劉振東 劉國亮 高 楊 李海斌

1.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東 東營 257000；

2.中石化勝利石油工程有限公司渤海鉆井總公司，山東 東營 257200

0 前言

勝利油田羅家區(qū)塊地層屬于濟(jì)陽坳陷沾化凹陷羅家鼻狀構(gòu)造帶，該構(gòu)造帶是一個(gè)近南北向的大型水下隆起，北臨渤南洼陷，南靠陳家莊凸起。 羅家鼻狀構(gòu)造帶在沙三段時(shí)期沉積了數(shù)百米的暗色泥頁巖，本區(qū)新生界古近系地層被數(shù)條北西向延伸的盆傾斷層切割，形成斷階帶。 據(jù)該區(qū)實(shí)鉆和物探資料分析，設(shè)計(jì)井區(qū)沙三段油、泥頁巖裂縫發(fā)育，易形成泥頁巖裂縫油氣藏。 梁頁1 HF 井位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷利津洼陷帶南坡梁頁1 HF 塊較高部位。 利津洼陷沙三下-沙四上時(shí)期，盆地處于斷陷-坳陷階段，沉降速度加快，湖盆的沉積環(huán)境逐漸由濱淺湖轉(zhuǎn)變?yōu)榘肷詈?深湖，因而從下到上發(fā)育了以油頁巖、泥巖及灰質(zhì)泥巖為主的地層。 對羅家及喬莊區(qū)塊泥頁巖水化穩(wěn)定性進(jìn)行研究， 有助于明確泥頁巖的穩(wěn)定性機(jī)理，優(yōu)選鉆井液體系，保證該區(qū)塊鉆井過程中的井下安全。

1 鉆井液對泥頁巖水化穩(wěn)定性影響

1.1 泥頁巖滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)

利用泥頁巖滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)考察泥頁巖水化作用對巖石穩(wěn)定性的影響，見圖1。 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，巖屑的清水回收率達(dá)到82.4%，柴油基鉆井液回收率高達(dá)99%，說明該地層巖屑在柴油基鉆井液中不易水化分散。

圖1 泥頁巖滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.2 巖石相對強(qiáng)度評價(jià)實(shí)驗(yàn)

將羅67 井頁巖井段巖心在室內(nèi)利用不同鉆井液浸泡，然后分別測定泥頁巖聲波傳遞速度，評價(jià)巖石相對強(qiáng)度，見表1。

由于巖石相對強(qiáng)度和聲波傳遞速度成正比，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，柴油基鉆井液浸泡后巖石的聲波傳遞速度降低率明顯低于水基鉆井液，因此證實(shí)柴油基鉆井液對泥頁巖的水化作用最弱，較有利于井壁穩(wěn)定。

表1 聲波傳遞實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.3 不同鉆井液動(dòng)失水實(shí)驗(yàn)

泥頁巖滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)中，柴油基鉆井液的回收率高于水基鉆井液，其泥頁巖水化抑制性較好，這跟鉆井液濾失進(jìn)入地層的水有很大關(guān)系。 利用動(dòng)失水儀測定了柴油基鉆井液和胺基鉆井液的動(dòng)態(tài)濾失量，定量考察了濾失量大小對泥頁巖水化作用的影響，見圖2。

由圖2 可見，柴油基鉆井液的動(dòng)態(tài)濾失量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于胺基鉆井液，進(jìn)入地層的濾失小，自然水化作用就會(huì)弱。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，油基鉆井液泥頁巖水化穩(wěn)定性好，原因在于：

a）濾失量小，可有效防止泥頁巖水化；

b） 抑制性好，對泥頁巖水化作用弱，不易使泥頁巖微裂縫開啟，保證了泥頁巖的井壁穩(wěn)定［1-3］。

圖2 動(dòng)失水實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 油基鉆井液性能評價(jià)及現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 鉆井液性能評價(jià)

柴油基鉆井液配方：〔（柴油+CaCl2溶液）（油水比80∶20）〕+3%主乳化劑+1.5%輔乳化劑+2%潤濕劑+4%有機(jī)土+2.2% 堿度調(diào)節(jié)劑+3% 降濾失劑+3% 乳化封堵劑+5%復(fù)合封堵劑。

