馮云春 （中石化東北油氣分公司工程技術(shù)處，吉林 長春 130062）

來梅花 （中石化東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，吉林 長春 130062）

勝利油田濱南采油廠濱435塊位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷西北部，主力含油層系為沙河街組四上、下亞段，埋深3200～3500m，為灘壩砂油藏。沙四上亞段砂體沉積類型為灘壩砂沉積，地層由上到下依次是：平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙河街組。據(jù)該區(qū)塊3口井取心資料分析，目的層為巖屑質(zhì)長石砂巖，其中石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)44.8%，長石質(zhì)量分?jǐn)?shù)28.5%，巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)21.0%，泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.7%，磨圓為次棱角狀，膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)。據(jù)濱410井X衍射分析黏土礦物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.5%，其中儲(chǔ)層綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)29%，伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)27.7%，高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)23.3%，伊蒙混層質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%。

該區(qū)塊埋藏深，儲(chǔ)量豐度低，全區(qū)平均35×104t/km2，平均孔隙度12%，平均空氣滲透率1.8mD，屬低孔、特低滲儲(chǔ)層。常規(guī)直井開發(fā)難以獲得經(jīng)濟(jì)效益，試油井初期采用常規(guī)求產(chǎn)，平均單井日產(chǎn)油0.88t，基本無自然產(chǎn)能；壓裂后初期平均單井日產(chǎn)油7.4t，增產(chǎn)效果明顯。因此，該區(qū)塊采用長水平段裸眼多級(jí)壓裂水平井開發(fā)。但由于明化鎮(zhèn)組至東營組地層膠結(jié)疏松，沙河街組黏土礦物以綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為主，因此該區(qū)塊水平井開發(fā)存在以下難點(diǎn)：①上部地層疏松，沙三、四段地層黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，油泥巖較為發(fā)育，水化膨脹嚴(yán)重，易掉塊、垮塌，井壁易失穩(wěn)；②水平段較長 （平均水平位移＞1500m），鉆井液攜巖困難，鉆柱摩阻大；③油層保護(hù)難度大；④鉆井、壓裂投產(chǎn)成本高。以上難點(diǎn)就要求該區(qū)塊的鉆井液必須具備優(yōu)良的抑制性、潤滑性、封堵防塌性、攜巖能力、保護(hù)油氣層、低成本等特性，普通的鉆井液體系不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，因此研制適合濱435塊的鉆井液體系顯得尤為緊迫。

1 強(qiáng)抑制鉆井液體系優(yōu)選

針對濱435區(qū)塊明化鎮(zhèn)組至東營組巖性膠結(jié)疏松，沙河街組黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，井壁極易失穩(wěn)、垮塌，長水平段導(dǎo)致摩阻大，攜巖困難等，優(yōu)選出適合的鉆井液體系，利用其強(qiáng)抑制、高效潤滑的特點(diǎn)來保證正常鉆進(jìn)。

考慮成本因素首選水基鉆井液體系，通過巖屑膨脹性試驗(yàn)、頁巖回收試驗(yàn)和抑制劑優(yōu)選試驗(yàn)等確定濱435塊鉆井液體系類型。

1.1 巖屑膨脹性試驗(yàn)

取濱438井泥巖巖屑，分別加入淡水配的聚合醇、聚乙二醇、有機(jī)鹽、HYJA－1和HJA－1溶液中，靜置2h和16h。

圖1 不同配方有機(jī)鹽抑制膨脹試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)證明有機(jī)鹽的抑制巖屑膨脹能力較強(qiáng)。其機(jī)理是：①有機(jī)鹽鉆井液中水的活度遠(yuǎn)比巖石中水的活度小得多，這將產(chǎn)生一個(gè)滲透壓力使巖石中的水保持滲流入鉆井液的趨勢，鉆井液中的水不會(huì)滲流入巖石，這有利于井壁穩(wěn)定及鉆屑、黏土的不分散；②有機(jī)鹽溶液中電離出的大量的陽離子K＋、NH＋4、［NHxR4－x］＋（x＝1～4）可通過靜電引力吸附進(jìn)入黏土晶格 （尤其是蒙脫石晶格中），抑制黏土表面水化及滲透水化膨脹；③有機(jī)酸根陰離子可吸附在帶負(fù)電的黏土邊面上，抑制其水化分散；④有機(jī)鹽陽、陰離子對黏土顆粒的吸附擴(kuò)散雙電層具有較強(qiáng)的壓縮作用，從而抑制黏土分散［1～4］。

1.2 頁巖回收試驗(yàn)

取濱438井3648.3m處頁巖巖屑進(jìn)行滾動(dòng)分散回收試驗(yàn)，并與清水、聚磺鉆井液、有機(jī)鹽混油鉆井液、油基鉆井液體系進(jìn)行對比。

