高性能仿油基鉆井液在L26-PX井的應用

崔 磊，董 明，石昌森，郭金玉，李艷軍，李英武

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江 大慶 163413）

大慶油田的致密油資源含量豐富，鉆進過程中井壁失穩事故多發，嚴重影響了勘探開發效率。為提高井壁穩定效果，減少井塌、卡鉆等事故，最初采用油基鉆井液，但面對高成本、高污染、難處理等難題，只能研究綜合性能優異的水基鉆井液替代油基鉆井液。L26-PX井是龍虎泡區塊一口致密油水平井，設計井深超過4000m，水平段超過2000m，給水基鉆井液性能研究提出了新挑戰。因此，對該井的地質特點和鉆井難點進行分析，研究出一套綜合性能優異的高性能仿油基鉆井液，施工中實行鉆井液分段維護處理原則，最終鉆至設計井深，二開平均機械鉆速大于9m/h。該井的順利完鉆為致密油水平井安全高效鉆進提供了經驗，具有廣闊應用前景[1]。

1 L26-PX井地質特點分析

L26-PX 井位于松遼盆地北部大慶長垣以西古龍凹陷，該區塊致密油資源儲備較豐富，目的層為青山口組二三段，從上到目的層鉆遇層位依次為嫩二段、嫩一段、姚二三段、姚一段、青二三段。其中嫩江組二段為大段深灰、灰黑色泥巖夾灰黑色含介形蟲泥巖，嫩江組一段為灰黑色泥巖、灰黑、深灰色泥巖與灰色粉砂巖；姚家組二三段和姚家組一段為灰色泥巖、綠灰色泥巖和粉砂質泥巖；青山口組二三段為綠灰色泥巖、粉砂質泥巖，灰黑、黑灰色泥巖。

對該區塊鄰井地層取樣巖芯分析可知：①嫩江組層位巖芯粘土礦物組分以蒙脫石為主，遇水極易發生水化分散與膨脹，清水滾動回收率為0，清水體積膨脹率超過25%；②姚家組地層巖芯主要含有伊利石和伊蒙混層，并且巖芯中含有較多的裂縫，清水滾動回收率小于10%，清水中的體積膨脹率在18%左右；③青山口組地層巖芯主要以伊利石和伊蒙混層為主，在清水的滾動回收率大于90%，線性膨脹率小于5%，同時，青山口組地層頁理、微裂縫發育，裂縫寬度多為微米級[2]。

2 L26-PX井鉆井施工難點分析

通過對L26-PX 井的地質情況分析，該井在鉆井施工過程中存在以下難點：

（1）嫩江組地層容易發生泥巖水化分散，導致鉆井液性能增稠惡化，同時，還容易發生井徑縮小，引起起下鉆困難；

（2）姚家組和青山口組地層水化分散性較嫩江組弱，但由于地層中含有較多微裂縫，在壓差作用下，鉆井液濾失量容易進入深部地層，引起井壁發生剝落或坍塌；同時，在壓力傳遞作用下，容易使底層裂縫發生“水力尖劈”作用，進而發生更為嚴重的井壁失穩事故；

（3）水平段設計超過2000m，在鉆井后期，隨著鉆具與井壁接觸面積增大，摩阻和扭矩會逐步變大，更容易發生鉆具粘卡；

（4）長水平段水平井需要鉆井液具有良好的井眼凈化能力，以保障井底巖屑能夠及時返排出井口，否則極易引起巖屑床堆積和沉砂卡鉆，給鉆井周期和施工進度帶來影響[3]。

3 鉆井液對策研究及性能評價

根據以上分析，L26-PX井鉆進中要求鉆井液具有以下特點：①良好抑制性。提高鉆井液抑制性，減小泥巖地層水化分散和膨脹趨勢，特別是降低嫩江組縮徑、造漿的復雜情況；②較強封堵能力。提高鉆井液對姚家組和青山口組層位的封堵防塌能力，減少剝落、掉塊和井塌事故的發生；③良好潤滑性。長水段水平井技術是非常規油氣資源增儲的核心技術，較長的造斜段和水平段要求鉆井液具有良好的潤滑性，否則極易引起起下鉆遇阻、套管難下入等問題[4]。

