雷志永，陳強(qiáng)，郭濤，張永

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，天津 300452)

強(qiáng)封堵高性能水基鉆井液在伊拉克Missan油田水平井中的應(yīng)用

雷志永，陳強(qiáng)，郭濤，張永

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，天津 300452)

伊拉克Missan油田儲(chǔ)層段地層“上下易漏、中間易塌”，且密度窗口窄，極易引起井壁失穩(wěn)，導(dǎo)致井漏、井塌、卡鉆等井下復(fù)雜情況。強(qiáng)封堵高性能水基鉆井液主要針對(duì)Missan油田水平井面臨泥頁(yè)巖、泥灰?guī)r的井壁失穩(wěn)及灰?guī)r漏失問(wèn)題，從解決井壁失穩(wěn)入手，采用物理-化學(xué)協(xié)同封堵，加強(qiáng)鉆井液的封堵性，提高地層承壓能力，降低漏失風(fēng)險(xiǎn)；采用“活度”調(diào)控、滲透壓原理，提高泥、頁(yè)巖半滲透膜特性，降低鉆井液的活度，抑制地層中泥巖的水化膨脹能力，使井壁在鉆井液靜壓力的基礎(chǔ)上，又增加了滲透壓，進(jìn)一步提高了井眼的穩(wěn)定性。該體系在使用中體現(xiàn)出穩(wěn)定的流變性，能夠很好地封堵地層微裂縫，大大提高地層承壓能力，延遲井壁穩(wěn)定時(shí)間，保證鉆進(jìn)中井眼的穩(wěn)定性，為Missan油田首口水平井的順利完成及后續(xù)水平井的開(kāi)發(fā)提供了很好的保障。

水基鉆井液；伊拉克Missan油田；水平井；井壁穩(wěn)定；化學(xué)封堵；活度；抑制性

伊拉克Missan油田因其儲(chǔ)層段地層灰?guī)r易漏、泥頁(yè)巖易塌的復(fù)雜性，在該區(qū)塊作業(yè)水平井史無(wú)前例，加之該區(qū)塊所鉆水平段為非標(biāo)準(zhǔn)井眼，?8in定向井段PD與井眼最小間隙僅有in(1.6mm)，密度窗口窄，極易引起井壁失穩(wěn)，導(dǎo)致井漏、井塌、卡鉆等井下復(fù)雜情況。因此，Missan油田水平井鉆井液面臨的主要問(wèn)題就是如何解決井壁穩(wěn)定及漏失難題，而井壁穩(wěn)定研究的趨勢(shì)與特點(diǎn)主要是由于地質(zhì)因素、泥頁(yè)巖與泥漿相互作用和鉆井作業(yè)等因素而出現(xiàn)不穩(wěn)定的問(wèn)題，即井壁穩(wěn)定問(wèn)題是鉆井系統(tǒng)工程中所遇到的一個(gè)十分復(fù)雜的世界性難題，迄今還沒(méi)有研究出可以徹底解決這個(gè)問(wèn)題的一套完整的有效方法[1～3]。井壁失穩(wěn)主要原因是：鉆井液液相進(jìn)入地層，引起地層孔隙壓力增高，當(dāng)泥漿的壓力與孔隙壓力間的壓差不足以支撐井壁時(shí)就會(huì)導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定(剝落或坍塌)；水相進(jìn)入頁(yè)巖地層導(dǎo)致黏土的水化分散，提高了膨脹壓力，導(dǎo)致地層失穩(wěn)。由于泥頁(yè)巖中壓力傳遞比溶質(zhì)和離子擴(kuò)散快1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，而溶質(zhì)和離子的擴(kuò)散又比鉆井液濾液快1～2個(gè)數(shù)量級(jí)；因而穩(wěn)定井壁必須采用抑制與控制壓力滲透同步進(jìn)行才有效。

國(guó)外鉆井液公司曾在Missan油田周邊地區(qū)鉆過(guò)多口探井，這些井均曾多次出現(xiàn)性能失控、井壁失穩(wěn)、卡鉆、井漏、溢流等井下復(fù)雜情況。筆者優(yōu)選了強(qiáng)封堵高性能水基鉆井液體系，大大提高了井壁承壓能力，避免漏失風(fēng)險(xiǎn)，使地層承壓能力當(dāng)量鉆井液密度提高了0.15g/cm3，并在伊拉克Missan油田歷史性的首口水平井BUCS-44H井中成功應(yīng)用，為解決井壁失穩(wěn)問(wèn)題、漏失問(wèn)題及順利完成伊拉克項(xiàng)目提供了關(guān)鍵性技術(shù)保障。

