高性能水基鉆井液在東濮老區(qū)二開(kāi)制水平井的應(yīng)用

趙虎，司西強(qiáng)，董瑞軍

1.中國(guó)石化中原石油工程有限公司 鉆井工程技術(shù)研究院（河南 濮陽(yáng)457001）

2.中國(guó)石化中原石油工程有限公司 鉆井二公司技術(shù)發(fā)展中心（河南 濮陽(yáng)457001）

東濮老區(qū)水平井以往采用三開(kāi)制，技術(shù)套管封至A靶點(diǎn)。為節(jié)約鉆井成本，2020年首批二開(kāi)制水平井開(kāi)發(fā)2口井，表套下至明化鎮(zhèn)500 m，目的層為沙一段和沙二段，裸眼段含有大段泥巖、膏巖等，地層穩(wěn)定性差；長(zhǎng)裸眼段和水平井開(kāi)發(fā)方式給定向和起下鉆等作業(yè)帶來(lái)較大難度。以前期應(yīng)用的ZYAPD高性能水基鉆井液配方為基礎(chǔ)，根據(jù)地層和工程情況調(diào)整鉆井液配方，降低鉆井液成本，解決了施工中的技術(shù)難題，滿足鉆完井施工要求[1]。本文對(duì)該鉆井液在東濮老區(qū)的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并總結(jié)其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，為該鉆井液在水平井的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

1 低成本高性能水基鉆井液

2016年中原鉆井院針對(duì)不同區(qū)塊的頁(yè)巖氣井研發(fā)出以聚醚胺基烷基糖苷（NAPG）、陽(yáng)離子烷基糖苷（CAPG）和烷基糖苷（APG）為核心主劑的烷基糖苷衍生物鉆井液體系，簡(jiǎn)稱(chēng)ZY-APD鉆井液，其成本較低，先后在昭通、長(zhǎng)寧、南川、武隆和普光等地區(qū)應(yīng)用了6口井。應(yīng)用表明其解決了沙溪廟、千佛崖、小河壩、石牛欄組和龍馬溪組等地層破碎帶的坍塌掉塊問(wèn)題，起下鉆、下套管暢通，避免了同類(lèi)井應(yīng)用水基鉆井液鉆井出現(xiàn)的復(fù)雜情況，對(duì)比該區(qū)塊其他高性能水基鉆井液技術(shù)和成本，其優(yōu)勢(shì)明顯[2-10]。2020年為滿足東濮老區(qū)首批二開(kāi)制水平井開(kāi)發(fā)，造斜段和水平段采用高性能水基鉆井液。根據(jù)地層巖性和鉆井周期，對(duì)體系配方做出如下調(diào)整：

1）降低ZY-APD鉆井液主劑加量，NAPG加量為1.0%～1.5%，CAPG加量為1.0%～2.0%，即可滿足東營(yíng)組—沙二段泥巖穩(wěn)定周期大于30 d的鉆完井需求。

2）引入包被劑HP，對(duì)上部東營(yíng)組軟泥巖鉆屑包被，固控設(shè)備及時(shí)清理。

3）放棄極壓潤(rùn)滑劑，較低鉆井液密度（1.15～1.42 g/cm3），形成較好的泥餅質(zhì)量，即可滿足鉆完井需求。

該高性能水基鉆井液與以往該地區(qū)定向井和三開(kāi)制水平井采用的聚合物鉀鹽等體系對(duì)比，具有明顯的井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑防卡和流變性控制優(yōu)勢(shì)，具體對(duì)比見(jiàn)表1。

2 東濮老區(qū)二開(kāi)制水平井地質(zhì)與工程概況

2.1 地質(zhì)概況

東濮老區(qū)一期二開(kāi)制水平井2口井，分別為東濮凹陷中央隆起帶文留構(gòu)造文25-平1井，古云集構(gòu)造云2-平6井。目的層分別為沙二段和沙一段，造斜段之下鉆遇地層和巖性見(jiàn)表2。

2.2 工程概況

文25-平1和云2-平6均為二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)：一開(kāi)Ф311.2 mm鉆頭，下Ф244.5 mm表層套管，二開(kāi)Ф215.9 mm鉆頭，具體工程參數(shù)見(jiàn)表3。

3 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)與技術(shù)思路

3.1 技術(shù)難點(diǎn)

