郭永賓， 管 申， 劉智勤， 彭 巍， 曹 峰

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057)

潿洲12-1油田位于南海北部灣盆地北部拗陷潿西南凹陷中西部，相繼經(jīng)歷了張裂、斷陷和坳陷3大發(fā)育階段，并且受正斷層控制，其目的層為潿洲組潿三段和潿四段。潿三段為中、細(xì)砂巖與泥巖不等厚互層，粉砂巖夾雜色泥巖；潿四段為中、細(xì)砂巖與泥巖不等厚互層，上部為雜色泥巖，下部為灰色泥巖。該油田水平井的水平段相對(duì)較長(zhǎng)(800～1 000 m)，井眼清潔難度大，且儲(chǔ)層段非均質(zhì)性強(qiáng)，給儲(chǔ)層保護(hù)造成了困難。該油田采用無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液鉆進(jìn)水平段,配方為0.3%燒堿+2.0%PF-FLOTROL(流性調(diào)節(jié)劑)+2.0%PF-GBL(白瀝青)+1.5%PF-LPFH(封堵劑)+3.0%CaCO3(封堵劑)+PF-CONA(加重劑)+PF-HCOOK(抑制劑)。該鉆井液是一種新型的快速弱凝膠鉆井液，利用物質(zhì)之間的協(xié)同效應(yīng)形成凝膠，不需要加交聯(lián)劑，對(duì)成膠溫度和成膠時(shí)間要求低，表觀黏度低，耐低速剪切，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)。但該鉆井液動(dòng)塑比小，低剪切速率下的黏度無(wú)法滿足長(zhǎng)裸眼水平段攜砂要求，易造成起下鉆遇阻、倒劃眼憋泵等井下故障；同時(shí)該鉆井液沒(méi)有針對(duì)非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層優(yōu)化暫堵材料的粒徑分布，導(dǎo)致儲(chǔ)層保護(hù)效果欠佳[1-5]，油井表皮系數(shù)常高達(dá)20以上，油井實(shí)際產(chǎn)油量低于配產(chǎn)。因此，筆者通過(guò)優(yōu)化增黏劑的加量和暫堵劑的粒徑分布，提高無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的流變性能和儲(chǔ)層保護(hù)性能，形成了適用于該油田長(zhǎng)裸眼水平段的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該鉆井液能滿足潿洲12-1油田長(zhǎng)裸眼水平段井眼清潔和儲(chǔ)層保護(hù)的要求。

1 無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液配方優(yōu)化

針對(duì)潿洲12-1油田現(xiàn)用無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液井眼清潔和儲(chǔ)層保護(hù)效果差的問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化增黏劑加量改善其流變性，優(yōu)化暫堵劑粒徑提高鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)性能，使之滿足鉆井要求。

1.1 流變性優(yōu)化

低剪切速率黏度是衡量鉆井液攜巖能力的重要參數(shù)，可以通過(guò)提高低剪切速率改善鉆井液的攜巖能力，而增黏劑加量恰好與低剪切速率呈正相關(guān)關(guān)系。增黏劑PF-VIS成本低廉，適應(yīng)性較強(qiáng)，是鉆井液常用增黏劑。因此，筆者以潿洲12-1油田現(xiàn)用無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)試鉆井液在增黏劑PF-VIS不同加量下的低剪切速率黏度，以確定增黏劑PF-VIS的加量，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 增黏劑加量對(duì)無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液性能的影響Table 1 Impacts of volumes of thickener on properties of solid-free organic salt drilling fluid

注：①加入了2.0%PF-GJC抑制劑;②老化條件為在120 ℃下滾動(dòng)16 h，下同。

由表1可知，隨著增黏劑PF-VIS加量增大，鉆井液的表觀黏度、塑性黏度及切力等都在提高，尤其低剪切速率黏度升高明顯，當(dāng)增黏劑PF-VIS加量達(dá)到0.7%時(shí)，其低剪切速率黏度大于30 000 mPa·s，表明其攜巖能力達(dá)到了水平段鉆進(jìn)要求，再加入2.0%PF-GJC(抑制劑)，其潤(rùn)滑系數(shù)降至0.11，低剪切速率黏度大于40 000 mPa·s，其流變性得到進(jìn)一步提高。因此，確定增黏劑PF-VIS加量為0.7%，并加入2.0%抑制劑PF-GJC。

