張 浩

（中石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司，山東臨邑251500）

夏103-1HF井是勝利油田在臨盤工區(qū)低孔低滲致密砂巖區(qū)塊部署的第一口實(shí)施水平段分段壓裂改造的重點(diǎn)井，目的層為沙3段上5砂組2號(hào)砂體，儲(chǔ)層具有低孔（平均孔隙度12.4%）、特低滲（1.36mD）、高溫（地層溫度144℃）、常壓的特點(diǎn)。鉆探目的是為了了解夏103塊沙3段上部油層分布，評(píng)價(jià)水平井產(chǎn)能。該井設(shè)計(jì)井深4 450.70m，垂深3 730.71m，水平位移942.08m。實(shí)鉆井深4 361.00m，垂深3 748.17m，水平位移863.72m。由鄰井資料可知，該井三開(kāi)沙河街組地層存在大段泥巖、油頁(yè)巖和油泥巖等，長(zhǎng)時(shí)間浸泡后極易垮塌及剝蝕掉塊。另外，該井在鉆井過(guò)程存在油氣層保護(hù)、潤(rùn)滑防卡、井眼凈化、鉆井液流變性控制等技術(shù)難點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)該類井的鉆探，多采用油基鉆井液和合成基鉆井液[1］，但是油基鉆井液或合成基鉆井液存在成本高、環(huán)保要求高等問(wèn)題。為此，夏103-1HF井選用了具有強(qiáng)抑制性、強(qiáng)封堵性、潤(rùn)滑性好、性能易于控制、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)的鋁胺基鉆井液[2-4］。筆者根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研和前人的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)選主要處理劑，確定了適用于夏103-1HF井的鋁胺基鉆井液配方，確保了夏103-1HF井三開(kāi)井段的順利施工。

1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

1.1 井壁失穩(wěn)

該井三開(kāi)沙河街組地層存在大段泥巖、油頁(yè)巖、油泥巖等，且水敏性強(qiáng)，存在層理和微裂縫發(fā)育，長(zhǎng)時(shí)間浸泡后易垮塌及剝蝕掉塊[5］。另外，隨著井斜角的增大，特別是水平段，極易發(fā)生井壁失穩(wěn)。

1.2 井眼凈化

在水平井鉆井過(guò)程中，在井斜角30°～60°的井段，極易在井眼低邊形成巖屑床，導(dǎo)致摩阻和扭矩增大、起下鉆不暢，甚至發(fā)生卡鉆事故[6］。因此，在水平井鉆井中，環(huán)空返速受到工程條件限制時(shí)，如何及時(shí)有效地將井底巖屑攜帶出來(lái)，保持井眼清潔，防止巖屑床的形成，是該井能否順利鉆進(jìn)的關(guān)鍵。

1.3 潤(rùn)滑防卡

該井井斜角大、水平位移長(zhǎng)，在鉆井及其他作業(yè)中，鉆具、測(cè)井儀器等與井壁的接觸面積大，使摩阻和扭矩增大，因此鉆井液必須具有良好的潤(rùn)滑性能，以防止托壓現(xiàn)象和粘附卡鉆事故的發(fā)生，確保鉆井和完井作業(yè)順利進(jìn)行。

1.4 鉆井液流變性控制

該井目的層溫度144℃，因此，鉆井液應(yīng)具有抗溫性，以便在高溫下能保持合理的流變性，從而減少壓力激動(dòng)，防止引起井漏、井塌等井下復(fù)雜情況的發(fā)生。

1.5 油氣層保護(hù)

該井目的層為低孔、特低滲致密砂巖油層，鉆井液固相、濾液侵入后，易造成孔喉、孔隙的堵塞使儲(chǔ)層滲透率嚴(yán)重下降。因此，該井油氣層保護(hù)對(duì)后期開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。

2 配方優(yōu)選及性能評(píng)價(jià)

針對(duì)該井三開(kāi)所面臨的鉆井液技術(shù)難點(diǎn)，經(jīng)過(guò)調(diào)研大量文獻(xiàn)[2-9］，確定夏103-1HF井選用鋁胺基鉆井液。筆者根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋁胺基鉆井液的配方進(jìn)行了優(yōu)選，并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