1）東營(yíng)組—沙二段泥巖含量高，對(duì)鉆井液井壁穩(wěn)定要求高。應(yīng)用井段文25-平1泥巖含量為80%，云2-平6井泥巖含量為57%，分散特性較強(qiáng)。套管下深僅為500 m左右，裸眼地層易縮頸及剝蝕掉塊，鉆井過(guò)程中的機(jī)械破壞和鉆井液長(zhǎng)時(shí)間浸泡地層，超過(guò)坍塌周期，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。

2）完鉆井斜大，裸眼段較長(zhǎng)，潤(rùn)滑防卡難度大。文25-平1井造斜點(diǎn)為1 980 m，A靶點(diǎn)為2 649 m，完鉆井深2 700 m，裸眼段長(zhǎng)2 200 m，最大井斜92.99°，最大狗腿度為8.85°/30 m；云2-平6井造斜點(diǎn)為1 852 m，A靶點(diǎn)為2 448 m，完鉆井深2 570 m，裸眼段長(zhǎng)2 065 m，最大井斜90.62°，最大狗腿度為7.18°/30 m。定向段鉆具滑動(dòng)摩擦，對(duì)鉆井液的潤(rùn)滑性和泥餅質(zhì)量要求高，防止鉆頭泥包。

表1 鉆井液性能對(duì)比

表2 地質(zhì)分層和巖性

表3 應(yīng)用井工程概況

3）該井采用老漿轉(zhuǎn)換，含有大段膏層，鉆井液長(zhǎng)期穩(wěn)定難度大。老井眼為低固相聚合物鉆井液，坂土含量高，以老漿為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換為高性能水基鉆井液，隨著鉆井周期的增長(zhǎng)，中低相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物降濾失劑亦可引起鉆井液黏切值升高，井眼清潔困難。文25-平1井含膏地層高達(dá)15%，Ca2+等侵入鉆井液易導(dǎo)致鉆井液濾失量升高，泥餅質(zhì)量變差，常規(guī)加OH-和CO32-的處理方式導(dǎo)致鉆井液增稠，流變性變差。

3.2 技術(shù)思路

1）鉆井液井壁穩(wěn)定能力。密度控制：參照鄰井資料合理調(diào)整鉆井液密度，大斜度定向段和水平段要高于同層位鄰井的鉆井液密度，支撐井壁穩(wěn)定，但切記不可在短時(shí)間內(nèi)大幅提高鉆井液密度，以免壓漏地層。抑制能力：采用糖苷系列為主抑制劑，非離子型抑制劑（NAPG）和小陽(yáng)離子型抑制劑（CAPG），作用機(jī)理為吸附成膜、嵌入及拉緊晶層等[11-17]。復(fù)配KCl使體系獲得更高的抑制能力，KCl在該體系還具有滅菌、增強(qiáng)鉆井液的長(zhǎng)期穩(wěn)定性等作用。封堵能力：配合納微米封堵劑、超細(xì)碳酸鈣、磺化瀝青、改性石蠟等多種封堵材料，有利于快速形成致密的高強(qiáng)度封堵層，提高井壁承壓能力，可滿足地層的封堵需求。

2）鉆井液潤(rùn)滑防卡技術(shù)。糖苷衍生物APD由于其分子結(jié)構(gòu)上的多羥基和一個(gè)烷基基團(tuán)，能夠在鉆具、套管表面及井壁巖石上產(chǎn)生強(qiáng)力吸附，烷基作為親油基則朝外規(guī)則排列，形成非常穩(wěn)定且具有一定強(qiáng)度的潤(rùn)滑膜[18]，CAPG可通過(guò)羥基的氫鍵吸附和季銨基團(tuán)的靜電吸附而牢牢吸附在黏土顆粒表面，并可直接參與泥餅的形成，使泥餅具有較好的潤(rùn)滑性[19-21]。

3）鉆井液流變參數(shù)控制技術(shù)。地層泥巖含量較多，定向鉆速較慢，使用老漿轉(zhuǎn)換鉆井液，劣質(zhì)固相的不斷侵入。APD為多羥基結(jié)構(gòu)，優(yōu)先吸附在重晶石和鉆屑表面，吸附成膜，降低顆粒間的內(nèi)摩擦，改善流動(dòng)性，提高鉆井液的固相容量。APD通過(guò)吸附、交聯(lián)和護(hù)膠等作用，增強(qiáng)聚合物之間的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高溫度耐受能力和抗鈣污染能力，可增強(qiáng)鉆井液的長(zhǎng)期穩(wěn)定能力[22]。

