宋曉偉

(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)

渤中某區(qū)塊主要含油層段為沙河街組沙一段，儲層沉積微相為扇三角洲分流河道沉積，該區(qū)塊沙一段儲層具有低孔中滲的特征，孔隙度分布在10.1%～15.7%之間，平均孔隙度為12.7%。后期成巖作用及地層水的溶蝕作用導(dǎo)致該區(qū)塊的沙河街組沙一段微裂縫十分發(fā)育。在鉆井過程中，若鉆井液封堵效果不好，泥餅質(zhì)量不佳，濾液極易通過微裂縫進入地層深部，引起泥頁巖的水化膨脹，會直接導(dǎo)致井壁失穩(wěn)等井下復(fù)雜情況的發(fā)生。

針對渤中某區(qū)塊沙河街地層特點，作者在分析鉆井技術(shù)難點的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)無固相鉆井液進行改進，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%HCOOK海水溶液作為基液，構(gòu)建了一套新型儲層保護強抑制鉆井液體系，并對其性能進行評價，擬為渤海油田的高效開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 鉆井技術(shù)難點分析

通過對渤中某區(qū)塊以往探井及開發(fā)井的作業(yè)方式和鉆井液使用情況進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)鉆井技術(shù)難點主要包括以下幾方面：(1)沙河街組地層井壁失穩(wěn)的頻率很高，甚至部分井在施工過程中，出現(xiàn)了嚴(yán)重的井壁垮塌，或由于井壁不規(guī)則造成了惡性卡鉆，這對渤中某區(qū)塊的后續(xù)開發(fā)造成不利影響；(2)沙河街組油藏埋藏較深，需要較高的泥漿密度來平衡地層孔隙壓力，采用高密度鉆進不利于儲層保護；(3)該區(qū)塊傳統(tǒng)完井方式為套管射孔完井，而渤中某3P1井屬6″非常規(guī)小井眼，采用裸眼下打孔管完井，對鉆井液體系的儲層保護效果要求較高。

2 鉆井液體系的構(gòu)建

為進一步提高鉆井液體系抑制效果，采用具有濁點效應(yīng)[1]的抑制劑與基液中的HCOOK協(xié)同作用。高于濁點溫度時，抑制劑通過濁點效應(yīng)自水相中發(fā)生相分離[2]，由于界面張力的存在，分離出的抑制劑可封堵地層孔隙；同時，在井壁、鉆屑和鉆具表面形成憎水膜，通過改變表面的親水親油性，抑制濾液侵入，避免泥頁巖水化分散，從而穩(wěn)定井壁。憎水膜能在鉆具上吸附，隔絕了鉆井液與鉆具的直接接觸，因此能降低施工過程中鉆具的扭矩[3]。

化學(xué)封堵劑PF-GREENSEAL可以在高鹽度體系中實現(xiàn)對頁巖表面和頁巖微裂縫的封堵作用。在泥漿體系中，由于體系pH值較高(通常在9以上)，化學(xué)封堵劑主要以鋁絡(luò)合物的形式溶解在鉆井液中。當(dāng)鉆井液濾液進入地層后，由于pH值降低，鋁絡(luò)合物沉淀析出，并在孔隙、裂縫的喉道處形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，封堵微裂縫，降低濾失量，同時延緩鉆井液壓力向地層傳遞，提高作業(yè)時的井壁穩(wěn)定性[4]。

2.1 基液抑制性對比評價

針對沙河街地層在前期鉆井過程中出現(xiàn)的井壁不穩(wěn)定情況，通常采用KCl聚合物體系提高鉆井液的密度和封堵性，但K+抑制性不足以穩(wěn)定井壁，同時常規(guī)封堵材料無法進入微裂縫，不能克服和規(guī)避地應(yīng)力釋放導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)和井眼坍塌。

將巖樣中主要水化粘土礦物(蒙脫石、伊利石)浸泡在不同濃度的無機鹽溶液中，利用X-射線衍射儀測定晶面間距，考察無機鹽溶液對水化粘土礦物晶面間距的影響，結(jié)果見表1。

