油基鉆井液在焦頁197-4HF井的應用

邵兆美, 趙世貴,秦波波

(1.中石化華東石油工程有限公司江蘇鉆井公司，江蘇 揚州 225261;2.荊州市學成實業有限公司，湖北 荊州 434000;3.長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434000)

油基鉆井液具有抗污染能力強、防塌效果、熱穩定性和潤滑性好等優點，成為了高溫深井、頁巖氣水平井及各種復雜地層的首選鉆井液體系[1-4]。焦頁197-4HF是中石化華東油氣分公司布置在涪陵頁巖氣田平橋南區197平臺的一口開發井。該井為三開制大位移水平井，三開2614～4941m，水平段長2327m。三開地層多以硬脆性泥頁巖為主，其微裂隙、裂縫發育，施工過程中存在較大的井壁失穩和井漏風險。在該井采用荊州學成公司的油基鉆井液體系，施工過程中，返砂情況正常；鉆進、起下鉆等作業通暢；鉆井液性能穩定；無掉塊、垮塌等井壁穩定問題；鉆井周期比鄰井197-2HF節省了兩天。

1 油基鉆井液配方及性能

1.1 室內實驗

在室內進行多次小型實驗，最終確定以油水比(體積比)：80∶20為基礎，并進行了多次配方調整，檢測其基本性能[5]；根據結果初定了現場使用配方。其中4組實驗結果見表1。

表1 室內實驗結果

注：1#：320g柴油+2.5%主乳+1%輔乳+2.8%CaO+1.5%有機土+1.5%增粘劑+3%降濾失劑A+0.2%降濾失劑B+0.2%降濾失劑C+80gCaCl2(26%鹽水)+重晶石加重至1.45g/cm3；2#：320g柴油+2.5%主乳+1.3%輔乳+2.8%CaO+1.5%有機土+1.5%增粘劑+3%降濾失劑A+0.2%降濾失劑B+0.2%降濾失劑C+80gCaCl2(26%鹽水)+重晶石加重至1.60g/cm3，130℃*16h老化；3#：320mL柴油+2.5%主乳+1%輔乳+2.8%CaO+2%有機土+2%增粘劑+3%降濾失劑A+0.2%降濾失劑B+0.2%降濾失劑C+80mLCaCl2(26%鹽水)+重晶石加重至1.45g/cm3；4#：320mL柴油+2.5%主乳+1.3%輔乳+2.8%CaO+2%有機土+2%增粘劑+3%降濾失劑A+0.2%降濾失劑B+0.2%降濾失劑C+80mLCaCl2(26%鹽水)+重晶石加重至1.60g/cm3，130℃*16h老化。

從4組實業數據可以看出，油基鉆井液體系在熱滾后破乳電壓和靜切力都有一定的上升趨勢，且其他各項性能滿足現場要求。通過實驗結果以及考慮綜合成本優選出的油基鉆井液配方為：[油水比0#柴油:CaCl2水溶液(26%)=80∶20]+2.5%主乳化劑+1%輔乳化劑+1.0%有機土+3%CaO+1.5%增粘劑+3%降濾失劑A+重晶石，加重至1.45 g/cm3。經130℃*16h老化后，其基本性能見表2。

表2 鉆井液基本性能

從上表2可以看出，在密度為1.45g·cm-3、熱滾溫度為130℃的情況下，該鉆井液具有較好的流變性；高溫高壓失水為2.4mL；其破乳電壓為566V(55℃)；能滿足現場鉆井要求。

1.2 現場復驗

焦頁197-4HF采用新漿改造老漿的方式配置鉆井液，將老漿和新漿按不同比例在130℃×16h熱滾后加熱至50℃測其性能，各項性能見表3。

表3 改造老漿基本性能

從表3可以看出，老漿的粘切較高，必須用新漿進行改造；在完全用新漿的情況下，各項性能都能滿足鉆進要求；從改造老漿的實驗結果可以看出，新漿與老漿的配伍性好，采用50∶50和60∶40兩種方案都能滿足鉆進要求；由于老漿粘切高，現場施工中配置新漿時可以不用加入有機土和增粘劑，以便保持鉆井液適當的切力。