4 高性能水基鉆井液在東濮老區(qū)的應(yīng)用

4.1 鉆井液的配制

取現(xiàn)場(chǎng)井漿，測(cè)試?yán)蠞{膨潤(rùn)土含量，根據(jù)測(cè)定值確定老漿用量，轉(zhuǎn)換后高性能水基鉆井液膨潤(rùn)土為20～25 g/L。采用邊鉆進(jìn)邊轉(zhuǎn)換高性能水基鉆井液180～220 m3，配方：1%～1.5%NAPG+1.5%～2.0%CAPG+0.1%～0.2%HP+0.5%～1%納微米封堵劑+1%～2% FT（磺化瀝青）+1%～1.5% ZY-JLS（降濾失劑）+5%～6%KCl+0.1%NaOH。

4.2 鉆井液的維護(hù)處理

1）流變性控制和井眼清潔。為了同時(shí)滿足造斜段的懸浮攜砂和水平段的沖刷帶砂，鉆井液應(yīng)保持合理的流變性，排量足夠且無(wú)掉塊的情況下造斜段鉆井液的黏度控制在35～60 s，有掉塊后水平段黏度控制在55～75 s較為合理；使用XC（生物聚合物）等可提高鉆井液的黏切；若需要降低鉆井液的黏切值，可用含CAPG和ZY-JLS的稀膠液稀釋。若下鉆劃眼較多，可用高XC或HP配制稠塞液清砂。

2）濾失量和泥餅質(zhì)量控制。適當(dāng)補(bǔ)充ZY-JLS可降低鉆井液的濾失量，補(bǔ)充N(xiāo)APG和CAPG可改善泥餅質(zhì)量，納微米封堵劑、超細(xì)碳酸鈣、磺化瀝青FT等可降低濾失量。

3）鉆井液的防塌措施。保持合理的鉆井液密度，有效支撐井壁，是保持井壁穩(wěn)定的前提。鉆進(jìn)過(guò)程中根據(jù)井下實(shí)際情況及時(shí)上提密度。保持抑制劑的含量：3%APD（NAPG和CAPG總和）+5%KCl；保持封堵劑的含量：1%納微米封堵劑+2%磺化瀝青，當(dāng)出現(xiàn)井壁掉塊時(shí)可適當(dāng)提高磺化瀝青加量。

4）潤(rùn)滑防卡措施。糖苷系列產(chǎn)品具有良好的潤(rùn)滑效果，井斜25°前可滿足定向的需要，但隨著井斜角的增大，井眼軌跡變化較大，單靠增加APD增大潤(rùn)滑性不經(jīng)濟(jì)，可少量補(bǔ)充改性石蠟等提高鉆井液潤(rùn)滑性；完井過(guò)程中增加塑料小球保證電測(cè)和下套管的順利進(jìn)行。

4.3 完井措施

完鉆電測(cè)前強(qiáng)化離心機(jī)的使用，降低固相含量；下套管通井過(guò)程中，采用分段循環(huán)，強(qiáng)化離心機(jī)使用，降低固相含量，利于水平段的清砂。牙輪鉆具下鉆到底，循環(huán)清砂完畢，泵入30 m3封閉液后，封閉1 000 m裸眼段，起鉆后進(jìn)行下套管作業(yè)到預(yù)定井深。

電測(cè)封閉液組成：井漿+2%NAPG+1%FT+1%改性石蠟。下套管封閉液組成：井漿+2%NAPG+1%FT+1%改性石蠟+0.5%塑料小球。

5 應(yīng)用效果

在整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆井液性能穩(wěn)定、井下安全、起下鉆暢通無(wú)阻、電測(cè)和下套管作業(yè)一次成功，達(dá)到了穩(wěn)定井壁、保護(hù)儲(chǔ)層及井下安全的目的。具體應(yīng)用效果如下：