1.2 儲(chǔ)層保護(hù)性能優(yōu)化

1.2.1 暫堵劑粒徑優(yōu)化原則

儲(chǔ)層保護(hù)的關(guān)鍵在于防止濾液和固相顆粒侵入。根據(jù)D90規(guī)則，當(dāng)暫堵劑顆粒粒徑累積分布曲線上的D90與儲(chǔ)層最大孔喉直徑相等時(shí)，鉆井液內(nèi)的固相顆粒就會(huì)在井壁上通過(guò)橋堵形成滲透率極低的濾餅，就可取得理想的暫堵效果[6-8]。因此，根據(jù)D90規(guī)則優(yōu)化暫堵劑粒徑分布。

1.2.2 暫堵劑粒徑分布優(yōu)化

要優(yōu)化暫堵劑的粒徑分布，首先要分析得到儲(chǔ)層的孔喉最大孔徑。筆者選取WZX-1井潿三段和WZX-2井潿四段的巖心制作巖心鑄體薄片，分析其孔喉粒徑分布，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，儲(chǔ)層孔喉最大孔徑平均為121.63 μm。

表2WZX-1井和WZX-2井潿三段和潿四段巖心孔喉粒徑分布

Table2PorethroatsizesdistributioninEw3andEw4intervalsintheWellWZX-1andtheWellWZX-2

巖心編號(hào)井號(hào)井深/m層段平均孔喉比平均孔徑/μm最大孔徑/μm最小孔徑/μm27WZX-12479.50潿三段6.0124.85124.361.5416WZX-12685.90潿三段4.9822.35125.471.9923WZX-23175.00潿四段6.0919.30115.362.1232WZX-23299.80潿四段5.6720.89121.321.23

酸溶性暫堵劑超細(xì)碳酸鈣粒徑分布較廣，價(jià)格便宜，易酸化解堵，與儲(chǔ)層的配伍性好[9-12]。因此選擇碳酸鈣作為暫堵劑。根據(jù)潿三段、潿四段儲(chǔ)層巖心孔喉最大孔徑的平均值，應(yīng)用復(fù)雜結(jié)構(gòu)井儲(chǔ)層損害評(píng)價(jià)及保護(hù)技術(shù)系統(tǒng)優(yōu)化暫堵劑碳酸鈣顆粒粒徑分布，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)800目碳酸鈣與400目碳酸鈣的質(zhì)量比為4.01∶1時(shí)，其D90與地層巖心孔喉最大孔徑的平均值相等。因此，選用800目和400目的碳酸鈣，其質(zhì)量比為4.01∶1。

圖1 碳酸鈣粒徑分布優(yōu)化結(jié)果Fig.1 Optimization of calcium carbonate particle size distribution

通過(guò)優(yōu)化現(xiàn)用的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的流變性能和儲(chǔ)層保護(hù)性能，形成了新的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液配方:0.3%燒堿+2.0%PF-FLOTROL(流性調(diào)節(jié)劑)+20.%PF-GBL(白瀝青)+1.5%PF-LPFH(封堵劑)+PF-CONA(加重劑)+PF-HCOOK(抑制劑)+0.7% PF-VIS+2.0%PF-GJC(聚合醇)+3.0%CaCO3。其中，CaCO3由800目和400目碳酸鈣混配而成，質(zhì)量比為4.01∶1。

2 性能評(píng)價(jià)

2.1 抑制性

采用泥頁(yè)巖線性膨脹率試驗(yàn)和巖屑回收率試驗(yàn)評(píng)價(jià)鉆井液的抑制性[13-20]。選用WZX-1井和WZX-2井的泥頁(yè)巖進(jìn)行泥頁(yè)巖線性膨脹試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，WZX-1井泥頁(yè)巖在無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液(優(yōu)化前后)中的線性膨脹率均在10%左右，表明無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液優(yōu)化前后抑制泥頁(yè)巖吸水膨脹的能力都很強(qiáng)。

選用WZX-1井和WZX-2井不同深度的巖屑進(jìn)行滾動(dòng)回收率試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，巖屑在無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液(優(yōu)化前后)中的滾動(dòng)回收率在95%左右，說(shuō)明無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液優(yōu)化前后都具有較強(qiáng)的抑制泥頁(yè)巖水化分散能力。

表3泥頁(yè)巖在無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液(優(yōu)化前后)中的線性膨脹率

Table3Linearexpansionratesofmudshalebefore/afteroptimizationofsolid-freeorganicsaltdrillingfluid