2 現場應用

2.1 配制油基鉆井液

①清罐。二開固井后清洗地面泥漿罐，將聯通槽、罐底等部位的沉砂清洗干凈；②疏通參與鉆井液循環的各個泵及管線；③在配漿罐注入柴油；④根據實驗配方比例，在配漿漏斗中依次加入2.5%主乳、1%輔乳、1.0%有機土、3%CaO、1.5%增粘劑、3%降濾失劑；⑤在6#小罐倉內加入10m3清水+ 2.6t CaCl2配制26%的CaCl2水溶液；并將配好的CaCl2水溶液通過混合漏斗緩慢泵入配漿罐中；⑥用剪切泵和地面攪拌器等其進行充分剪切、攪拌，使鉆井液充分乳化。⑦乳化過程結束后，按設計配方加入2%～4%超細、重晶石攪拌均勻。檢測鉆井液基礎性能，然后將鉆井液密度調整至1.45g/cm3。⑧替漿前先打入5 m3柴油或26%氯化鈣水溶液作為前置液，防止在循環過程中串漿。

2.2 調控油基鉆井液主要性能

2.2.1 密度

三開鉆井液密度以地質設計提示的地層壓力系數為參考，同時借鑒鄰井資料，確定鉆進密度為1.45～1.51 g/cm3。在實鉆過程中，根據井下情況，返砂及氣測值的大小、后效氣測值的大小、單根氣的大小，逐步調整鉆井液密度[6]。由于水平段地層井漏風險較大，在保證安全作業的前提下，采取低密度鉆進；實時關注鉆井液出口密度，利于固控設備在及時清除有害固相的同時通過添加加重材料控制鉆井液的密度。本井最終完鉆密度為1.51 g/cm3。

2.2.2 流變性

在使用油基鉆井液時，通過控制有機土、增粘劑的加量使鉆井液的粘度切力在合理范圍內，加強一級固控，三開鉆進過程中，振動篩使用200～250目，合理使用離心機，減少無用固相，降低塑性粘度[7]；控制柴油和氯化鈣鹽水的加量以獲得最優的油水比[8]，以便調整鉆井液粘切。根據鉆井液密度和固相含量的提高，補充部分輔乳化劑，改變鉆井液體系中固相的潤濕性，以達到破壞細微水滴吸附在固相顆粒上的目的，破壞顆粒間通過氫鍵結合形成的網狀結構，降低鉆井液的粘度[9]。

2.2.3 高溫高壓濾失量

油基鉆井液失水量低，而且濾液機會全為油相，這是油基鉆井液能夠保護油氣層和適用于易坍塌復雜地層的主要原因[10]。該井鉆井液高溫高壓濾失量在2.8mL以下。為了加強油基鉆井液對近井壁地層的物理封堵能力，選擇1200目超細鈣和液體瀝青進行復配，從而提高油基鉆井液體系的物理封堵能力，減少油基鉆井液的損耗。

2.2.4 電穩定性

油基鉆井液的核心問題是，在使用過程中必須保證乳狀液的穩定性，破乳電壓(Es)是衡量乳化穩定性的定量指標，高破乳電壓是鉆井液穩定性的重要表征，控制高破乳電壓的目的是提高泥漿的乳化穩定性[10-11]。在鉆進過程中，保持高的乳化劑濃度、處理劑的親油性、以及控制好油水比是控制破乳電壓的關鍵。同時，在配漿過程中充分剪切、鉆進過程中及時清除鉆井液中的有害固相也有利于提高破乳電壓，提升鉆井液體系的穩定性。

本井在實鉆過程中，油基鉆井液替漿循環兩周后測的破乳電壓高于600V，完鉆時破乳電壓高于1300V，體系穩定。

2.3 現場應用效果

2.3.1 穩定性

在現場施工鉆進中，幾乎沒有較大的處理，鉆井液性能維護時只需用配置好的新漿改老漿后補充循環量，就能達到鉆進要求。見表4。

表4 焦頁197-4HF井三開油基鉆井液性能

從表4可以看出全井三開作業過程中，鉆井液的性能穩定，波動較小。在后期維護沒有加主乳化劑[12]的情況下，破乳電壓仍保持上升的趨勢，驗證了體系較好的穩定性。

2.3.2 抑制性

從圖1可以看出，巖屑棱角分明、顆粒大小均勻，成型較好。掰開鉆屑，鉆屑里面是干的，進一步說明了鉆井液濾液幾乎全為油相，有較強的抑制性，有利于穩定井壁和保證井下鉆井安全。能在儲層段鉆進中防止強水敏性傷害，有利于保護儲層。

