大位移鉆井液體系優選與應用探究

安明

摘要：勝利油田位于渤海灣沿岸的黃河三角洲，在寬闊的潮汐帶下，新生界第三系（館陶組、東營組、沙河街組）、中生界、古生界地層，均含有豐富的油氣資源。 隨著鉆井技術水平的提高，大位移井的水平位移不斷增加，同時位移與垂深之比也逐步提高。大斜度（350 - 650）井段易產生巖屑床，井斜角大于500時，巖屑床有下滑的趨勢，攜砂更加困難，造成井眼不清潔。針對大位移井施工中摩阻扭矩難以控制的問題，可以優選鉆井液體系，并結合相應的施工方案和技術措施，對預防鉆井事故，加快大位移井鉆井速度，提高經濟效益具有十分重要的意義。

關鍵詞：大位移井;摩阻扭矩;鉆井液體系;優化應用

1 概況

勝利油田位于渤海灣沿岸的黃河三角洲，在寬闊的潮汐帶下，新生界第三系（館陶組、東營組、沙河街組）、中生界、古生界地層，均含有豐富的油氣資源。上部明化鎮、館陶組地層松軟易坍塌;蒙脫石和伊蒙混晶含量高的泥巖地層易吸水膨脹產生縮徑;館陶阻砂礫巖發育，滲透性強，易泥糊井壁，造成假縮徑。這些都是井眼不穩定，造成井眼不清潔、起下鉆阻卡的主要因素。上部地層大井眼、大曲率淺層定向是出現鍵槽的主要原因，造成起下鉆阻卡。下第三系沙河街組地層，硬脆性灰質泥巖易坍塌掉塊;上古生界地層中，有煤層夾層、石炭質泥巖。這些地層極不穩定，易坍塌，造成井徑擴大，且坍塌掉塊粒徑大，使攜砂難度增加，井眼不清潔造成起下鉆阻卡。

大斜度（350 - 650）井段易產生巖屑床，井斜角大于500時，巖屑床有下滑的趨勢，攜砂更加困難，造成井眼不清潔。使摩阻上升，起下鉆阻卡的主要因素。大位移井位移大、斜井段長、裸眼段長，使鉆具部分重量對下井壁形成正壓力，這是造成摩阻扭矩過大的主要因素。

2 鉆井液體系的優選

2.1 鉆井液體系條件范圍

圍繞解決大位移井鉆井施工難點，適合于大位移井鉆井液體系必須具備以下條件：（1）抑制性必須很強，減少水敏;（2）攜砂能力要強，保持井眼清潔;（3）防塌封堵能力要強，減少攜巖難度;（4）防粘卡潤滑能力要強，減少摩阻防止粘卡。另外與大位移井鉆井液體系相匹配的固相控制系統，也是大位移井成敗的關鍵所在。

2.2 鉆井液體系優選

通過在室內大量的實驗對比，并對以往使用的大位移井鉆井液體系進行改進，我們優選出“聚硅醇防塌潤滑鉆井液體系”。

3 鉆井液施工方案與技術措施

鉆探大位移井，鉆井液在控制井壁穩定、保持井眼清潔、保證良好的潤滑性能等方面的作用至關重要。適宜的鉆井液體系和行之有效的鉆井液技術措施是大位移定向井的成敗之關鍵所在。（1）定向完成后，及時調整鉆井液性能，達到低粘、低切、低固相，以紊流狀態攜砂，清潔井眼。盡量避免過渡流，防止滯流層太厚，造成井眼不清潔。（2）聚合物的加量達到0.5% 以上，強化了鉆井液體系的抑制性，使用線性篩及大功率除砂器離心機清除有害固相。這樣對上部地層井壁穩定、固相控制、井眼清潔潤滑打下了良好的基礎。（3）根據井下摩阻扭矩情況，及時混入原油并使之完全乳化。含量逐步達到15%。摩擦系數小于0.03。當混入原油摩阻降低不明顯時，混入少量的石墨粉作為潤滑的輔助材料。按5%- 8%的含量加入聚合醇類或植物油類潤滑材料。這樣做更有效地控制井下摩阻在理想值范圍內。（4）進入東營組地層中部，鉆井液防塌工作作為重點：一是使用2%ZX- 8 低熒光磺化瀝青和2%有機硅氟井壁穩定劑封堵材料復配，封堵復雜地層的微縫隙，固化井壁。二是使用抗鹽抗高溫降濾失劑和樹脂盡量降低高溫高壓失水小于12mL（150℃）。形成優質泥餅，改變濾液性能，減少引起泥頁巖水化的機會。這對井壁穩定起關鍵作用。（5）堅持短起下技術措施，及時破壞巖屑床，清潔井眼，減小摩阻和扭矩。（6）中完電測前搞短起下，上下活動鉆具循環2 周清洗井眼。用2%粗塑料球封斜井段;完井電測前均搞短起下，上下活動鉆具循環2 周清洗井眼。用2%粗塑料球，封裸眼井段（其中加0.5%增粘劑，提粘至120s，封東營組以下地層）保證電測順利。通井時加0.5%SF- 1，調整鉆井液至鉆進時性能，洗好井，再用2%粗塑料球封井，確保套管順利下入。