柴油基鉆井液配方性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

白油基鉆井液配方性能評價(jià)結(jié)果見表3。

由表2～3 可知，柴油基鉆井液和白油基鉆井液配方塑性黏度和動(dòng)切力較為合理，具有良好的流變性；同時(shí)破乳電壓均在500 V， 具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性； 老化后，鉆井液性能基本保持不變，也說明了鉆井液體系的抗溫性。 這些指標(biāo)都說明柴油基鉆井液和白油基鉆井液配方能夠滿足現(xiàn)場使用條件［4-5］。

表2 柴油基鉆井液配方性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 白油基鉆井液配方性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用

油基鉆井液在渤頁平1 井、渤頁平2 井及梁頁1 HF井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用， 表現(xiàn)出了良好的頁巖抑制效果、潤滑能力以及井眼清潔能力。

渤頁平1 井采用柴油基鉆井液施工，完鉆井深4 335.54 m，套管下入至3 748.86 m。 本井三開所鉆井段為油泥巖、油頁巖，裂縫發(fā)育，極易出現(xiàn)坍塌掉塊。 使用油基鉆井液鉆進(jìn)期間，鉆屑上返及時(shí)、均質(zhì)、棱角分明，無掉塊返出，電測井段井眼擴(kuò)大率≤3%，后期井壁失穩(wěn)后，在油氣顯示活躍條件下，優(yōu)質(zhì)的鉆井液保證了劃過井段井壁的穩(wěn)定性，為后期工程施工奠定基礎(chǔ)。

渤頁平2 井作為勝利油田第二口頁巖油水平井，該井三開采用白油基鉆井液施工， 無任何復(fù)雜事故發(fā)生。該井井徑規(guī)則，井眼擴(kuò)大率為2.3%，成功解決了三開井段泥頁巖井壁不穩(wěn)定、長水平段井眼清潔難等問題。 該井水平位移1 329.75 m，水平段881.88 m，平均機(jī)械鉆速達(dá)到8.22 m/h，鉆井速度較渤頁平1 井有大幅提高。

梁頁1 HF 井位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷利津洼陷帶南坡梁頁1 HF 塊較高部位。 該井采用白油基鉆井液施工，完鉆井深3 961.97 m，水平段長626.2 m，位移1 003.16 m。該井三開施工順利，無任何復(fù)雜事故，成功解決了該區(qū)塊三開井段泥頁巖井壁不穩(wěn)定的難題。

3 現(xiàn)場應(yīng)用中的問題及對策

3.1 乳液穩(wěn)定性

油基鉆井液使用中，必須確保乳液的穩(wěn)定性［6-10］。 目前，衡量乳液穩(wěn)定性的主要指標(biāo)是破乳電壓。 當(dāng)鉆遇水層引起地層水侵入，或當(dāng)大量鉆屑進(jìn)入鉆井液，乳化劑和潤濕劑在鉆屑表面吸附導(dǎo)致其過量消耗而未能及時(shí)補(bǔ)充時(shí)，乳液穩(wěn)定性就會(huì)變差，需要及時(shí)補(bǔ)充乳化劑和潤濕劑，并注意調(diào)整好油水比，盡快恢復(fù)其原有穩(wěn)定性。從現(xiàn)場情況來看，渤頁平1 井油基鉆井液隨循環(huán)剪切時(shí)間的增長，鉆井液的破乳電壓呈增大趨勢，由最初的947 V 增大至1 500 V 左右。 鉆進(jìn)期間鉆屑及加重材料等固相不斷進(jìn)入鉆井液中， 為保證油基鉆井液的乳化穩(wěn)定性，現(xiàn)場有針對性地適當(dāng)補(bǔ)充乳化劑及潤濕劑，保證了油基鉆井液的乳化穩(wěn)定性，在后期鉆井液多次經(jīng)受高壓