晶面間距越小，說明無機鹽溶液對粘土礦物的抑制性越強。從表1可以看出，蒙脫石在HCOOK溶液中浸泡后，晶面間距最??；伊利石晶面間距變化不大?？紤]到蒙脫石是主要的水化粘土礦物，造漿性最強，說明HCOOK溶液抑制粘土礦物水化膨脹性最強。因此，選取HCOOK溶液作為鉆井液基液。

表1 無機鹽溶液對水化粘土礦物晶面間距的影響

測得海水、飽和KCl、飽和HCOOK、飽和HCOONa溶液的水活度分別為0.99、0.85、0.25、0.30，其中飽和HCOOK溶液的水活度最低。

2.2 化學(xué)封堵劑評價

為了直觀評價化學(xué)封堵劑在頁巖表面的封堵效果，分別使用20%HCOOK溶液、20%HCOOK溶液+2%PF-GREENSEAL封堵頁巖巖心進行壓力傳遞實驗，實驗結(jié)束后，采用掃描電鏡觀察加入化學(xué)封堵劑前后頁巖巖心表面的微觀形貌，結(jié)果見圖1。

圖1 不同溶液的封堵效果比較(×3000倍)

從圖1可以看出，使用化學(xué)封堵劑(PF-GREENSEAL)前，頁巖表面存在大量的孔隙和微裂縫；使用化學(xué)封堵劑后，對孔隙和微裂縫進行了有效封堵，提高了頁巖的承壓能力，有利于降低鉆井液濾失量、提高鉆井過程中的井壁穩(wěn)定性。

2.3 鉆井液體系的構(gòu)建

結(jié)合最新活度理論和地層水的活度，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%HCOOK海水溶液作為基液，降低鉆井液體系的活度，減少濾液浸入地層，甚至使地層水反向侵入鉆井液；同時復(fù)配化學(xué)封堵劑，增加頁巖半透膜效應(yīng)和井壁的機械強度，提高沙河街地層的井壁穩(wěn)定性。沙河街地層孔隙壓力大，常規(guī)低密度無固相體系不能平衡地層壓力，需采用高密度無固相體系，而密度越高越不利于儲層保護，為實現(xiàn)高密度鉆井液的儲層鉆進，結(jié)合傳統(tǒng)無固相體系的優(yōu)勢，采用逐級擬合充填技術(shù)，提高儲層保護效果。針對非常規(guī)小井眼作業(yè)，為滿足工程裸眼下打孔管作業(yè)要求，通過大量室內(nèi)實驗，構(gòu)建了一套新型儲層保護強抑制鉆井液體系，其基礎(chǔ)配方為：基液+0.2%燒堿+0.2%純堿+0.15%提切劑+6%暫堵劑+3%降濾失劑+5%抑制劑+2%封堵劑+3%潤滑劑，石灰石加重至1.45 g·cm-3。

3 鉆井液體系的性能評價

3.1 防塌性能

通過測定強抑制鉆井液體系熱滾前后的性能及巖屑滾動回收實驗評價其防塌性能，并與KCl聚合物體系及無固相體系進行比較，結(jié)果見表2。

表2 不同鉆井液體系的防塌性能

從表2可以看出，熱滾后，3種體系的流變性變化不大。強抑制鉆井液體系采用EZVIS提黏，流變性好；利用抗高溫淀粉降失水，F(xiàn)LHTHP最低，且?guī)r屑滾動回收率最高。

3.2 返排性能(表3)

從表3可以看出，強抑制鉆井液體系的返排平衡壓力低，適合于儲層裸眼完井。

3.3 抗污染性能

為模擬現(xiàn)場鉆進，對強抑制鉆井液體系進行不同加量的鉆屑污染實驗，結(jié)果見表4。

表4 強抑制鉆井液體系的抗污染性能

從表4可以看出，隨著鉆屑加量的增加，整體固相含量升高，鉆井液體系的切力略微上升，但仍在可控范圍內(nèi)，同時，其它性能基本無變化。表明該鉆井液體系具有較強的抗污染能力，性能穩(wěn)定。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 P1井基本情況

