大慶油田致密油水平井鉆井液技術

張海峰

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413)

大慶油田的致密油資源含量豐富，為實現油氣資源的有效接替，大慶油田逐漸加大了對致密油資源的開發力度和投入比例。但由于致密油儲層為裂縫/層理發育、極易水化分散的青山口組和泉頭組地層，在鉆進中常發生井壁剝落、坍塌和卡鉆等井下復雜，造成了較大的鉆井損失。因此，大慶油田經過技術攻關，先后形成了一系列的鉆井液體系，在致密油開發的不同階段發揮了重要作用。

1 硅基陽離子鉆井液技術

硅基陽離子鉆井液技術，是大慶油田較早應用在致密油開發中的鉆井液體系。該鉆井液主要由陽離子聚合物抑制劑和含硅基的油層保護劑兩種核心處理劑組成，其中陽離子聚合物對蒙脫石、伊蒙混層含量較高的泥巖地層具有較好的抑制水化作用。該體系具有性能穩定、抑制性強、濾失量小等特點，動塑比在0.3~0.4之間，抗溫100℃，采用重晶石加重至1.6g/cm3時仍具有良好的流變性。

硅基陽離子鉆井液體系主要應用于垂深1500m左右的葡萄花油層開發，效果較好，在致密油水平井應用的幾口井中效果不甚理想，井壁剝落、掉塊和卡鉆事故多發，不得不停止該體系在致密油開發中的應用[1]。

2 油包水鉆井液技術

硅基陽離子鉆井液技術應用之后，在自主合成油基鉆井液用主、輔乳化劑和降濾失劑的基礎上，研制出一套低粘高切的油包水鉆井液體系，實現了大慶油田油基鉆井液從處理劑到體系的自主研發。該體系油水比為80:20，破乳電壓大于500V，初切在2~6mPa·s之間，終切在4~15mPa·s之間，高溫高壓失水小于4.0mL，動塑比大于0.4，綜合性能與國外油包水鉆井液接近，具有低粘高切的流變特點，電穩定性好，經過150℃高溫老化前后流變性和破乳電壓變化幅度小。在現場累計應用超過50口井，滿足了井深大于3300m，水平段超過1700m的致密油水平井鉆井施工需求，起下鉆摩阻僅2~3t，沒有形成巖屑床，下套管一次成功，平均井徑擴大率小于5%[2]。

3 高性能水基鉆井液技術

2015年隨著新版《環保法》的實施，大慶油田全面停止使用油基鉆井液，為保障致密油水平井鉆井施工，加強了水基鉆井液技術攻關。通過對青山口組等地層井壁失穩機理的逐步認識，在自主合成鉆井液抑制劑和配方優化實驗基礎上，形成一套高性能水基鉆井液體系。該體系合成的胺基抑制劑通過官能團嵌入粘土晶層結構和粘土表面吸附等作用，解決了陽離子、大分子聚合物類抑制劑抗溫性低、無法有效抑制伊利石表面水化的問題，抗溫180℃。同時，通過優選與胺基抑制劑配套的降濾失劑等處理劑，最終形成一套高性能水基鉆井液體系。抗溫120℃，滾動回收率大于90%（清水回收率36%），極壓潤滑系數0.12。該體系在致密油水平井累計應用超過70口井，水平井最長達到2035m，滿足了當時致密油開發對鉆井液的需求[3]。鉆井液基本性能數據見表2。

表2 鉆井液基本性能數據表

4 強抑制強封堵水基鉆井液技術

表1 油包水鉆井液綜合性能對比數據表

隨著致密油水平井水平段逐漸加長，高性能水基鉆井液在施工過程中的井壁失穩問題越來越多，當施工周期超過40d，青山口組仍會發生大塊剝落和坍塌。隨著致密油地層井壁失穩機理的逐步深入，認識到致密油地層的裂縫封堵也是保持井壁穩定的關鍵措施之一，于是通過研究形成了強抑制強封堵型水基鉆井液技術。該技術主要通過兩方面來提高鉆井液性能：①在使用胺基抑制劑的基礎上，再通過加入聚合醇和氯化鉀，采用無機和有機相結合的機理共同提高鉆井液抑制性；②采用物理封堵和化學封堵相結合的原理，使用超細碳酸鈣和納米乳液封堵劑對地層進行物理封堵，利用聚合醇的“濁點”效應對裂縫進行化學封堵；③采用固體和液體潤滑劑配套使用，降低長水平段托壓和摩阻高的難題[4]。

最終形成的強抑制強封堵型鉆井液體系，抗溫達到150℃，對致密油層位巖芯的滾動回收率最高為96.8%，抗巖25%屑侵，極壓潤滑系數不大于0.1，高溫高壓濾失量在8~9mL之間，中壓濾失量小于4mL。在現場累計應用超過20口井，最長水平段達到了2035.5m，有效保證了致密油資源的高效開發，目前該體系仍在大慶油田發揮著重要作用。

5 低固相氯化鉀鹽水鉆井液技術

2018年開始，大慶油田在原有水基鉆井液基礎上，進一步加強抑制和封堵，形成一套低固相氯化鉀鹽水鉆井液體系。將膨潤土加量降低至1%，提高氯化鉀加量，并加入8%~10%的氯化鈉，以提高鉆井液濾液活度，減少鉆井液濾液與地層離子的交換、運移；同時，根據致密油地層裂縫和孔隙尺寸、分布范圍，優選出微納米乳液封堵劑提高了鉆井液的封堵防塌能力[5]。該體系鉆井液礦化度在80000mg/L左右，中壓濾失量小于3mL，120℃高溫高壓濾失量小于8mL，可抗20%鹽水侵。

截止到目前，該體系已經累計應用20口井，成功鉆穿嫩江組、姚家組、青山口組高泥巖含量地層，無任何井壁失穩現象，青山口組造斜段井徑擴大率最低僅為2.2%，水平段平均固井優質率大于90%，電測和下套管作業均暢通無阻，為大慶油田致密油資源的有效動用提高了技術支撐。

6 結論

（1）大慶油田的致密油資源含量豐富，為開發好這類非常規資源，大慶油田先后形成了硅基陽離子、油包水、高性能水基和低固相氯化鉀鹽水鉆井液等體系。

（2）隨著技術不斷進步和研究深入，這些鉆井液體系滿足了不同時期致密油資源的勘探開發需求，在現場應用中發揮了重要作用，為保障大慶油田資源的高效開發提供了技術支撐。