圖1 三開返砂砂樣

2.3.3 井壁穩定效果

從表5可以看出，該井三開鉆遇井眼井徑規則，平均井徑為228.7mm，平均擴大率為5.92%。本井三開鉆進過程中共起下鉆5次，無任何異常顯示，下鉆到底無沉砂，電測一次性成功，套管順利到位[7]。

表5 焦頁197-4HF井三開井徑數據

油基鉆井液的潤滑性良好，有利于保護鉆井工具、提升了鉆井效率，并且節省了鉆進時間，降低了鉆井成本。

2.3.4 封堵性

鉆進至3500m后加入3%～4%1200目超細碳酸鈣和2%液體瀝青增強體系的封堵性，從表4可以看出，鉆井液的失水得到了有效的控制，高溫高壓失水泥餅薄而致密說明了鉆井液的封堵性強，有利于減少鉆進過程中的泥漿消耗。

3 結論

(1)本井油基鉆井液性能穩定，該油基鉆井液配方體系抑

制性、流變性、潤滑性好而且密度可調，適合頁巖地層的鉆探開發，有利于大位移水平井的井眼清潔和抑制巖屑床的形成，保證復雜井的安全快速鉆進。

(2)用新漿改造老漿，可以適當降低增粘劑和有機土的加量，防止后期靜切力不斷升高。

(3)加強固控設備尤其是一級固控的使用，振動篩使用200目以上篩布，盡可能除去劣質固相，以此保證鉆進過程中鉆井液的粘切。

(4)采用惰性粒子和可變形與降濾失劑復配使用，能有效降低鉆井液的的高溫高壓濾失量，并增強鉆井液對近井壁地層的物理封堵性，較少油基鉆井液的損耗。

[1] 王中華.頁巖氣水平井鉆井液技術的難點及選用原則[J].中外能源，2012,17(4):43-47．

[2] 王中華.國內外油基鉆井液研究與應用進展[J]．斷塊油氣田，2011，18(4):533-537．

[3] 王中華.關于加快發展我國油基鉆井液體系的幾點看法[J].中外能源，2012，17(2):36-42．

[4] 林永學，王顯光．中國石化頁巖氣油基鉆井液技術進展與思考[J]．石油鉆探技術，2014,42(4):7-12．

[5] 鄢捷年，李志勇，張金波．深井油基鉆井液在高溫高壓下表觀粘度和密度的快速預測方法[J]．石油鉆探技術，2005,33(5):35-39．

[6] 閆 鐵，邵 帥，孫曉峰,等．井眼清潔工具作用下巖屑顆粒運動規律研究[J]．石油鉆采工藝，2013,53(3):1-4．

[7] 陳小元，曹 俊，秦 春，等.焦頁197-4HF頁巖氣長水平段鉆井關鍵技術[J].復雜油氣藏，2017,10(4):65-68.

[8] 耿嬌嬌，鄢捷年，李懷科，等．具有恒流變特性的深水合成基鉆井液[J]．石油鉆探技術，2010,38(2):91-94．

[9] 何振奎，周慧源，王 澗，等.油基鉆井液在寶16-1井的應用[J].內蒙古石油化工，2014(17):9-11.

[10] 鄢捷年.鉆井液工藝學[M].東營：中國石油大學，2012.

[11] 宋周成,段永賢,何思龍，等.低密度全油基鉆井液體系在塔中11區塊的應用[J].石油天然氣學報，2014,36(8):107-109.

[12] 丁 磊，羅春芝，肖瑞雪.油基鉆井液主乳化劑的合成及性能評價[J]．長江大學學報(自科版)，2013,10(32):96-98．