1 Missan油田儲(chǔ)層段地質(zhì)特點(diǎn)

表1 ?8in井段地層分析

表1 ?8in井段地層分析

地層巖性描述風(fēng)險(xiǎn)提示Jeribe/Euphrates白云巖為主-UpperKirkuk砂巖與黑褐色頁(yè)巖不等互層夾灰?guī)r及薄層白云巖漏失M?LKirkuk砂巖與黑褐色頁(yè)巖不等互層漏失、坍塌Jaddala-漏失Aaliji--Shiranish黏土質(zhì)亮白色灰?guī)r縮徑、坍塌Hartha孔隙發(fā)育灰?guī)r漏失Sadi黏土質(zhì)亮白色灰?guī)r易垮塌Tanuma頂部泥灰?guī)r，中部薄層灰?guī)r，下部較長(zhǎng)頁(yè)巖垮塌性頁(yè)巖Khasib白色灰?guī)r-Mishrif孔隙發(fā)育灰?guī)r、致密灰?guī)r漏失

2 Missan油田鉆井液開(kāi)發(fā)重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

2.1鉆井液開(kāi)發(fā)重難點(diǎn)

1)Kirkuk層位防漏：已鉆井的Kirkuk層位出現(xiàn)過(guò)井下失返性復(fù)雜漏失，因此要以防漏為主，提高地層承壓能力。

2)Tanuma層位防垮塌、防卡：已鉆井的Tanuma層位出現(xiàn)過(guò)井壁頁(yè)巖坍塌，極易引起硬性卡鉆，已鉆?8in井段的鉆頭處卡鉆，狗腿度大，灰?guī)r、頁(yè)巖易出現(xiàn)掉片(圖1)。

3)Mishrif層位防漏：在Mishrif層位著陸，井底密度高，灰?guī)r裂縫容易出現(xiàn)漏失，一旦發(fā)生失返性漏失，勢(shì)必會(huì)影響工程順利著陸，而且鉆井液液柱壓力降低，可能會(huì)引起上部Tanuma層位坍塌。

圖1 前期已鉆井?8in井段直井段巖屑掉片

2.2井壁穩(wěn)定應(yīng)對(duì)措施

2.2.1保持鉆井液適當(dāng)?shù)南鄬?duì)密度

如果鉆井液沒(méi)有合適的相對(duì)密度，無(wú)論使用任何鉆井液體系，均可能導(dǎo)致井壁失穩(wěn)；該油田因其地層復(fù)雜性，密度高時(shí)易漏失，密度低時(shí)易垮塌，故需通過(guò)提高鉆井液的封堵性提高地層承壓能力[5]。

2.2.2改善頁(yè)巖滲透膜效率

改善頁(yè)巖滲透膜效率，降低鉆井液水活度，產(chǎn)生孔隙水從頁(yè)巖流向鉆井液，從而降低井壁附近頁(yè)巖的水含量和孔隙壓力；該體系通過(guò)物理-化學(xué)協(xié)同封堵改善頁(yè)巖滲透膜效率，以便能很好地封固地層，防止濾液的浸入，提高地層承壓能力，延長(zhǎng)井壁穩(wěn)定時(shí)間。

3 強(qiáng)封堵高性能水基鉆井液及關(guān)鍵技術(shù)措施

3.1強(qiáng)封堵高性能水基鉆井液

強(qiáng)封堵高性能水基鉆井液主要針對(duì)Missan油田水平井面臨泥頁(yè)巖、泥灰?guī)r的井壁失穩(wěn)及灰?guī)r漏失問(wèn)題，采用物理-化學(xué)協(xié)同封堵，加強(qiáng)鉆井液的封堵性，提高地層承壓能力，降低漏失風(fēng)險(xiǎn)；采用“活度”調(diào)控、滲透壓原理，提高泥、頁(yè)巖半滲透膜特性，降低鉆井液的活度，抑制地層中泥巖的水化膨脹能力，使井壁在鉆井液靜壓力的基礎(chǔ)上，又增加了滲透壓，進(jìn)一步提高了井眼的穩(wěn)定性；同時(shí)需結(jié)合穩(wěn)定的流變性，保證鉆進(jìn)中井眼的穩(wěn)定性。