井名井深/m條件線性膨脹率,%WZX-1井2686.00優(yōu)化前10.20優(yōu)化后11.80WZX-2井2436.00優(yōu)化前9.50優(yōu)化后9.11

表4巖屑在無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液(優(yōu)化前后)中的滾動(dòng)回收率

Table4Rollingrecyclingratesofcuttingsbefore/afteroptimizationofsolid-freeorganicsaltdrillingfluid

井號(hào)井深/m條件回收率,%WZX-1井2436.00優(yōu)化前95.11優(yōu)化后96.48WZX-2井3175.103266.40優(yōu)化前91.25優(yōu)化后92.27優(yōu)化前93.91優(yōu)化后94.66

2.2 抗污染性

潿洲12-1油田鉆井要求鉆井液具有抗鉆屑、海水和氯化鈉污染的性能，因此對(duì)優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的抗污染性能進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)。

2.2.1 抗鉆屑侵污

測(cè)試優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液在加入100目潿三段鉆屑前后的基本性能，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，隨著鉆屑加量增大，優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的黏度有所升高，API濾失量有所降低，其性能較為穩(wěn)定，說(shuō)明該鉆井液有很好的抗鉆屑污染性能。

表5 優(yōu)化后無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液抗鉆屑污染試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Anti-pollution capability of solid-free organic salt against cuttings after optimization

2.2.2 抗海水侵污

測(cè)試優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液在海水侵入前后的基本性能，結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知，隨著海

水侵入量的增加，優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的表觀黏度和塑性黏度逐漸降低，濾失量增大，但變化幅度不大，仍能滿足鉆井要求，說(shuō)明優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液具有較好的抗海水侵污性能。

表6 優(yōu)化后無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液抗海水污染試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Anti-pollution capability of solid-free organic salt against sea water after optimization

2.2.3 抗氯化鈉侵污

測(cè)試優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液在加入氯化鈉前后的基本性能，結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可以看出，

隨著氯化鈉加量增大，優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的表觀黏度和塑性黏度逐漸升高，濾失量增大，但變化幅度不大，仍能滿足鉆井要求，說(shuō)明優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液具有較好的抗氯化鈉侵入性能。

表7 優(yōu)化后無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液抗氯化鈉污染試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Anti-pollution capability of solid-free organic salt against sodium chloride after optimization

2.3 儲(chǔ)層保護(hù)性能

選用潿洲12-1油田WZX-1井垂深2 660.00 m處的泥頁(yè)巖巖心，利用ZDY50-180型巖心動(dòng)態(tài)損害儀評(píng)價(jià)無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液(優(yōu)化前后)的儲(chǔ)層保護(hù)性能。首先測(cè)試飽和地層水巖心的油相滲透率，再反向用無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液在120 ℃、3.5 MPa條件下污染巖心2 h，接著取出無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液，用破膠液在120 ℃、0.7 MPa條件下破膠2 h，再接著用完井液替出破膠液，最后再正向測(cè)試巖心的油相滲透率，然后根據(jù)上述2次巖心滲透率測(cè)試結(jié)果，計(jì)算出滲透率恢復(fù)率，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液優(yōu)化前后的巖心污染試驗(yàn)結(jié)果

Table8Corecontaminationtestsforsolid-freeorganicsaltdrillingfluidbeforeandafteroptimization

巖心編號(hào)鉆井液氣測(cè)滲透率/mD油相滲透率/mD污染前污染后滲透率恢復(fù)率,%2122優(yōu)化前1.440.5940.51286.122.401.0020.83383.13112優(yōu)化后8.991.4471.34592.973.690.7330.66991.30

由表8可知，巖心被優(yōu)化前的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液污染后其滲透率恢復(fù)率在85%左右，被優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液污染后其滲透率恢復(fù)率大于90%，表明優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)性能得到大幅提高。

2.4 封堵性能

選用氣測(cè)滲透率為14.5 mD的巖心，利用JLX-2型動(dòng)態(tài)堵漏試驗(yàn)儀評(píng)價(jià)了密度為1.4 kg/L的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液優(yōu)化前后的封堵能力。優(yōu)化前后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液在巖心上形成的濾餅厚度分別為3.0和1.0 mm，侵入巖心的深度分別為4.1和1.5 cm。在120 ℃、13 MPa條件下，優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的濾失量?jī)H為4.2 mL，表明優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的封堵性能較強(qiáng)，可以滿足鉆井對(duì)其封堵性能的要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