1）強(qiáng)抑制和強(qiáng)封堵相結(jié)合，有效保障了東營(yíng)組—沙二段的地層穩(wěn)定。保持合理的鉆井液密度，東營(yíng)組鉆井液密度為1.17～1.27 g/cm3，沙一段密度為1.23～1.33 g/cm3，沙二段密度為1.25～1.42 g/cm3。保持不低于3%APD+5%KCl；保持封堵劑的含量：1%納微米封堵劑+2%磺化瀝青FT，提高對(duì)地層微裂縫和微孔隙的封堵能力，當(dāng)出現(xiàn)井壁掉塊時(shí)可適當(dāng)提高封堵劑含量。通過(guò)ZY-JLS降低濾液浸入，提高了井壁穩(wěn)定性。文25-平1井應(yīng)用段泥巖含量為80%，因密度支撐不夠，鉆進(jìn)至2 089 m，振動(dòng)篩返出灰色、棕色泥巖掉塊，上提密度至1.35 g/cm3，觀察振動(dòng)篩返砂基本正常；云2-平6井泥巖含量為57%，全井段井壁穩(wěn)定，應(yīng)用段平均井徑擴(kuò)大率為6.44%，反映出鉆井液的抑制黏土水化分散能力強(qiáng)。

2）潤(rùn)滑性好，滿足定向施工，利于降低循環(huán)壓耗、提高機(jī)械鉆速。APD具有良好的潤(rùn)滑性，保持APD類(lèi)產(chǎn)品總量≥3%，隨著井斜和方位變化增大，水平段的加長(zhǎng)，及時(shí)補(bǔ)充改性石蠟和石墨等有助于提高鉆井液的潤(rùn)滑性。兩口井二開(kāi)段為215.9 mm（8?″）井眼，鉆進(jìn)過(guò)程中排量為32 L/s，泵壓為12～16 MPa，起下鉆和拉井壁平均摩阻為4～8 t。云2-平6井實(shí)鉆過(guò)程中起下鉆和拉井壁摩阻如圖1所示。

圖1 云2-平6井二開(kāi)井段實(shí)鉆摩阻

3）剪切稀釋好、攜巖能力強(qiáng)，保證了井眼清潔及巖屑床的清除。APD鉆井液為低黏高切型鉆井液，多數(shù)井段鉆井液黏度控制在40～70 s，排量為32 L/s，可較好地滿足造斜段的懸浮攜砂和水平段的沖刷帶砂，實(shí)鉆過(guò)程中起下鉆和拉井壁順暢。文25-平1井2 089 m鉆進(jìn)過(guò)程中的掉塊，如圖2所示，鉆井液可及時(shí)將其攜帶出地面，有效清除振動(dòng)篩，避免了井下復(fù)雜工況的發(fā)生。分段鉆井液性能見(jiàn)表4。

圖2 文25-平1井2 089 m鉆進(jìn)過(guò)程返出的掉塊

表4 應(yīng)用井分段鉆井液性能

4）鉆井液成本較低，并且實(shí)現(xiàn)了回收再利用。因兩口井鉆井液?jiǎn)畏匠杀緝H為同密度油基鉆井液（回收再利用漿）的25%～35%，ZY-APD等高性能水基鉆井液標(biāo)準(zhǔn)配方的50%～60%，大大降低了鉆井液的成本。因兩口井為同期井，文25-平1井未完鉆時(shí)，云2-平6井已開(kāi)鉆，故無(wú)法使用前者轉(zhuǎn)換的鉆井液，后期維護(hù)使用前者老漿30 m3，兩口井回收鉆井液260 m3，以備后期同類(lèi)井開(kāi)發(fā)使用。

6 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）APD水基鉆井液體系在井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑能力和攜巖帶砂效方面果良好，3%APD加量即可滿足東濮凹陷二開(kāi)制水平井開(kāi)發(fā)所需鉆井液的抑制、潤(rùn)滑和流型調(diào)節(jié)需要。

2）體系采用納微米封堵劑、磺化瀝青等封堵材料，沙一段以下API濾失量控制在5 mL以內(nèi)，可滿足泥巖、膏泥巖和砂巖層的封堵要求。

3）合理使用固控設(shè)備及配置振動(dòng)篩目數(shù)，轉(zhuǎn)換泥漿時(shí)適當(dāng)降低振動(dòng)篩目數(shù)（部分80目），轉(zhuǎn)換完成無(wú)井漏的情況下，可適用高目數(shù)（180目）篩布，提高固控效率，保持井眼清潔。