2.1 主要處理劑優(yōu)選

2.1.1 抑制劑

取夏32-斜715井沙3段（井深3 500.00m）油頁(yè)巖巖屑，進(jìn)行巖屑滾動(dòng)回收試驗(yàn)（試驗(yàn)條件在150℃下、滾動(dòng)16h），結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可看出，抑制劑SD-5的加量達(dá)到0.5%就能達(dá)到很好的抑制效果，且0.5%SD-5 與 0.5%PAM、1.5%DLP-1 和 2.0%SDJ-2復(fù)配使用，抑制效果更好。

表1 巖屑滾動(dòng)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Rolling test results of cuttings recovery

2.1.2 物理封堵劑

取粒徑為0.5～15.0μm的石英砂，選用常用物理封堵劑在150℃下進(jìn)行砂床最大侵入深度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可看出，3.0%超細(xì)碳酸鈣與2.0%SDJ-2、3.0%GL-1復(fù)配使用，能得到更好的封堵效果。

表2 物理封堵劑評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Evaluation test results of physical plugging agents

2.1.3 降濾失劑

在5.0%淡水鈉膨潤(rùn)土基漿和5.0%飽和鹽水鈉膨潤(rùn)土基漿中分別加入常用降濾失劑，測(cè)量API濾失量和高溫高壓濾失量，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可看出，DR-10、KJ-3、DSP-2和SMP-2具有很好的降濾失效果，且抗溫、抗鹽能力強(qiáng)。另外，將其復(fù)配使用，降濾失效果更好。

表3 降濾失劑優(yōu)選試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test results of filtrate reducers

2.1.4 潤(rùn)滑劑

在5.0%鈉膨潤(rùn)土基漿中加入不同潤(rùn)滑劑后，測(cè)其泥餅粘附系數(shù)Kf，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可以看出，15.0% 原 油 與 2.0%RH-2、5.0%SDJ-5（或HCR-108）復(fù)配能產(chǎn)生更好的潤(rùn)滑效果。

表4 潤(rùn)滑劑優(yōu)選試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of lubricant selection

2.1.5 流型調(diào)節(jié)劑

在8.0%鈉膨潤(rùn)土基漿中加入不同的流型調(diào)節(jié)劑，測(cè)其在室溫及150℃下老化16h后的性能，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可看出，加入很少的MSO就可達(dá)到很好的降黏效果，且具有明顯降濾失作用。

表5 流型調(diào)節(jié)劑優(yōu)選試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of rheological regulators selection

2.2 性能評(píng)價(jià)

通過(guò)優(yōu)選主要處理劑，確定鋁胺基鉆井液的配 方為：5.0% 鈉 膨 潤(rùn) 土 ＋0.5%PAM＋0.5%SD-5＋1.5%DLP-1＋3.0%超細(xì)碳酸鈣＋2.0%SDJ-2＋3.0%GL-1＋2.0%SMP-2＋2.0%DR-10＋1.5%DSP-2＋15.0%原油＋0.3%固體乳化劑SN-1＋2.0%RH-2＋1.0%MSO＋重晶石粉。

2.2.1 常規(guī)性能

表6為優(yōu)選出的鋁胺基鉆井液在常溫及120和150℃下老化16h的性能。從表6表明可看出，鋁胺基鉆井液流變性能合理，并具有良好的濾失性能、造壁性能、潤(rùn)滑性能，且抗溫能力強(qiáng)，能很好地滿足該井鉆井需要。

表6 鋁胺基鉆井液抗溫性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Test results of temperature-tolerance properties evaluation of aluminum-amine drilling fluid system

2.2.2 抑制性能

分別取夏32-斜715井沙3段油頁(yè)巖巖屑和自制的泥頁(yè)巖巖心，進(jìn)行巖屑滾動(dòng)回收試驗(yàn)（試驗(yàn)條件在150℃下、滾動(dòng)16h）和線性頁(yè)巖膨脹率試驗(yàn)（室溫、8h），結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可看出：巖屑在鋁胺基鉆井液中的一次、二次、三次回收率遠(yuǎn)大于在清水中的回收率；巖心在鋁胺基鉆井液中的膨脹率也遠(yuǎn)小于在清水中的膨脹率。這說(shuō)明該鉆井液對(duì)油頁(yè)巖、泥頁(yè)巖具有很強(qiáng)的抑制能力。

表7 鋁胺基鉆井液抑制性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Test results of inhibition evaluation of the system