鉆井液基礎(chǔ)配方:1.5%～2%預(yù)水化膨潤(rùn)土漿+0.3%～0.8%NaOH+0.2%～0.4%Na2CO3+0.3%～0.5%提切劑PF-VIS+1.5%～3%淀粉FLC+(10%～飽和)復(fù)合鹽+1.5%～3%瀝青SOLTEX+1%～2%物理封堵劑PF-GREENSEAL+1%～2%化學(xué)封堵劑PF-CHEMSEAL+0%～1.5%隨鉆堵漏劑PF-SZDL+0%～3%抑制性聚合醇PF-JLX-C+0%～3%抗鹽潤(rùn)滑劑PF-ZKRH2；采用重晶石調(diào)節(jié)密度至1.28g/cm3。測(cè)試其基礎(chǔ)性能如表2所示，強(qiáng)封堵高性能水基鉆井液流變性能穩(wěn)定，具有低黏度高剪切力的性質(zhì)且濾失量較小，說(shuō)明鉆井液能夠形成有效的泥餅，阻止濾液的侵入，泥餅潤(rùn)滑系數(shù)僅0.11，已經(jīng)能夠達(dá)到油基鉆井液的水平井作業(yè)要求。

表2 鉆井液基礎(chǔ)性能

注1：μa為表觀(guān)黏度；μp為塑性黏度；τd為動(dòng)切力；Nφ6、Nφ3分別為六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)6、3r/min對(duì)應(yīng)的讀值；τi、τf分別為初 切力和終切力；VAPI為API濾失量；Vhthp為高溫高壓濾失量。

注2：老化條件為120℃×16h。

3.2關(guān)鍵技術(shù)措施

通過(guò)引入自主生產(chǎn)的封堵劑，提升了鉆井液的封堵性，可有效封堵孔喉及微裂縫，達(dá)到強(qiáng)封堵的效果(圖2)，同時(shí)由于封堵劑中的化學(xué)效應(yīng)，使鉆井液性能調(diào)控變得更加“智能”。

3.2.1物理封堵劑

物理封堵劑PF-GREENSEAL是一種白色固體顆粒，易在水中分散。它是微米級(jí)不可變形材料，同時(shí)是納米級(jí)可變形可拆分封堵聚合物，納米級(jí)顆粒度分布均勻，可封堵微孔隙及變形進(jìn)入微裂縫中，減少孔隙壓力傳遞，在高鹽度的環(huán)境下穩(wěn)定，可與常規(guī)堵漏材料達(dá)成級(jí)配，從而更好地封固地層。封堵機(jī)理：在正向壓差作用下迅速進(jìn)入近井壁帶，形成致密隔離層帶(內(nèi)泥餅)，封堵微裂縫和孔喉，減緩壓力傳遞，降低濾液滲透，延長(zhǎng)井壁穩(wěn)定時(shí)間。

3.2.2化學(xué)封堵劑

化學(xué)封堵劑PF-CHEMSEAL是種黑褐色片狀固體，鋁鹽磺化有機(jī)高分子絡(luò)合物。它可與匹配的物理封堵劑協(xié)同，更有效改善半滲透膜效率，能夠降低泥頁(yè)巖滲透率，減緩孔隙壓力傳遞速度。在10

圖2 物理-化學(xué)協(xié)同封堵電鏡掃描效果(×3000倍)

圖3 PF-CHEMSEAL在PIERREⅡ頁(yè)巖形成的“內(nèi)泥餅”

4 現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)及應(yīng)用效果

4.1現(xiàn)場(chǎng)鉆井液關(guān)鍵技術(shù)措施

1)開(kāi)鉆維持鉆井液固相含量在20～25kg/m3，保證造壁性；控制好鉆井液黏度，鉆進(jìn)中漏斗黏度在60～70s較為理想，返出巖屑成型好，若過(guò)低，對(duì)井壁沖刷較大，會(huì)出現(xiàn)少量掉片。

2)該體系現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，pH值對(duì)鉆井液黏度影響大，可通過(guò)控制pH值來(lái)控制黏度，因PF-VIS對(duì)pH值過(guò)于敏感，pH值過(guò)高，會(huì)破壞體系結(jié)構(gòu)，鉆井液黏度會(huì)驟降，失去懸浮能力，pH值過(guò)低，PF-CHEMSEAL會(huì)以固相形式篩出，故應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充燒堿水，維持鉆井液pH值在9～10較為理想。