試驗(yàn)步驟：①取6～10目的濱438井干燥巖樣50g（準(zhǔn)確至0.1g），分別裝入盛有350mL清水和不同鉆井液的泥漿罐中，加蓋旋緊。②將泥漿罐放入設(shè)定好溫度的滾子爐中，恒溫滾動(dòng)16h。③滾動(dòng)后，取出泥漿罐，冷至室溫，將罐內(nèi)的液體和巖樣全部傾倒在40目分樣篩上，在盛自來水的槽中濕式篩選1min。④將40目篩余巖樣放入105±3℃的恒溫干燥箱中烘干4h，取出冷卻，并在空氣中靜放24h，然后稱量 （準(zhǔn)確至0.1g）。⑤計(jì)算結(jié)果，按下式計(jì)算巖屑回收率：

式中：R1為泥頁巖的回收率，%；m1為回收40目篩余巖樣質(zhì)量，g。

由表1可知，有機(jī)鹽混油鉆井液體系的巖屑一次回收率達(dá)到90%以上，與油基鉆井液相差不多，遠(yuǎn)高于清水和聚磺鉆井液體系，試驗(yàn)證明有機(jī)鹽混油鉆井液體系具有良好的抑制頁巖膨脹和保持井壁穩(wěn)定的作用。

表1 巖屑回收試驗(yàn)結(jié)果

1.3 抑制劑優(yōu)選試驗(yàn)

試驗(yàn)選取聚合醇、聚合物增黏劑、多元共聚物、生物聚合物、氨基抑制劑等進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)結(jié)果如表2所示，胺基抑制劑抑制泥巖巖心膨脹能力最強(qiáng)，2h和16h巖心膨脹率均遠(yuǎn)低于其他抑制劑，巖屑回收率高，巖屑一次回收率達(dá)到96.3%。

經(jīng)過試驗(yàn)研究，初步確定濱435塊鉆井液選用有機(jī)鹽聚合物體系，其中有機(jī)鹽是堿金屬低碳有機(jī)酸鹽、有機(jī)酸銨、有機(jī)酸季銨的復(fù)合物，該類有機(jī)鹽可用通式XmRn（COO）1Mq表示，其中X為雜原子及雜原子基團(tuán)，R為C1～C10的飽和烴基，COO—為羧基，M為1價(jià)陽離子。它們在水中有很高溶解度，能形成密度較高的水溶液。該鉆井液強(qiáng)抑制性，可有效抑制泥巖、鉆屑水化分散、膨脹；動(dòng)、靜切力低，流變性好；造壁性好；對鉆具無腐蝕，對環(huán)境無污染，保護(hù)油氣層效果好；但該體系潤滑性能不佳，還需添加一些潤滑劑才能滿足該區(qū)塊實(shí)際需要。

表2 抑制劑優(yōu)選評價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

2 強(qiáng)抑制潤滑鉆井液體系配方研制

鉆井液的潤滑能力是保證長水平段安全順利延伸的一個(gè)關(guān)鍵因素。使用的水基鉆井液摩阻因數(shù)在0.20～0.35之間，加有油晶或各類潤滑劑后，可降到0.10左右，對大多數(shù)水基鉆井液來說，摩阻因數(shù)維持在0.20左右時(shí)可以認(rèn)為合格。根據(jù)以往探井的實(shí)際情況分析這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并不能滿足該區(qū)塊長水平段水平井的要求。

基漿的配方：7%膨潤土＋0.5%Na2CO3＋0.2%聚丙烯酰胺PAM＋0.3%羧甲基纖維素CMC＋1%降失水劑SDJA－1＋2%～3%磺甲基酚醛樹脂SMP－Ⅱ＋0.5%防塌劑SD202（配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。

2.1 有機(jī)鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

將有機(jī)鹽與鉆井液基漿進(jìn)行配伍，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，加入有機(jī)鹽后鉆井液的黏度整體有所下降，濾失量降低，而且隨著有機(jī)鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，鉆井液的黏切變化不大，最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。

表3 有機(jī)鹽與鉆井液的配伍性試驗(yàn)結(jié)果

2.2 混油比例的確定

為了提高鉆井液的潤滑性能，在基漿中混入原油、白油和極壓潤滑劑來提高潤滑性能，通過試驗(yàn)優(yōu)化其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，體系中混入原油或白油，兩者的摩阻因數(shù)差別不大，但是原油與極壓潤滑劑的復(fù)配效果要優(yōu)于白油與極壓潤滑劑的復(fù)配，考慮施工成本等因素，因此該體系潤滑劑選擇在體系中混入15%原油＋4%原油乳化劑＋3%極壓潤滑劑。配方中加入重晶石調(diào)整密度后，摩阻因數(shù)幾乎沒有變化，完全能滿足施工要求。

