任文希，李皋，孟英峰 （油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 （西南石油大學(xué)），四川 成都610500）

郭倡俊 （延長油田公司定邊采油廠，陜西 榆林7190000）

汪傳磊 （中石油西南油氣田分公司采氣工程研究院 ，四川 德陽618300）

隨著非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)的不斷深入和發(fā)展，致密油氣已經(jīng)成為全球非常規(guī)石油與天然氣資源勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域［1，2］。深層致密氣資源作為致密油氣資源的一個重要分支，具有極大的勘探開發(fā)潛力。然而深層致密氣藏整體儲集物性差，具體表現(xiàn)為基質(zhì)孔滲特性差，儲集空間復(fù)雜多樣，非均質(zhì)性強，裂縫發(fā)育等特征。因此該類儲層在鉆井過程中極易遭受不可逆的儲層損害。此外深井水平井作業(yè)摩阻扭矩較大，易托壓，難以高效持續(xù)鉆進，加之地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，井下復(fù)雜情況時有發(fā)生，導(dǎo)致鉆井周期延長，儲層暴露時間增加，儲層損害程度進一步加深。因此，針對深層致密氣藏的工程地質(zhì)特征，選擇適宜的鉆井液體系，并輔以正確的作業(yè)方式，形成配套的優(yōu)快鉆井技術(shù)，是實現(xiàn)深層致密氣藏高效開發(fā)的關(guān)鍵。

1 深層致密氣藏鉆井液技術(shù)難點

1．1 儲層保護要求高

深層致密氣藏儲層非均質(zhì)性強，孔滲特性差，儲集空間往往是孔隙、裂縫、孔洞的組合［3］，鉆井作業(yè)過程中極易遭受不易逆轉(zhuǎn)的儲層損害。因此深層致密氣藏的儲層保護甚為重要。其潛在儲層損害因素如下：

1）水鎖損害 在鉆井作業(yè)過程中，一旦打開儲層，水基工作液便與儲層接觸，外來液相在毛細管力和正壓差的雙重作用下侵入儲層，形成水相堵塞，最終影響儲層采收率，這種損害稱為水鎖損害［4］。由于致密氣藏儲層具有低孔、低滲且發(fā)育有微裂縫的特點，毛細管效應(yīng)強，滲流阻力大。侵入液相極易滯留于儲層中，難以返排出來，導(dǎo)致嚴重的水鎖損害。此外，在正壓差的作用下，液相將沿著裂縫網(wǎng)絡(luò)長驅(qū)直入，侵入儲層深部，更加難以返排，同時使得裂縫失去滲流能力，大幅度降低油氣井產(chǎn)能。

2）固相侵入 當井眼中液柱壓力大于儲層孔隙壓力時，工作流體中的固相顆粒會隨流體一起進入儲層，進而減小儲層流道尺寸，堵塞孔隙和裂縫，導(dǎo)致儲層滲透率下降。對于裂縫發(fā)育的儲層，當固相顆粒粒徑與裂縫寬度分布不匹配或發(fā)生惡性漏失時［5］，正壓差將推動固相顆粒侵入儲層深部，降低裂縫導(dǎo)流能力，甚至完全堵塞，進一步加深儲層損害。

3）儲層流體敏感性 儲層流體敏感性是指外來工作液同儲層中的敏感性礦物發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成影響流體運移的阻礙物，引起儲層滲透率下降。

4）應(yīng)力敏感 在鉆井作業(yè)過程中，致密氣藏儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征和裂縫寬度會隨有效應(yīng)力的變化而變化，儲層滲透率受到影響，即產(chǎn)生應(yīng)力敏感損害。微裂縫在過平衡鉆井作業(yè)過程中趨向于張開，有利于固相和液相的侵入，在自吸和液相滯留機理的作用下，造成高含水飽和度，引發(fā)水鎖損害，還可能引起其他流體敏感性損害。而欠平衡作業(yè)過程中，巖石中的微裂縫雖然會因為圍壓增大產(chǎn)生一定程度的閉合，但是在欠壓值控制合理的條件下應(yīng)力敏感性損害是完全可以避免的［6］。

1．2 井下復(fù)雜情況多發(fā)