2.2.3 封堵性能

取粒徑為0.5～15μm的石英砂，在150℃下進(jìn)行鋁胺基鉆井液的砂床最大侵入深度試驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，鋁胺基鉆井液的砂床最大侵入深度僅為0.9cm，這說(shuō)明鋁胺基鉆井液封堵性能良好。

圖1 砂床侵入深度隨時(shí)間的變化曲線Fig.1 Curve of sand bed invasion depth with time

2.2.4 油氣層保護(hù)效果

按照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 6540—2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》，測(cè)定鋁胺基鉆井液污染巖心的滲透率恢復(fù)率，結(jié)果見(jiàn)表8。試驗(yàn)壓差為3.5MPa、溫度為150℃、污染時(shí)間為1.5h，其中4＃巖心的平均孔隙度為12.4%。由表8可看出，鋁胺基鉆井液污染巖心的滲透率恢復(fù)率均高達(dá)90%以上，說(shuō)明該鉆井液具有很好的保護(hù)油氣層作用。

表8 鋁胺基鉆井液油氣層保護(hù)效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Test results of reservoir protection effectiveness evaluation of the system

3 現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理措施

1）沙1段（2 432.00～2 660.00m）地層油泥巖裂縫較發(fā)育，要求鉆井液具有較好的防塌抑制性和一定的封堵能力。為此，在二開(kāi)聚合物防塌鉆井液的基礎(chǔ)上，加入0.5%PAM＋0.5%有機(jī)胺SD-5，提高其抑制性；加入2.0%納米乳液SDJ-2＋膠乳瀝青FF-3與3.0%超細(xì)碳酸鈣（2 500目和4 000目）配合，提高其封堵性能；加入1.5%SMP-2＋1.5%DR-10（或 KJ-3）＋1.0%DSP-2，降低其濾失量。

2）沙2段（2 660.00～3 200.00m）地層相對(duì)較穩(wěn)定。在沙2段中下部加入1.5%鋁基聚合物DLP-1和2.0%～3.0%磺化瀝青粉GL-1（軟化點(diǎn)120℃左右）以強(qiáng)化封堵，為應(yīng)對(duì)極易垮塌的沙3段奠定基礎(chǔ)。

3）沙3段（3 200.00～4 361.00m）地層油泥巖（油頁(yè)巖）、泥巖裂縫發(fā)育，是該井防塌重點(diǎn)井段。該井段采取“強(qiáng)封固-強(qiáng)抑制-低濾失-合理密度-合理鉆井工藝”協(xié)同防塌：a.加入1.5%DLP-1、3.0%超細(xì)碳酸鈣（2 500目和4 000目）、2.0%SDJ-2和2.0%～3.0%GL-1，封堵地層層理和微裂隙；b.加入0.5%PAM和0.5%SD-5，提高鉆井液濾液的抑制性；c.加入2.0%SMP-2、2.0%DR-10（或 KJ-3）和1.5%DSP-2等抗鹽抗溫降濾失劑，降低濾失量；d.選擇適當(dāng)?shù)你@井液密度（1.30g／cm3左右），提供正壓差，防止井壁物理坍塌，減輕壓力沿微裂縫的傳遞；e.盡可能減少起下鉆及開(kāi)泵壓力激動(dòng)，減小鉆具對(duì)井壁擾動(dòng)或撞擊，采用合理流變參數(shù)和排量，避免水力沖蝕井壁。

4）定向鉆進(jìn)前，一次性混入10.0%原油和0.3%固體乳化劑，使原油充分乳化，并定期補(bǔ)充原油，同時(shí)配合加入2.0%固體防塌潤(rùn)滑劑RH-2提高潤(rùn)滑效果，保持泥餅粘附系數(shù)小于0.1。定向井段和水平段鉆進(jìn)過(guò)程中，原油含量達(dá)到15.0%后，可以根據(jù)井下摩阻、扭矩情況，改用5.0%SDJ-5（或HCR-108）。

5）在鉆井液黏度升高幅度較大時(shí)，可加入1.0%有機(jī)硅稀釋劑MSO調(diào)節(jié)流型，使其維持合適的黏度和切力，以滿足攜巖要求。

6）油層段維持合理的鉆井液密度，并適當(dāng)加大抑制劑、封堵劑和降濾失劑的加量，以增強(qiáng)鉆井液的抑制性和封堵性。

7）由于鋁胺基鉆井液具有強(qiáng)抑制特點(diǎn)，鉆進(jìn)過(guò)程中地層中的黏土顆粒被抑制不能對(duì)鉆井液中的黏土成分進(jìn)行補(bǔ)充。因而，應(yīng)定期補(bǔ)充水化好的膨潤(rùn)土漿。