2.3 提高泥餅質(zhì)量

從提高濾餅質(zhì)量出發(fā)，通過調(diào)整鉆井液中固相顆粒的粒度級(jí)配，形成致密的、薄的、潤滑性好的濾餅，這對預(yù)防壓差卡鉆、降低靜態(tài)摩阻與扭矩有利。

在基漿中分別加入一定量的超細(xì)CaCO3和納米材料，測定其流變性能、濾失性和潤滑性，結(jié)果如表5所示?；鶟{中加入超細(xì)CaCO3和納米材料后，流變參數(shù)無明顯變化，而常溫常壓濾失量明顯降低，另外摩阻因數(shù)均明顯減小，說明通過改變鉆井液中固相顆粒的粒度級(jí)配不但可以改善濾餅質(zhì)量，而且可以提高鉆井液的潤滑性。

表4 不同混油比下的鉆井液性能

表5 固相顆粒對鉆井液性能影響

根據(jù)上述試驗(yàn)研究，確定了強(qiáng)抑制有機(jī)鹽鉆井液體系的配方：5%膨潤土漿＋0.5%Na2CO3＋0.15%聚丙烯酰胺PAM＋0.3%水解聚丙烯晴銨鹽＋0.5%～1%降失水劑SDJA－1＋0.3%～0.5%羧甲基纖維素CMC＋2%～3%磺甲基酚醛樹脂SMP－Ⅱ＋15%有機(jī)鹽＋15%原油＋4%原油乳化劑＋3%極壓潤滑劑＋3%超細(xì)CaCO3＋3%納米材料＋0.5%防塌劑SD202＋1%抗鹽防塌降濾失劑＋0.1%乳化劑。

3 鉆井液性能評價(jià)

3.1 抗高溫試驗(yàn)

考察了強(qiáng)抑制潤滑鉆井液體系的抗高溫性能，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示，該鉆井液體系在高溫老化前后性能變化不大，表明該鉆井液體系具有良好的抗溫能力，滿足高溫高壓地層的鉆探要求。

3.2 抗黏土污染試驗(yàn)

從表7結(jié)果可以看出，隨著鉆井液中黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，塑性黏度、動(dòng)切力略有增加，API濾失量減小，表明該體系具有較強(qiáng)的抗黏土污染能力，鉆井液仍有較好的流變性能。

表6 強(qiáng)抑制潤滑鉆井液抗黏土污染性能

表7 強(qiáng)抑制潤滑鉆井液抗黏土污染性能

4 現(xiàn)場應(yīng)用

濱435－1HF井為濱435塊第一口長水平井，井底水平位移1652m，水平段長1163m，最大井斜88.7°，為三開井深結(jié)構(gòu)，完鉆井深5007m，最大井斜88.70°。一開表層套管下深400m，下入鋼級(jí)J55×φ339.7mm×9.65mm表層套管，二開導(dǎo)眼井深3637.58m，導(dǎo)眼電測完后回填至2690m，然后實(shí)施主井眼。二開技術(shù)套管下深3834m，下入鋼級(jí)P110×φ244.5mm×11.99mm×2009.97m，P110TT×φ244.5mm×11.99mm× （2009.97～3843.0）m技術(shù)套管。三開油層套管下深5002.84m，下入鋼級(jí)P110×φ139.7×9.17mm油層套管。

二開上部地層巖性膠結(jié)疏松，易掉塊、坍塌，鉆井液的主要作用是抑制地層黏土造漿，針對該井段地層特點(diǎn)和滿足快速鉆進(jìn)的需要，使用聚合物鉆井液體系，二開造斜點(diǎn)以及三開使用有機(jī)鹽強(qiáng)抑制潤滑鉆井液體系。該鉆井液體系以其優(yōu)異性能保證了該井的順利完成，為該區(qū)塊以及類似油藏的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論與建議

1）有機(jī)鹽強(qiáng)抑制潤滑鉆井液體系具有抑制性強(qiáng)、潤滑性能好、攜巖能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、成本低的特點(diǎn)，能有效抑制濱435塊黏土礦物水化膨脹、分散、掉塊，保證了該區(qū)塊第一口水平井的成功實(shí)施。

2）通過一系列試驗(yàn)研究，研制出了適合濱435塊的有機(jī)鹽強(qiáng)抑制潤滑鉆井液體系配方。經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用取得了成功，為該區(qū)塊以及類似油藏的開發(fā)尋求到了經(jīng)濟(jì)適用的鉆井液體系。

3）有機(jī)鹽強(qiáng)抑制潤滑鉆井液體系的降解性能未作評價(jià)，有待下一步研究，以提高該體系對油氣層的保護(hù)能力。

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［編輯］ 帥群