對于深層致密氣藏，多采用水平井、多分支井等建井方式增大儲層段井眼接觸長度以獲得盡可能大的儲層接觸面積，提高單井產(chǎn)能。然而深層致密氣藏地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在窄安全密度窗口，儲層段鉆進過程中經(jīng)常發(fā)生井漏、井涌甚至漏噴同存等復(fù)雜情況。加之深井水平井作業(yè)的摩阻、扭矩問題，鉆井作業(yè)難度進一步加大。具體表現(xiàn)為：

1）儲層埋藏深，溫度高，對鉆井液性能維護和井下工具的正常使用提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。

2）鉆井液安全密度窗口窄，井漏、溢流現(xiàn)象時有發(fā)生，甚至存在災(zāi)變性漏失，鉆井液只進不出，嚴重損害儲層，還可能引起井壁坍塌、卡鉆、井噴等一系列井下復(fù)雜情況和事故。

3）深井水平井作業(yè)過程中，隨著水平井眼的延伸，環(huán)空壓耗不斷增大，不利于井眼清潔，易形成巖屑床，還可能發(fā)生井漏等井下復(fù)雜情況。同時，鉆進過程中摩阻、扭矩增加，托壓、鉆具阻卡現(xiàn)象頻繁發(fā)生，難以持續(xù)高效鉆進，影響水平段的延伸。

2 鉆井液對策

深層致密氣藏儲層保護的重點是防止水鎖損害［7］，其次是防止漏失。因此應(yīng)當避免將水基鉆井液引入地層，采用油基鉆井液或是氣基鉆井液可以有效避免氣層的水鎖損害。若是在作業(yè)過程中必須使用水基鉆井液，應(yīng)該盡量降低其濾失量并增強其封堵能力以減輕水鎖損害。對于裂縫發(fā)育的儲層，應(yīng)當選擇低密度鉆井液實施欠平衡鉆井技術(shù)鉆進，防止因為漏失造成的儲層損害。其次，針對深井水平井作業(yè)過程中的摩阻、扭矩問題，應(yīng)當提高鉆井液的潤滑性來解決該難題，例如采用高油水比的油基鉆井液，加入潤滑劑材料等。綜上所述，深層致密氣藏儲層段作業(yè)過程中應(yīng)當選擇一種低固相、低密度、低傷害，高潤滑性的鉆井液。因此，水包油鉆井液成為了該類地層儲層段鉆進作業(yè)的首要選擇［8］，水包油鉆井液由水相、油相、乳化劑和其他處理劑組成，其中油相是內(nèi)相，水相是外相，油相以高閃點、高燃點和高苯胺點的礦物油 （如柴油、原油和白油）為主。它既繼承了水基鉆井液的特點，還具備油基鉆井液的特性。因此其不但可以有效降低水平段作業(yè)過程中的摩阻、扭矩、環(huán)空壓耗，還可以滿足深層致密氣藏儲層保護的需要。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

X5井儲層埋深4000～5000m，溫度大于120°C，為典型的深層致密氣藏。儲層損害以漏失性損害和液相侵入造成的水鎖損害為主。鄰井資料顯示，儲層段作業(yè)過程中均出現(xiàn)了不同程度的漏失、溢流等井下復(fù)雜情況；施工過程中摩阻、扭矩較大，易托壓，鉆井效率低，甚至導(dǎo)致提前完鉆，難以鉆達設(shè)計的井深；部分井完井后測試僅產(chǎn)微氣。為了降低傷害，最大限度地保護儲層并提高水平段延伸能力，決定在儲層段采用低密度水包油鉆井液，并配合控壓欠平衡鉆井技術(shù)［9］鉆進。

