關于致密油水平井環保鉆井液體系研究及應用

郭定雄

摘要：我國致密油的開采主要集中在鄂爾多斯盆地長7儲層，這里的致密油呈現出低壓、低孔、低滲的特點。致密油的開采需要提升油井的實際產能。對于鄂爾多斯盆地長7儲層油井而言，相比直井段，致密油層發生井壁失穩的概率更高，鉆探至中后期，鉆桿的摩擦阻力會有所提升，致使卡鉆等意外情況發生。鄂爾多斯盆地土地貧瘠、植被單一，生態系統穩定性差，因此對于環保工作提出了更高的要求，在此背景下構建致密油水平井環保鉆井液體系，實現致密油開采的安全、綠色、高效具有積極意義。

關鍵詞：致密油;水平井;環保鉆井液體系

0.引言

現階段在全球范圍內，油田鉆井活動愈加頻繁，相對應的鉆井液污染物給周邊生態環境造成極為嚴重的破壞。為了實現人與自然和諧共處，在全球各國新頒布的環境標準當中對于環保工作提出了越來越高的要求。往往石油工業造成的危害會對周邊地區造成嚴重的影響，這種影響在全行業范圍內引起高度關注。所以開展致密油水平井環保鉆井液體系對于石油工業安全、高效、綠色、環保具有積極意義。

1.致密油層與鉆井技術難點

1.1地層巖石全巖與粘土礦物

使用X射線對致密油層地區巖石全巖與粘土礦物進行分析，經過分析得，巖層的主要成分是石英石，所占比例為50.2%-56.8%，長石其次，所占比例為21.7%-28.3%。具有較高的泥質質量分數，更低的黏土礦物含量，通常在3.5%-18.8%之間，在眾多黏土礦物成分當中，伊利石是主要組成成分，伊蒙混層和綠泥石的含量也相對較高。[1]

巖石中存在一定量的碳酸鹽，含量范圍在5.1%-17.8%之間。伊利石、綠泥石具有更低的水化膨脹性，所以在實際勘探過程中需要分析水化分散風險，也正因為地層當中含有較高的巖屑，因此構建的鉆井液體系需要主要實現強封堵強包被防止分散功能。

1.2儲層孔滲特征

結合實際的巖心分析數據，發現致密油層的儲層物性并不突出，巖石滲透率小于0.3mD，平均滲透率0.14mD，平均孔隙度9.5%。[2]結合公式1-1，帶入表格數據可以計算出地層巖石拐點喉道半徑為210nm，這就說明致密釉層含有豐富的納米孔隙，而為了進一步提升封堵效率，需要使用更加專業的封堵劑納入到鉆井液體系當中提升封堵效率。

2.致密油層鉆井液技術難點

2.1水平段井壁失穩

處于鄂爾多斯盆地的致密油層主要成分是巖屑長石砂巖、長石碎屑砂巖，并且含有大量的泥質粉砂，具有豐富的納米級空隙。[3]通過地質勘探工作可以了解到，鉆探到水平段時很大程度上容易出現泥質粉砂巖，致使出現井壁掉塊或者是塌方的發生。由于浸泡時間過長，水平井段鉆井液會引起礦物水化膨脹，最終造成脫落。伴隨著鉆井的不斷深入，鉆具、井壁之間的摩擦系數、摩擦力也在不斷提升，這就進一步加劇了塌方事故的發生，水平井段無法實現正常鉆進，因此使用新型環保鉆井液體系需要具備更強的抑制性，保證井壁的穩定，實現安全生產。

2.2攜砂能力與井眼凈化

相比常規的直井相比，受到重力、鉆井需求影響，水平井段的直徑會比普通井口的直徑更大，也正因如此在水平段井鉆進的過程中，鉆具無法保證持續劇中鉆進，這是因為鉆井液會除掉鉆井巖屑，并且在重力作用下鉆井巖屑會下落，這些巖屑堆積在鉆具的周圍，而隨著巖屑的數量越來越多，鉆具也無法持續進行鉆進，除非鉆井液具有杰出的攜沙能力，可以有效清潔井眼，才可以保證鉆具的持續鉆進。

3.新型環保鉆井液體系研究與性能評價

3.1選擇處理劑

處理劑主要包括抑制劑、降濾失劑、防塌封堵劑、潤滑劑。

（1）抑制劑選擇

以有機鹽抑制劑離子為例進行分析，HCOO - 離子可以與中和電荷的方式實現與粘土端面的正電荷結合，這種方式可以在很大程度上降低粘土顆粒的負電性，最大程度上減小黏土礦物的水化膨脹能力。在這一過程中，HCOO - 離子與水分子結合生氫鍵，在氫鍵的作用下這些水分子不會自由移動，鉆井液濾液粘度得到提升，致使鉆井液難以繼續推進。降低體系的水活度構成反滲透作用，在反滲透作用下形成一種底層孔隙水進入到井眼的傾向，泥頁巖的水化作用下降，對泥頁巖水化膨脹、分散具有一定的抑制作用。

（2）潤滑劑選擇

鉆井時使用潤滑劑的目的就是最大程度上減少鉆進阻力，在基漿當中分別注入0.5%的 RY-818、RY-828、RY-838、XCS-3、GD-2 、HLR-3潤滑劑，經過16小時的熱滾以后對極壓潤滑系數進行測試，評價潤滑劑性能，詳見圖1，可以看出RY-838、HLR-3具有最佳的潤滑效果，因此在水平井段主要使用RY-838 和 HLR-3作為潤滑劑。

結論

配置的鉆井液樣品濃度為1.20g/cm3，分別使用3.0%、5.0%.10.0%巖屑粉攪拌污染樣品。50℃條件下測定120℃16小時的流動性、濾失性能。不同的污染條件下，120℃老化16小時，粘切力更低，可以滿足致密油水平井降低循環壓耗、有效懸浮加重劑、巖屑的實際需求，HTHP濾失量將下降至低于15.0ml，并且具有更加出眾的韌性，由此使新型環保鉆井液體系的性能達到實際鉆井需求。加入白膨潤土、鉆屑以后， 新型環保鉆井液體系具有更低的表觀粘度，由此可見新型環保鉆井液體系比傳統的鉆井液體系具有更加出眾的抗污染性能。

參考文獻

[1]顧雪凡，王棚，高龍，陳剛，張潔.我國天然高分子基鉆井液體系研究進展[J].西安石油大學學報（自然科學版），2020，35（05）：83-91.

[2]宣揚，劉珂，郭科佑，宋兆輝，錢曉琳，林永學.順北超深水平井環保耐溫低摩阻鉆井液技術[J].特種油氣藏，2020，27（03）：163-168.

[3]李旭方，熊正強.抗高溫環保水基鉆井液研究進展[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2019，46（09）：32-39.