3)采用物理封堵劑PF-GREENSEAL、化學(xué)封堵劑PF-CHEMSEAL和復(fù)合鹽的配合使用來(lái)提高地層承壓能力，并及時(shí)補(bǔ)充各封堵材料加量。若鉆進(jìn)過(guò)程中仍有較多頁(yè)巖或灰?guī)r掉片，可以適當(dāng)提高井漿PF-GREENSEAL的量，同時(shí)維持瀝青含量。

4)鉆進(jìn)至Upper Kirkuk時(shí)，含有薄層砂巖，特別是BU組砂巖較厚約100m，可以提前使用除砂除泥器(特別是除泥器效果更佳)，否則相對(duì)密度上漲較快。盡量不要使用離心機(jī)，離心機(jī)對(duì)材料損耗太大，而且會(huì)造成固相含量降低。

5)鉆進(jìn)至定向井段及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑劑加量，并復(fù)配使用塑料小球PF-BLAB與彈性石墨PF-GRA。保障鉆井液潤(rùn)滑性，降低摩阻。若有托壓現(xiàn)象，可半小時(shí)投放1包塑料小球防止托壓；下套管前墊封閉漿，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的量加入塑料小球，且聚合醇PF-JLX-C和潤(rùn)滑劑PF-ZKRH2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各提高2%。

6)鉆井液維持動(dòng)切力在8～18Pa，Nφ3在2～6，Nφ6在3～8，但鉆井液密度較高時(shí)，要避免當(dāng)量循環(huán)密度過(guò)高而引起井漏。

7)及時(shí)檢測(cè)密度和返出情況，若有掉塊，可適當(dāng)提高相對(duì)密度，以防相對(duì)密度過(guò)低導(dǎo)致井壁坍塌，相對(duì)密度過(guò)高導(dǎo)致漏失，同時(shí)維持漏斗黏度在65s左右，減少對(duì)井壁的沖刷效應(yīng)，以及防止形成巖屑床，特別是井斜40～60°井段。直井段鉆進(jìn)中維持相對(duì)密度在1.27以下，在長(zhǎng)起過(guò)程中，需提高鉆井液的相對(duì)密度，維持井筒里的靜液注壓力，以防壓力釋放導(dǎo)致坍塌，待下鉆到底用除泥器甩至原相對(duì)密度。穿過(guò)Tanuma地層后，相對(duì)密度逐漸提高至1.30～1.32，完鉆后通井期間相對(duì)密度逐步提高0.05，以保證通井順利，建議在提高相對(duì)密度前適當(dāng)補(bǔ)充隨鉆堵漏劑PF-SZDL材料。

4.2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

4.2.1良好的流變性能

高性能水基鉆井液在鉆進(jìn)Missan油田儲(chǔ)層段過(guò)程中，鉆井液性能穩(wěn)定，維護(hù)處理簡(jiǎn)單，開(kāi)泵循環(huán)通暢，達(dá)到了安全快速鉆進(jìn)的目的。以BUCS-44H井為例(表3)，從入井后直到完鉆，期間鉆井液流變性能穩(wěn)定。

表3 BUCS-44H井?8in井段泥漿流變性能

表3 BUCS-44H井?8in井段泥漿流變性能

井深/mμf/sρ/(g·cm-3)μa/(mPa·s)μp/(mPa·s)τd/PaN?6N?3τi/Paτf/PaVAPI/mLpH值2832581 2338 02711 05423 51 811 02852481 2331 5238 5431 53 52 411 02860541 2335 0269 0541 53 52 210 02872581 2437 02710 0541 53 51 89 52912611 2539 02811 06424 51 69 03051651 2544 53014 56423 51 88 53102631 2644 03014 06423 51 89 03313641 2643 52913 56423 51 69 53525661 2849 03415 06423 51 28 03894641 3147 53710 55423 50 78 54083(著陸)651 3646 03511 0652 53 50 69 0