8）合理有效地使用固控設(shè)備清除有害固相，提高泥餅質(zhì)量。

4 應(yīng)用效果

該井三開(kāi)鉆至井深3 845.00m時(shí)，因地震資料失真導(dǎo)致設(shè)計(jì)目的層已被鉆遇，于是打水泥塞封井，在井深3 220.00m開(kāi)始側(cè)鉆，鉆至井深4 361.00m完鉆。該井三開(kāi)鉆井液性能穩(wěn)定，鉆進(jìn)、起下鉆、開(kāi)泵均十分順利，完鉆電測(cè)和完井電測(cè)均一次成功，油層套管的下入和固井均十分順利。

4.1 井壁穩(wěn)定

完鉆電測(cè)顯示該井三開(kāi)井段井徑比較規(guī)則，平均井徑擴(kuò)大率為2.0%（見(jiàn)圖2）。而未使用鋁胺基鉆井液的夏104井三開(kāi)井段平均井徑擴(kuò)大率為13.4%，最大井徑擴(kuò)大率超過(guò)了40%。

圖2 夏103-1HF井三開(kāi)井段井徑曲線Fig.2 Caliper curve of the 3rd spud section of Well Xia 103-1HF

4.2 井眼清潔

該井三開(kāi)井段鉆井液有較高的動(dòng)塑比，基本上一直保持在0.5左右（見(jiàn)表9），既滿足了攜巖要求，又避免了高黏鉆井液導(dǎo)致的壓力激動(dòng)和鉆屑粘附井壁現(xiàn)象的發(fā)生。

表9 夏103-1HF井三開(kāi)井段鉆井液性能Table 9 Drilling fluid performance in the 3rd spud section of Well Xia 103-1HF

4.3 潤(rùn)滑效果好

該井在定向造斜段和水平段鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆進(jìn)順利，無(wú)托壓、粘附和扭矩增大現(xiàn)象，工具面擺放正常，無(wú)阻卡，尤其是在水平段起下鉆均暢通無(wú)阻，開(kāi)泵正常，電測(cè)、下套管均順利。

4.4 鉆井液流變性穩(wěn)定

從表9可以看出，漏斗黏度、塑性黏度及動(dòng)切力隨井深增加均有所增大，而后基本趨于穩(wěn)定，說(shuō)明鋁胺基鉆井液的流變性易于控制。

4.5 油氣層保護(hù)效果好

該井自井深3 713.00m進(jìn)入油層后鉆至井深4 221.00m出油層。該井進(jìn)入油層后，鉆井液密度最高密度為1.32g／cm3（見(jiàn)表9），遠(yuǎn)小于鄰井夏103井的1.49g／cm3和夏105井的1.52g／cm3，且鋁胺基鉆井液的API濾失量控制在2.4mL以內(nèi)，高溫高壓濾失量控制在8.0mL以內(nèi)（見(jiàn)表9）。鉆井液中加入了超細(xì)碳酸鈣、瀝青粉GL-1和納米乳液SDJ-2等多種油層保護(hù)材料，避免和減少了油氣層的固相侵入和水敏傷害，有利于對(duì)油氣層的保護(hù)。

5 結(jié)論與建議

1）利用鋁胺基鉆井液具有的強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵、低濾失等特點(diǎn)，配合合理的鉆井液密度和技術(shù)措施，成功解決了夏103-1HF井大段泥頁(yè)巖、油泥巖、油頁(yè)巖的垮塌問(wèn)題。

2）鋁胺基鉆井液具有強(qiáng)抑制性、強(qiáng)封堵性、優(yōu)良的潤(rùn)滑性和流變性，且油氣層保護(hù)效果好，可以推廣應(yīng)用到其他非常規(guī)大斜度井和水平井中。

3）鋁胺基鉆井液雖應(yīng)用效果顯著，但其成分仍較為復(fù)雜，維護(hù)處理工作量較大。因此，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究，如研制同時(shí)具有封堵、抑制及降濾失等多種功能的處理劑等。

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