表1 五開水平段水包油鉆井液性能

3．1 潤滑防卡

水包油鉆井液潤滑性能好，摩阻因數(shù)低，大幅度降低了水平段作業(yè)過程中的摩阻、扭矩。X5井五開水平段作業(yè)過程中，起下鉆順利，無托壓、阻卡等井下復(fù)雜情況發(fā)生，實現(xiàn)了優(yōu)快鉆井作業(yè)。五開152．4mm井眼不同工況下的大鉤載荷如圖1所示，五開鉆進過程中不同鉆井液體系的井口扭矩如圖2所示?？梢钥闯?，五開水平段作業(yè)過程中起鉆最大大鉤載荷為1495kN，旋轉(zhuǎn)鉆進過程中井口最大扭矩為19kN·m，考慮10%的安全余量，仍遠小于現(xiàn)有鉆機設(shè)備的額定載荷 （起鉆5000kN，持續(xù)頂驅(qū)扭矩50kN·m）。此外，現(xiàn)有水包油鉆井液較水基鉆井液 （密度1．2g／cm3，套管內(nèi)摩阻因數(shù)0．25，裸眼摩阻因數(shù)0．31）施工井口扭矩降低約20%，顯示出水包油鉆井液體系良好的潤滑效果。

圖1 不同工況下的大鉤載荷

3．2 環(huán)空壓耗

圖2 旋轉(zhuǎn)鉆進時不同鉆井液體系對井口扭矩的影響

3．3 儲層保護

X5井五開水平段作業(yè)過程中，點火15次，焰高0．5～6m，累計出氣量達9．9×104m3，共發(fā)現(xiàn)7層油氣顯示層。完井后采用5mm油嘴求產(chǎn)，日產(chǎn)油72．5m3，日產(chǎn)氣2×104m3。說明該水包油鉆井液具有優(yōu)異的儲層保護特性，較好地解決了儲層段鉆進過程中因固相和液相侵入帶來的儲層損害問題。

圖3 不同鉆井液體系對環(huán)空壓耗的影響

4 結(jié)論

1）針對深層致密氣藏儲層損害的特殊性，應(yīng)當選擇低密度、低固相、低濾失的鉆井液體系，可以有效避免或降低儲層損害。

2）抗高溫低密度水包油鉆井液體系在深層致密氣藏儲層段鉆進過程中應(yīng)用效果良好，其體系流變性穩(wěn)定，環(huán)空壓耗低，潤滑性好，儲層傷害小，不僅解決了深井水平段作業(yè)過程中的摩阻、扭矩較大和環(huán)空壓耗過高引起井漏的問題，還取得了優(yōu)異的儲層保護效果，實現(xiàn)了優(yōu)快鉆井的目標。加之其低毒性、對環(huán)境友好的特點，具有一定的推廣和應(yīng)用前景。

［1］賈承造，鄭民，張永峰 ．中國非常規(guī)油氣資源與勘探開發(fā)前景 ［J］．石油勘探與開發(fā)，2012，39（2）：129～136．

［2］徐海霞，王建君，齊梅 ．加拿大致密氣資產(chǎn)儲量評價方法及應(yīng)用 ［J］．石油天然氣學(xué)報 （江漢石油學(xué)院學(xué)報），2012，34（8）：57～61．

［3］潘建國，衛(wèi)平生，蔡忠賢，等 ．塔中地區(qū)中－下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖孔洞－裂縫儲集系統(tǒng)劃分及其特征 ［J］．地球科學(xué) （中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報），2012，37 （4）：751～762．

［4］李皋，孟英峰，唐洪明 ．低滲透致密砂巖水鎖損害機理及評價技術(shù) ［M］．成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2012．

［5］康毅力，羅平亞 ．中國致密砂巖氣藏勘探開發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)現(xiàn)狀與展望 ［J］．石油勘探與開發(fā)，2007，34（2）：239～245．

［6］楊虎，王利國 ．欠平衡鉆井基礎(chǔ)理論與實踐 ［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2009．

［7］王健，徐博韜，劉兆華，等 ．保護低孔低滲油氣層的鉆井液體系 ［J］．石油天然氣學(xué)報 （江漢石油學(xué)院學(xué)報），2011，32（6）：277～279．

［8］馬勇，崔茂榮，孫少亮 ．水包油鉆井液國內(nèi)研究應(yīng)用進展 ［J］．斷塊油氣田，2006，13（1）：4～6．

［9］石林，楊雄文，周英操，等 ．國產(chǎn)精細控壓鉆井裝備在塔里木盆地的應(yīng)用 ［J］．天然氣工業(yè)，2012，32（8）：6～10．