注：μf為漏斗黏度。

4.2.2優(yōu)異的潤(rùn)滑性能

目前現(xiàn)場(chǎng)采用黏滯系數(shù)儀監(jiān)測(cè)鉆井液潤(rùn)滑性，摩擦系數(shù)在0.10以下，滿(mǎn)足保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。開(kāi)鉆后將循環(huán)池中PF-JLX-C的量提高至30kg/m3。鉆至定向井段，同時(shí)使用塑料小球PF-BLAB與彈性石墨PF-GRA，并逐步提高潤(rùn)滑劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)至2%，保障鉆井液潤(rùn)滑性，降低摩阻。

4.2.3獨(dú)特的“液體套管”功能

鉆進(jìn)中鉆井液流變性能穩(wěn)定、易調(diào)，這是由于鉆井液體系加入了2種“智能”封堵劑，其在體系中能夠充分發(fā)揮其特性，鉆井液性能調(diào)控變得更加“智能”。由于使用了2種封堵劑，加上鉆井液自由水少，使鉆井液具有明顯的“高溫(50℃)稀釋?zhuān)蜏刈兂怼钡哪z現(xiàn)象。長(zhǎng)起過(guò)程中，由于溫度變低，其對(duì)井壁具有穩(wěn)定作用；當(dāng)下鉆過(guò)程中將結(jié)構(gòu)破壞，溫度提高，鉆井液又恢復(fù)其良好流變性能。這對(duì)于井壁具有一定的保護(hù)作用，起到“液體套管”的作用。

4.2.4封堵性強(qiáng)，井眼穩(wěn)定

對(duì)于相同井深的直井，作業(yè)周期基本一致，水平井作業(yè)過(guò)程中鉆井液基本無(wú)消耗。水平井直井段沒(méi)有大肚子形成，井徑更加規(guī)則，說(shuō)明鉆井液的封堵性極強(qiáng)，2種“智能”封堵劑能夠很好地封固地層，對(duì)井壁起到加固作用，提高了井壁承壓能力。在可測(cè)的直井段易垮塌漏失地層起下鉆沒(méi)有任何阻掛現(xiàn)象，起下鉆通暢，電測(cè)順利，井徑規(guī)則，井眼穩(wěn)定，井底無(wú)沉砂，下套管固井作業(yè)順利，確保了井下安全，為下一開(kāi)儲(chǔ)層作業(yè)奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

1)強(qiáng)封堵高性能水基鉆井液在使用中體現(xiàn)出穩(wěn)定的流變性，綜合性能優(yōu)異，多項(xiàng)性能指標(biāo)接近于油基泥漿，潤(rùn)滑系數(shù)可降低至0.1，同時(shí)體現(xiàn)出獨(dú)特的“液體套管”功能，完全能夠滿(mǎn)足Missan油田水平井作業(yè)需求。

2)該體系采用復(fù)合鹽“活度”調(diào)控、滲透壓原理，提高泥、頁(yè)巖半滲透膜特性，抑制地層中泥巖的水化膨脹能力，進(jìn)一步提高了井眼的穩(wěn)定性。

3)該體系采用物理-化學(xué)協(xié)同封堵，能夠很好地封堵地層微裂縫，大大提高地層承壓能力，延遲井壁穩(wěn)定時(shí)間，保證鉆進(jìn)中井眼的穩(wěn)定性，為Missan油田后續(xù)水平井的開(kāi)發(fā)提供了很好的保障。

4)Missan油田水平井的順利完鉆，為伊拉克乃至更多中東地區(qū)的復(fù)雜水平井作業(yè)、易漏易塌非常規(guī)井眼作業(yè)、小井眼作業(yè)都提供了寶貴的成功經(jīng)驗(yàn)，是不可多得的依據(jù)和參考，更對(duì)伊拉克Missan油田的開(kāi)發(fā)意義重大。

[1]武毅，侯少紅，劉海涵，等．Missan油田小井眼鉆井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2015，12(26)：37～41.

[2]張義楷，康安，閔小剛，等．伊拉克米桑油田群Mishrif組MB_2～1段碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征及成因[J]．石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2016，38(3)：360～365.

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[編輯] 帥群

TE254

A

1673-1409(2017)19-0063-05

2016-08-20

雷志永(1987-)，男，工程師，現(xiàn)在從事鉆井液技術(shù)研究工作，leizhy@cosl.com.cn。

[引著格式]雷志永，陳強(qiáng)，郭濤，等.強(qiáng)封堵高性能水基鉆井液在伊拉克Missan油田水平井中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(19):63～67.