油氣污染及大量集中加入加重材料的情況下，鉆井液的破乳電壓仍能保持在1 400 V 左右。

3.2 封堵性

盡管油基鉆井液具有很強(qiáng)的抑制性，但對于一些層理和微裂縫發(fā)育的硬脆性和破碎性地層，油的侵入仍然會(huì)帶來地層的不穩(wěn)定因素，故油基鉆井液的封堵問題仍然不能忽視。 可通過采用乳化瀝青和納米封堵顆粒的復(fù)合封堵作用來提高鉆井液的封堵性能。 鉆井液封堵劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)見表4。

表4 鉆井液封堵劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

此方法在現(xiàn)場應(yīng)用中獲得了較好的封堵效果。 渤頁平1 井通過添加乳化瀝青、納米封堵顆粒及降濾失劑等材料，控制鉆井液的HTHP 濾失量在2.4 mL 左右，因而該井鉆井液封堵性良好， 未出現(xiàn)任何井壁失穩(wěn)的現(xiàn)象。又如梁頁1 井鉆進(jìn)至3 526 m，實(shí)施短起下作業(yè)時(shí)出現(xiàn)漏失，通過加入乳化瀝青及納米封堵材料，堵漏過程中井壁穩(wěn)定，未出現(xiàn)任何掉塊、坍塌等情況，說明鉆井液封堵性強(qiáng)。

3.3 原油污染

鉆遇油層時(shí)，原油會(huì)溶于油基鉆井液，導(dǎo)致鉆井液流變性變差。 因此，在采用油基鉆井液鉆開油層時(shí)，必須重視原油污染的預(yù)防和處理工作。 渤頁平1 井在鉆進(jìn)至4 264.86 m 后就曾出現(xiàn)多次油氣侵現(xiàn)象， 地層油氣不斷侵入鉆井液中，造成鉆井液黏切上升，性能變差。 故油基鉆井液配方必須有較好的抗原油污染能力。 從室內(nèi)研究來看，研制的油基鉆井液可以抗18% 的原油污染，抗原油污染效果比較理想，見表5。 另外，現(xiàn)場可采用基油稀釋的辦法調(diào)節(jié)黏切，并通過適當(dāng)加入乳化劑及潤濕劑來保證鉆井液流變性和乳化穩(wěn)定性。

表5 鉆井液抗原油污染性能評價(jià)

3.4 油基鉆屑及鉆井液回收處理

油基鉆屑及鉆井液對環(huán)境的污染較大，雖然現(xiàn)在使用白油基低毒油基鉆井液，但鉆井液里面的芳烴物質(zhì)對環(huán)境仍有污染。 因此，需要對油基鉆屑和鉆井液進(jìn)行謹(jǐn)慎處理，保證其使用過程的環(huán)保安全。 目前，在現(xiàn)場可通過油基鉆屑及鉆井液全回收處理的辦法來解決環(huán)境友好性問題；也可使用油基鉆屑的隨鉆處理裝置，通過對鉆屑的清洗，達(dá)到安全排放的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對油基鉆井液進(jìn)行回收處理并重復(fù)利用，可大大提高油基鉆屑的處理速度，簡化油基鉆井液處理工藝和操作程序。 油基鉆井液回收處理工藝示意見圖3。

圖3 油基鉆井液回收處理工藝

4 結(jié)論

a）油基鉆井液濾失量小， 可有效防止泥頁巖水化；且油基鉆井液抑制性強(qiáng)，對泥頁巖的水化作用弱，可進(jìn)一步阻止泥頁巖的水化分散，因而更有利于泥頁巖的井壁穩(wěn)定。

b）通過在渤頁平1 井、 渤頁平2 井及梁頁1 HF 井的應(yīng)用，說明研制的油基鉆井液體系抑制性強(qiáng)、潤滑性好，能夠滿足頁巖地層的要求。

c）在油基鉆井液使用過程中， 要根據(jù)現(xiàn)場情況，及時(shí)合理補(bǔ)充乳化劑和潤濕劑，保證乳液穩(wěn)定性；同時(shí)要及時(shí)加入封堵材料，提高封堵能力，保證井壁穩(wěn)定性。

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