向 雄， 楊洪烈， 劉喜亮， 由福昌， 周姍姍

(1.中海油田服務股份有限公司油田化學事業(yè)部，廣東湛江 524057；2.荊州嘉華科技有限公司，湖北荊州 434000)

近年來，海上淺層、超淺層氣田得到了有效的開發(fā)，但淺層氣田具有泥巖含量高、破裂壓力低和巖性疏松等特點，其地質條件決定了鉆井工程將面臨巨大的挑戰(zhàn)，如果不能很好地控制鉆井液的黏度，會導致循環(huán)當量密度(ECD)上升而壓漏地層，進而出現卡鉆等各種井下復雜情況[1-6]。南海西部L氣田位于鶯歌海盆地中央泥底辟構造帶東南端，開發(fā)井設計采用裸眼完井的水平井，最小垂深為586.00 m，水垂比達1.72～2.20。2017年該氣田壓力衰竭，地層壓力系數僅為0.87，且地層泥質含量高達26%～40%，破裂壓力低。前期鉆探的2口井均采用海上常用的PRD鉆井液體系，該體系具有較高的低剪切速率黏度，鉆進過程中由于鉆井液黏度較高且泥巖污染導致黏度進一步升高，造成ECD上升，致使地層破裂并發(fā)生嚴重漏失，不得不提前完鉆；完井作業(yè)時需要對PRD鉆井液破膠返排才能夠保護儲層[7-9]，破膠后完井液漏失嚴重，導致無法有效進行礫石充填，沒有達到防砂目的。為了解決上述問題，筆者對海上其他油氣田應用的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液體系的抑制性、流變性和暫堵性進行了優(yōu)化，解決了泥巖造漿導致的鉆井液增稠壓漏地層的問題，提高了地層的承壓能力和濾餅的耐沖刷性能，同時解決了礫石充填過程中的漏失問題，對海上和其他類似地區(qū)的超淺層水平井鉆井具有一定的借鑒。

1 淺層水平井鉆井難點

南海西部L氣田前期完鉆2口井，主要目的層為L1層和L2層，巖性主要為灰色泥巖夾細砂巖和泥質粉砂巖，采用水平井鉆進，垂深為593.00和849.00 m，裸眼水平段長486.00和980.00 m，水垂比為1.48和1.85，采用PRD鉆井液體系施工，鉆進過程中PRD鉆井液的表觀黏度由剛開鉆的25 mPa·s升至32 mPa·s，動切力由開鉆的12.0 Pa升至21.0 Pa，ECD由初期的1.20 g/cm3升至1.39 g/cm3，最終壓漏地層，被迫提前完鉆；后期下完篩管進行礫石充填作業(yè)前為了保護儲層對PRD鉆井液進行破膠，破膠后井筒發(fā)生漏失，導致未完成礫石充填作業(yè)，防砂效果較差。

1.1 鉆井液黏度升高過快

前期完鉆的3H井、16H井儲層段均采用PRD鉆井液鉆進，鉆進期間鉆井液黏度升高明顯，采用置換一部分新鉆井液入井的方式來降低鉆井液的黏度，但仍很難控制其黏度升高。隨著井深的增加，2口井的鉆井液表觀黏度和動切力都呈現上升趨勢，由于鉆井液黏度過高，置換了一部分新鉆井液入井；但置換新鉆井液后其黏度和切力相對開鉆時依然較高，隨后又繼續(xù)增稠，說明鉆井液受地層泥巖污染后造漿嚴重，引起鉆井液增稠，分析認為該地層泥巖造漿能力強，而PRD鉆井液的抑制性不強。

1.2 ECD過高壓漏地層

前期完鉆的3H井、16H井都出現了嚴重的漏失問題，且2口井的循環(huán)當量密度均隨井深急劇增大，相對密度附加值最高達0.31 g/cm3，經過置換新鉆井液處理后，鉆井液黏度有所下降，ECD也有所回落，但整體仍然偏高(可達1.39～1.45 g/cm3)，超過地層破裂壓力極限值，造成嚴重漏失，被迫提前完鉆。

1.3 完井礫石充填漏失嚴重

L氣田儲層為疏松砂巖，極易出砂，設計采用礫石充填防砂，而地層破裂壓力低，礫石充填極易引起漏失而導致無法有效完成充填。前期完鉆的3H井由于PRD鉆井液暫堵和承壓性能較差和對PRD鉆井液破膠導致礫石充填過程中漏失嚴重，最高漏失達20%，未有效完成充填作業(yè)，防砂效果不理想；16H井未采用礫石充填作業(yè)，但投產初期即出砂嚴重，影響了產量。

2 鉆井液體系優(yōu)選及性能優(yōu)化

為了避免鉆井液破膠帶來的漏失問題，采取保護儲層的鉆井液直接返排完井方式，在此基礎上優(yōu)化鉆井液流變性能，提高鉆井液抑制性能，兼顧井下ECD和直接返排條件下的儲層保護，并提高地層的承壓能力，防止井下漏失，最終解決完井充填過程中的漏失問題。