P1井為渤中某區(qū)塊一口常規(guī)定向井，7″尾管下至3 642 m，7″尾管掛頂深為2 540.85 m，渤中某區(qū)塊P1S1井從7″尾管(3 195 m)開窗側(cè)鉆，屬于6″小井眼作業(yè)，完鉆深度3 452 m(垂深3 367.56 m)，完鉆層位屬沙河街組，完鉆后下打孔管到位，轉(zhuǎn)入完井投產(chǎn)作業(yè)。

4.2 開鉆

計算HCOOK海水溶液加量，保證開鉆前鉆井液充分循環(huán)剪切；封堵性：鉆進期間，維持井漿中封堵劑及暫堵劑的含量，保證泥餅質(zhì)量；失水性：鉆進過程中，利用降濾失劑降低失水，要求FLAPI<3 mL，F(xiàn)LHTHP<10 mL；抑制性：維持抑制劑含量不低于3%，并保證K+含量不低于40 000 mg·L-1；潤滑性：鉆進期間，保持潤滑劑含量在3%～4%以上，如需滑動鉆進或鉆進期間扭矩偏高，可向井漿中加入1%～2%的高效潤滑劑，增強鉆井液體系的極壓潤滑性。強抑制鉆井液體系配制完成后，充分剪切循環(huán)，替入井筒，循環(huán)一個周期后，振動篩取樣，由于工程原因，P1井暫停作業(yè)，強抑制鉆井液體系留在井筒內(nèi)長達(dá)半個月，再次轉(zhuǎn)入該井作業(yè)，各階段強抑制鉆井液體系的性能見表5。

從表5可以看出，強抑制鉆井液體系靜置半個月后，其性能整體變化不大。

表5 開鉆前及靜置半個月的強抑制鉆井液體系的性能

4.3 鉆進和維護

P1井采用強抑制鉆井液體系后，在鉆進過程中，各項鉆井參數(shù)平穩(wěn)，泥漿性能良好且易于調(diào)控，未出現(xiàn)黏切大幅上升的情況。

在鉆進過程中，鉆井液體系攜帶性能好，振動篩返砂較多，返出的巖屑邊緣無明顯水化情況，顆粒規(guī)整，鉆頭齒痕清晰，無掉片。

4.4 倒劃眼和處理

該區(qū)塊之前使用KCl聚合物體系鉆進時，井壁失穩(wěn)情況時有發(fā)生，短起下不順利，經(jīng)常遇阻，在倒劃眼過程中，頻繁壓蹩扭矩，振動篩返出掉片甚至掉塊。采用強抑制鉆井液體系后，在倒劃眼期間，各項參數(shù)平穩(wěn)，倒劃眼作業(yè)順利，振動篩未觀察到明顯的掉片。倒劃眼短起至窗口，下鉆至井底，井眼順暢，開泵循環(huán)，性能基本穩(wěn)定。

4.5 下打孔管作業(yè)

經(jīng)過方案討論、對比，選擇采用打孔管+管外封隔器的作業(yè)方案。本井段決定在裸眼段下打孔管(在裸眼完井的基礎(chǔ)上可實施電纜射孔作業(yè))，該方式屬于非常規(guī)完井，井眼空置40 h，下打孔管順利到位，期間無遇阻顯示。

5 結(jié)論

(1)針對渤中某區(qū)塊沙河街地層特點，對傳統(tǒng)無固相鉆井液進行改進，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%HCOOK海水溶液作為基液，構(gòu)建了一套新型儲層保護強抑制鉆井液體系。

(2)通過HCOOK溶液的低活度特點，提高了該鉆井液體系的抑制性；通過鉆井液材料的逐級填充，提高了該鉆井液體系的封堵性；通過化學(xué)封堵、聚合醇，提高了該鉆井液體系的儲層保護性能。

(3)對比傳統(tǒng)套管射孔完井，渤中某區(qū)塊P1S1井下打孔管裸眼完井在渤海灣是首次嘗試，節(jié)省鉆完井工期4 d?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該鉆井液體系針對性強，能有效解決該區(qū)塊作業(yè)難點，降低作業(yè)風(fēng)險，縮短鉆井工期，大大降低鉆井成本，可在區(qū)塊推廣使用和批量作業(yè)。