3.1 應用井基本情況

SW3-2井是東北油氣分公司在十屋斷陷任家東斷鼻圈閉構造部署的1口開發井，設計井深為2 120 m，完鉆井深為2 120 m，該地區地層壓力系數為0.9～1.0，采用常規密度鉆井液鉆進易發生漏失現象。根據鄰井完鉆資料可知，阜新組地層泥巖遇水易水化膨脹，剝落形成掉塊，儲層段九佛堂組易發生井漏，如SW3井在井深1 240.86 m(九佛堂組)發生井漏，漏失泥漿達310.02 m3。因此，為降低井漏的風險且最大限度保護儲層，在二開井段采用高分子中空微珠HPS低密度鉆井液體系。

3.2 HPS低密度鉆井液體系現場應用情況

通過對實驗井段地層資料進行分析，確定了新型低密度鉆井液基漿配方，并在此基礎上加入高分子中空微珠HPS降低鉆井液密度。SW3-2井鉆井液配方為：清水+0.2%NaOH +(0.2%～0.4%)HV-CMC +(0.2%～0.4%)LV-CMC+(0.3%～0.5%)KPAM+(1.0%～2.0%)HPS+(1.0%～3.0%)NH4-HPAN+(1.0%～2.0%)FT-99+(1.0%～2.0%)HA+(1.0%～3.0%)JS-9。HPS在SW3-2井890 m處加入，試驗地層為沙海組，主要考察920～1 285 m井段鉆井液性能。結合現場實際情況，采用漏斗底部低壓管線沖帶，漏斗上部用清水沖洗的方式加入高分子中空微珠HPS，使其能夠在微珠鉆井液中均勻分散。

加入鉆井液體積1.0%的高分子中空微珠HPS后，鉆井液密度由初始的1.04 g/cm3下降至0.98 g/cm3，降密度效果明顯，且加入前后鉆井液流變性能維持穩定，黏度有小幅上升，表明高分子中空微珠HPS作為密度減輕劑對鉆井液性能基本無影響，有利于鉆井液性能的維護處理。高分子中空微珠HPS無熒光，不影響地質錄井，形成的低密度鉆井液滿足了現場施工要求，該井段無漏失發生。

4 結 論

(1) 十屋地區原有的鉆井液體系難以滿足安全鉆井施工需要，易漏失且對儲層易造成傷害，使用新研制的新型低密度鉆井液體系，現場施工工藝簡單，不影響地質錄井，可有效防止漏失發生，并保護油氣層。

(2) 高分子中空微珠HPS具有良好的彈韌性、抗溫抗壓性能，可直接加入鉆井液中，有效彌補了玻璃中空微珠在實際應用中存在的易碎、密度維持時效短等缺點。