鉆井液體系優選分子量在2000～4000之間的胺基抑制劑提高鉆井液抑制性，處理劑中含有的特殊小分子官能團進入到粘土層間，使粘土層結合在一起而降低粘土水化分散趨勢；優選聚合多元醇提高鉆井液封堵性能，利用聚合醇在井底高溫條件下析出的膠體顆粒封堵裂縫；優選環保型液體潤滑劑提高潤滑性。在優選這三種主處理劑基礎上，開展鉆井液配方研究，最終形成一套高性能仿油基鉆井液體系。

鉆井液常規性能評價實驗結果如表1所示，鉆井液在加重至1.62g/cm3時，120℃老化前后性能穩定、波動較小，API 濾失量都小于3mL，動塑比較高，具有良好井眼凈化能力。同時，該體系對嫩江組、姚家組、青山口組巖芯的滾動回收率均大于90%，表明鉆井液具有較強的抑制性；老化前后，極壓潤滑系數分別為0.11和0.10。表明鉆井液體系具有良好的潤滑性，能夠滿足長水平段水平井施工需求。

表1 鉆井液基本性能數據表

4 現場維護及施工效果分析

4.1 鉆井液維護原則

為提高鉆井過程中地層的井壁穩定性，二開過程中分井段實行分段維護處理原則，以保證鉆井液對不同地層的穩定效果[5]。

（1）直井段。直井段依次鉆遇層位嫩二、一段地層，鉆井液維護以低固相、強抑制為原則。將降濾失劑和防塌劑配制成膠液預水化，在罐面保持補充0.5%包被劑、0.5%粘土穩定劑、0.5%胺基抑制劑和3%聚合醇，控制鉆井液pH在8～9之間。

（2）造斜段。造斜段鉆遇嫩一段、姚二三段和青二三段，鉆井液維護以強抑制、強封堵、高潤滑為原則。通過補加降濾失劑膠液降低鉆井液濾失量，濾失量控制小于3mL；同時，提高泥餅質量以加強對近井壁地帶的封堵作用，控制鉆井液動塑比大于0.35，含砂量在0.3%以內。

（3）水平段。水平段全部在青二三段地層中鉆進，鉆井液維護以高潤滑、高切力為維護處理原則。鉆井液中的總體液體潤滑劑加量不低于5%，在水平段最后1000m，固體潤滑劑加量不低于1%；同時，為減少地層大塊剝落的井塌風險，嚴格控制鉆井液濾失量控制小于2mL；適時補充流型調節劑，保持鉆井液動塑比不低于0.4，并及時按照工程措施進行短起下作業，保持較大排量循環，將井底沉砂及時返排至地面。

4.2 現場施工效果

L26-PX井全井施工過程中，直井段鉆進時鉆井液流變性穩定，振動篩上返出巖屑規則成型，未出現剝落掉塊或異常巖性；造斜井段鉆井液性能穩定，固相控制較好，返砂正常，無拖壓現象；在進入水平段以后，加強對青山口組地層的封堵性，改善泥餅質量，沒有發生任何的井壁失穩事故，短起下鉆無阻卡等情況。順利完鉆至設計井深，水平段長達到2033m，水平段機械鉆速超過5.5m/h。

5 結論

（1）位于龍虎泡區塊的L26-PX 井是大慶油田部署的重點致密油水平井，在不能使用油基鉆井液的情況下，在分析該區塊地質情況和鉆井施工難點基礎上，通過室內研究形成一套綜合性能優異的高性能仿油基鉆井液體系。

（2）在現場施工過程中，高性能仿油基鉆井液體系性能穩定，結合分段維護處理原則，L26-PX 井安全鉆至設計井深，二開平均機械鉆速大于9m/h，為致密油水平井安全高效鉆進提供了經驗，具有廣闊應用前景。