4 現場應用

4.1 大位移井鉆井液性能控制

大位移井在套管程序設計時，一般用311.2mm 的技術套管封隔至館陶組地層，大井眼淺層定向是必然的。鉆井液性能控制尤為重要。鉆探大位移井上部地層（東營組以上）使用低粘、低切，優質低固相鉆井液紊流狀態攜砂，主要性能指標為：密度1.05- 1.10g/cm3，中完密度為1.12- 1.15g/cm3;粘度35- 40s;切力0- 1/1- 3Pa 塑性粘度8- 12mPa.s;動切力4- 6Pa。盡量避免過渡流，防止滯流層太厚、滲透性砂巖地層泥湖井壁造成井眼不清潔。

鉆探大位移井下部地層（東營組以下）將鉆井液轉化為封堵防塌性能較強的聚硅醇防塌潤滑鉆井液。主要性能指標為：密度按設計執行;粘度45- 55s;切力3- 5/10- 15Pa;塑性粘度15- 25mPa.s;動切力8- 12Pa;高溫高壓失水小于12mL。與上部地層（東營組以上）使用低粘、低切，優質低固相鉆井液相比，鉆井液的粘切有所上升，利于實現平板型層流狀態。施工中我們特別提高了低剪切速率下的Ф6、Ф3 的數值，靜切力值也相應提高，對提高鉆井液攜帶大粒徑巖屑的能力很有利。加足封堵防塌材料和降低高溫高壓失水材料，施工中不穩定地層掉塊明顯減少，井眼清潔度高。這樣起下鉆遇阻卡的問題解決了。

4.2 .固相控制

鉆井液固相控制技術同樣在大位移井鉆探中相當重要。我們配套了線型震動篩、55kW大功率旋流除砂器、除泥器，離心機處理量達到45m3/h。鉆井液固相控制主要控制指標為：優質低固相鉆井液密度1.05- 1.10g/cm3，上部地層MBT 值30- 40g/L;下部地層MBT 值60- 70g/L。具體做法：鉆井液加足0.5- 0.6%的絮凝包被劑，抑制鉆屑分散;使用線性震動篩、大功率除砂器和離心機，及時清除有害固相，避免有害固相在體系中惡性循環，進一步分散，從而破壞鉆井液流型;按150- 200m 搞一次短起下，及時破壞巖屑床，清潔井眼，減小摩阻和扭矩;根據摩阻和扭矩上升情況不定期搞短起下，同時注意長短結合。

4.3 卡鉆事故的預防措施

預防卡鉆事故的主要技術措施是潤滑減阻。

（1）根據井下摩阻扭矩情況，及時混入原油并使之完全乳化，含量逐步上升到15%。為保證乳化效果，鉆井液pH 值9- 10，還可跟入0.1%的乳化劑，上部井眼摩擦系數都很容易控制到小于0.03。

（2）下部井眼當混入原油摩阻降低不明顯時，我們混入0.5- 1%石墨粉作為潤滑的輔助材料;另外按5%- 8%的含量加入聚合醇類或植物油類潤滑材料;控制井下摩阻扭矩在理

想值范圍內。

（3）井眼清潔和優質泥餅也是預防卡鉆前提條件。施工中大位移井鉆井液泥餅摩阻系數實際達到0.0175，杜絕了卡鉆事故的發生，實現了安全、順利、高效鉆井。

5 結論

本文將鉆井液優化技術應用于勝利油田的12口大位移鉆井，結果表明鉆井液優化技術在解決大位移井施工中摩阻扭矩大、起下鉆遇阻卡方面有一定的成效和應用價值。選擇鉆井液體應結合油井所處底層的特點，且提高鉆井液的潤滑能力是大位移井鉆井液的關鍵問題，此外還應該確保鉆井液中潤滑劑的有效含量，這影響著泥餅摩擦系數，可以避免卡鉆事故的發生。

參考文獻

[1]蔡利山，林永學，王文立. 大位移井鉆井液技術綜述[J]. 鉆井液與完井液，2016，27（3）：1-13.

[2]戴新龍. 大位移井鉆井液技術[J]. 中國化工貿易，2014.06

（作者單位：中石化勝利石油工程公司黃河鉆井總公司70183隊）