2.1 鉆井液體系優(yōu)選

根據現場施工要求，研究采用在其他海上油田成功應用的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液(以下簡稱EZFLOW鉆井液)。該鉆井液具有比PRD鉆井液更低的低剪切速率黏度，返排壓力極低，可以直接返排，從而保護儲層[10-14]。因此，以EZFLOW鉆井液為基礎，引入新型胺基抑制劑防止泥巖造漿，并優(yōu)化其流變性，在滿足攜砂和儲層保護的前提下，降低鉆井液的黏度和切力，從而降低ECD，提高鉆井液的暫堵性能，防止井下漏失。

EZFLOW鉆井液基本配方為：海水+0.1%NaOH+0.2%Na2CO3+EZVIS流型調節(jié)劑+2.5%EZFLO降濾失劑+5.0%EZCARB儲層暫堵劑+2.0%JLX-A聚合醇+KCl，加重至1.10 g/cm3。在此基礎上，對EZFLOW鉆井液的流變性、抑制性和暫堵性進行優(yōu)化與評價。

2.2 流變性能對ECD和儲層保護性能的影響

在裸眼直接返排完井的前提下，流變性對ECD和儲層保護都有一定的影響，隨著低剪切速率黏度的變化，滲透率恢復率先增大后降低。既要防止鉆井液ECD過大，又要兼顧儲層保護，鉆井液的流變性應有一個最佳范圍，根據鉆井液低剪切速率黏度的變化情況(見圖1)，結合井身結構，采用DrillBench軟件模擬計算井下ECD，同時采用恒溫巖心驅替裝置模擬氣層測試不同低剪切速率黏度下的滲透率恢復率。試驗結果表明，隨著鉆井液低剪切速率黏度的逐漸增大，ECD逐漸增大，而巖心滲透率恢復率呈現先增大后降低的趨勢，低剪切速率黏度為15 000～30 000 mPa·s時，滲透率恢復率都能夠達到85%以上，且鉆井液密度為1.10 g/cm3時，ECD最高僅為1.23 g/cm3，能夠很好地控制井下ECD，防止漏失，實現既保護儲層又兼顧ECD的目的。

圖1 鉆井液流變性能對ECD和儲層保護的影響Fig.1 Influence of rheological properties of drilling fluid on ECD and reservoir protection

2.3 抑制性能

在確定了EZFLOW鉆井液最佳流變性的前提下，為防止鉆進時其黏度和切力升高，必須提高鉆井液抑制易水化分散泥巖的造漿性能。筆者采用鐘漢毅等人[15-17]提出的抑制膨潤土造漿的性能試驗方法，根據高濃度的鈉膨潤土和現場泥巖鉆屑侵污后的黏度變化來評價鉆井液的抑制性能，并對前期2口井應用的聚胺UHIB和新型胺基抑制劑UHIB-L的造漿性能進行了對比評價，基本配方為去離子水+抑制劑+25%鈉膨潤土。鈉膨潤土在去離子水及抑制劑溶液中造漿后的流變性能評價試驗結果見表1。試驗結果表明，去離子水中未加入抑制劑時，25%鈉膨潤土侵污后，黏度、切力非常高，僅能測得6轉和3轉讀數；去離子水中加入抑制劑時，經過25%鈉膨潤土侵污后，加入2%UHIB后去離子水的黏度和切力依然較高，而加入2%UHIB-L后去離子水的黏度和切力較低，說明UHIB-L的抑制造漿性能要優(yōu)于UHIB。

表1 鈉膨潤土侵污評價Table 1 Evaluation of sodium bentonite contamination

UHIB-L加入EZFLOW鉆井液后的抑制性能評價試驗結果見表2。試驗結果表明，未加入胺基抑制劑UHIB-L時，經過25%鈉膨潤土和現場泥巖侵污后，鉆井液黏度和切力升高較多；加入2%UHIB-L后，25%鈉膨潤土和現場泥巖侵污后，鉆井液黏度、切力升高幅度較小，說明UHIB-L能夠有效地抑制泥巖的造漿，防止鉆井液增稠。

注：現場泥巖取自前期完鉆的3H井L1層位，泥質含量33%，烘干磨粉過140目篩。

經過上述評價與優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液配方：海水+0.1%NaOH+0.2%Na2CO3+0.4% EZVIS流型調節(jié)劑+2.5%EZFLO降濾失劑+5.0%EZCARB儲層暫堵劑+2.0%JLX-A聚合醇+2.0%新型胺基抑制劑UHIB-L+KCl，加重至所需密度(以下試驗采用的鉆井液密度均為1.10 g/cm3)。

室內采用3H井的L1層位的現場泥巖進一步評價了優(yōu)化后的EZFLOW鉆井液，取6～10目現場泥巖進行滾動回收率試驗。試驗結果表明，清水回收率為7.8%，EZFLOW鉆井液回收率達到87.7%，表明EZFLOW鉆井液具有較好的抑制性。