潿洲12-1油田在4口水平井的水平段應(yīng)用了優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液。該油田在應(yīng)用優(yōu)化前無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液鉆進(jìn)井水平段時(shí)，由于井眼清潔效果差，容易形成巖屑床，造成起下鉆頻繁遇阻，平均每口井起下鉆遇阻10次，且倒劃眼起鉆期間憋泵蹩鉆達(dá)22次，導(dǎo)致實(shí)際鉆井周期比設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)2～3 d；且由于優(yōu)化前無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液暫堵劑的粒徑未針對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行優(yōu)化，儲(chǔ)層保護(hù)性能差，造成表皮系數(shù)通常達(dá)到20.0以上。優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液由于改善了流變性，井眼清潔較好，起下鉆沒(méi)有出現(xiàn)遇阻現(xiàn)象，實(shí)際鉆井周期比設(shè)計(jì)鉆井周期縮短了8 d；且優(yōu)化后無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液暫堵劑的粒徑針對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行了優(yōu)化，儲(chǔ)層保護(hù)性能好，4口應(yīng)用井的表皮系數(shù)平均為-3.0，產(chǎn)油量為油藏配產(chǎn)的2倍。下面以潿洲12-1-H1井為例介紹優(yōu)化后無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的應(yīng)用情況。

潿洲12-1-H1井為側(cè)鉆水平井，一開(kāi)在老井φ339.7 mm套管內(nèi)開(kāi)窗側(cè)鉆φ311.1 mm井眼，依次鉆遇望樓崗組、燈樓角組、角尾組、下洋組和潿一段地層，φ244.5 mm套管下至潿一段硬質(zhì)雜色泥巖地層，為二開(kāi)采用油基鉆井液鉆進(jìn)提供較高的承壓能力；二開(kāi)采用φ215.9 mm鉆頭鉆至潿四段地層，下入φ177.8 mm套管封固潿二段易垮塌的灰色泥巖地層及潿三段地層；三開(kāi)采用φ151.8 mm鉆頭鉆進(jìn)潿四段儲(chǔ)層，下入鉆孔篩管支撐井壁。三開(kāi)采用了優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液，為確保鉆井液的性能滿足水平段鉆進(jìn)的需求，采取了以下維護(hù)處理措施：

1) 振動(dòng)篩采用200目篩布，充分利用固控設(shè)備控制鉆井液中的固相含量，使鉆井液固相含量盡可能低，以達(dá)到優(yōu)快鉆井、清潔井眼等目的。

2) 利用PF-FLO(淀粉)改善鉆井液的流變性，將鉆井液濾失量嚴(yán)格控制在4 mL以內(nèi)，使其在井壁上形成薄而韌的濾餅。

3) 適當(dāng)提高鉆井液密度和黏度，以防止?jié)?段地層泥巖坍塌，提高鉆井液的攜巖能力。

該井在水平段鉆進(jìn)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)起下鉆遇阻的情況，且振動(dòng)篩出砂界面清晰，表明水平裸眼段巖屑返出情況良好，井眼清潔程度高。該井投產(chǎn)后測(cè)試表皮系數(shù)為-3.0，而采用優(yōu)化前無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液鄰井的表皮系數(shù)大于20.0。這表明優(yōu)化后無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的攜巖性能和儲(chǔ)層保護(hù)性能與優(yōu)化前相比得到大幅提高。

4 結(jié)論與建議

1) 通過(guò)優(yōu)化增黏劑的加量和暫堵劑的粒徑分布，對(duì)無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的配方進(jìn)行了優(yōu)化。室內(nèi)性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明，優(yōu)化后無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的抑制性、抗污染性、封堵性和儲(chǔ)層保護(hù)性能均達(dá)到了潿洲12-1油田水平井段對(duì)鉆井液性能的要求。

2) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，應(yīng)用優(yōu)化后的無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液可以解決潿洲12-1油田水平段井眼清潔效果差和儲(chǔ)層污染嚴(yán)重的問(wèn)題。

3) 為提高無(wú)固相有機(jī)鹽鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)性能，應(yīng)對(duì)潿洲12-1油田儲(chǔ)層段的孔喉進(jìn)行詳細(xì)描述，并據(jù)此對(duì)暫堵劑的粒徑進(jìn)行優(yōu)化。

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