2.4 承壓能力

L氣田氣井完鉆后下入優(yōu)質篩管并采用礫石充填防砂完井，不僅需要提高地層的承壓能力，還不能傷害儲層，因此粒徑匹配與暫堵同樣重要[18-19]。采用自制的高溫高壓填砂管模擬疏松砂巖進行了鉆井液體系的承壓能力試驗，試驗條件：溫度50 ℃，壓力1～5 MPa，砂床目數為20～40目，40～60目砂按1∶1填砂，試驗結果見圖2。

圖2 鉆井液承壓能力性能評價Fig.2 Performance evaluation of drilling fluid pressure bearing capacity

從圖2可以看出，PRD鉆井液在1 MPa條件下的濾失量隨著時間逐漸增大到66 mL，最后趨于穩(wěn)定；優(yōu)化后的EZFLOW鉆井液在1 MPa時無漏失，3 MPa下的濾失量最大僅7 mL且穩(wěn)定，5 MPa下的濾失量在20 min時穩(wěn)定在33 mL，表明優(yōu)化后的EZFLOW鉆井液可以形成致密的暫堵層，其承壓能力可達5 MPa，能夠在一定程度上防止井下漏失，尤其是能夠防止礫石充填過程中的漏失。

2.5 潤滑性能

鉆井液的潤滑性反映了施工扭矩的大小，摩阻因數越低，扭矩越小。室內采用EP極壓潤滑儀評價鉆井液的潤滑性，計算得到摩阻因數為0.09，可以滿足長水平井對潤滑性的要求。

3 現場應用

2017年7—8月，南海西部L氣田有3口井(17H井、18H井和19H井)進行了鉆井作業(yè)，主要目的層為L1層和L2層，巖性主要為灰色泥巖夾細砂巖和泥質粉砂巖，壓力系數最低為0.87，采用水平井鉆進，垂深分別為586.00，591.00和863.00 m，裸眼水平段分別長603.00，697.00和597.00 m，水垂比為1.72～2.20，與前期完鉆的2口井(3H井、16H井)相比，這3口井具有垂深更淺、水垂比更大的特點，對鉆井液的性能要求更高。3口井在鉆進目的層時均采用優(yōu)化后的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液體系，鉆井作業(yè)順利，未出現井下漏失等任何井下復雜，完井過程中礫石充填漏失僅為0～3%，屬于輕微滲漏，完井期間未替入破膠液，節(jié)省了作業(yè)時間，且產量達到預期，并超過配產。

3.1 鉆井液黏度穩(wěn)定

應用EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液的3口井和應用PRD鉆井液的2口井的鉆井液性能隨井深的變化情況如圖3所示。

從圖3可以看出，與3H井、16H井應用的PRD鉆井液相比，優(yōu)化后的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液的黏度和切力更低，并且隨著井深的增大，鉆井液黏度和切力波動幅度小，性能穩(wěn)定，未出現增稠現象，表明優(yōu)化后的EZFLOW鉆井液具有良好的抑制泥巖造漿的性能。

3.2 ECD附加值小

應用EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液的3口井和應用PRD鉆井液的2口井的ECD附加值隨井深的變化情況如圖4所示。

從圖4可以看出，與前期完鉆的3H井、16H井相比，17H井、18H井和19H井具有更低的ECD，并且降低了ECD相對密度的附加值，由原來最高的ECD附加值0.31 g/cm3降低至0.07 g/cm3，ECD也僅為1.18 g/cm3，低于地層破裂壓力當量密度1.35 g/cm3，解決了ECD過高壓漏地層的問題。

圖3 鉆井液黏度、切力隨井深變化情況Fig.3 Variation of drilling fluid viscosity and shear force with well depth

圖4 ECD附加值隨井深的變化曲線Fig.4 Curves of ECD added value with well depth

3.3 儲層保護效果較好

3口井鉆井施工順利，鉆進期間未發(fā)生漏失，礫石充填過程中僅漏失0～3%，順利完成礫石充填，達到了設計的防砂效果，充填后直接下入生產管柱進行試氣，在配產10×104m3/d的情況下，3口井最低產氣量10.3×104m3/d，最高達16.0×104m3/d，均超過配產指標，表明EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液體系具有良好的儲層保護效果。

4 結論與建議

1) 針對超淺層地層泥巖含量高和破裂壓力低的特點，在保護儲層的前提下，給出了鉆井液的最佳流變性范圍，有效地控制循環(huán)當量密度升高，防止壓裂地層引起漏失，形成了優(yōu)化后的EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液體系。

2) 室內試驗和現場應用表明，EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液能夠滿足超淺層水平井防漏和儲層保護的需要，為海上超淺層油氣開發(fā)提供了技術支持，可為類似的超淺層水平井鉆井提供借鑒。

3) EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液雖然解決了超淺層水平井的鉆井難題，但在鉆進超淺層長裸眼水平井時需要進一步優(yōu)化鉆井液流變性及ECD。

參 考 文 獻

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