馮云春 （中石化東北油氣分公司工程技術(shù)處，吉林 長春 130062）

來梅花 （中石化東北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，吉林 長春 130062）

勝利油田濱南采油廠濱435塊位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷西北部，主力含油層系為沙河街組四上、下亞段，埋深3200～3500m，為灘壩砂油藏。沙四上亞段砂體沉積類型為灘壩砂沉積，地層由上到下依次是：平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙河街組。據(jù)該區(qū)塊3口井取心資料分析，目的層為巖屑質(zhì)長石砂巖，其中石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)44.8%，長石質(zhì)量分?jǐn)?shù)28.5%，巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)21.0%，泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.7%，磨圓為次棱角狀，膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)。據(jù)濱410井X衍射分析黏土礦物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.5%，其中儲層綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)29%，伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)27.7%，高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)23.3%，伊蒙混層質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%。

該區(qū)塊埋藏深，儲量豐度低，全區(qū)平均35×104t/km2，平均孔隙度12%，平均空氣滲透率1.8mD，屬低孔、特低滲儲層。常規(guī)直井開發(fā)難以獲得經(jīng)濟(jì)效益，試油井初期采用常規(guī)求產(chǎn)，平均單井日產(chǎn)油0.88t，基本無自然產(chǎn)能；壓裂后初期平均單井日產(chǎn)油7.4t，增產(chǎn)效果明顯。因此，該區(qū)塊采用長水平段裸眼多級壓裂水平井開發(fā)。但由于明化鎮(zhèn)組至東營組地層膠結(jié)疏松，沙河街組黏土礦物以綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為主，因此該區(qū)塊水平井開發(fā)存在以下難點：①上部地層疏松，沙三、四段地層黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，油泥巖較為發(fā)育，水化膨脹嚴(yán)重，易掉塊、垮塌，井壁易失穩(wěn)；②水平段較長 （平均水平位移＞1500m），鉆井液攜巖困難，鉆柱摩阻大；③油層保護(hù)難度大；④鉆井、壓裂投產(chǎn)成本高。以上難點就要求該區(qū)塊的鉆井液必須具備優(yōu)良的抑制性、潤滑性、封堵防塌性、攜巖能力、保護(hù)油氣層、低成本等特性，普通的鉆井液體系不能滿足實際生產(chǎn)需要，因此研制適合濱435塊的鉆井液體系顯得尤為緊迫。

1 強抑制鉆井液體系優(yōu)選

針對濱435區(qū)塊明化鎮(zhèn)組至東營組巖性膠結(jié)疏松，沙河街組黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，井壁極易失穩(wěn)、垮塌，長水平段導(dǎo)致摩阻大，攜巖困難等，優(yōu)選出適合的鉆井液體系，利用其強抑制、高效潤滑的特點來保證正常鉆進(jìn)。

考慮成本因素首選水基鉆井液體系，通過巖屑膨脹性試驗、頁巖回收試驗和抑制劑優(yōu)選試驗等確定濱435塊鉆井液體系類型。

1.1 巖屑膨脹性試驗

取濱438井泥巖巖屑，分別加入淡水配的聚合醇、聚乙二醇、有機鹽、HYJA－1和HJA－1溶液中，靜置2h和16h。

圖1 不同配方有機鹽抑制膨脹試驗結(jié)果

試驗證明有機鹽的抑制巖屑膨脹能力較強。其機理是：①有機鹽鉆井液中水的活度遠(yuǎn)比巖石中水的活度小得多，這將產(chǎn)生一個滲透壓力使巖石中的水保持滲流入鉆井液的趨勢，鉆井液中的水不會滲流入巖石，這有利于井壁穩(wěn)定及鉆屑、黏土的不分散；②有機鹽溶液中電離出的大量的陽離子K＋、NH＋4、［NHxR4－x］＋（x＝1～4）可通過靜電引力吸附進(jìn)入黏土晶格 （尤其是蒙脫石晶格中），抑制黏土表面水化及滲透水化膨脹；③有機酸根陰離子可吸附在帶負(fù)電的黏土邊面上，抑制其水化分散；④有機鹽陽、陰離子對黏土顆粒的吸附擴散雙電層具有較強的壓縮作用，從而抑制黏土分散［1～4］。

1.2 頁巖回收試驗

取濱438井3648.3m處頁巖巖屑進(jìn)行滾動分散回收試驗，并與清水、聚磺鉆井液、有機鹽混油鉆井液、油基鉆井液體系進(jìn)行對比。

試驗步驟：①取6～10目的濱438井干燥巖樣50g（準(zhǔn)確至0.1g），分別裝入盛有350mL清水和不同鉆井液的泥漿罐中，加蓋旋緊。②將泥漿罐放入設(shè)定好溫度的滾子爐中，恒溫滾動16h。③滾動后，取出泥漿罐，冷至室溫，將罐內(nèi)的液體和巖樣全部傾倒在40目分樣篩上，在盛自來水的槽中濕式篩選1min。④將40目篩余巖樣放入105±3℃的恒溫干燥箱中烘干4h，取出冷卻，并在空氣中靜放24h，然后稱量 （準(zhǔn)確至0.1g）。⑤計算結(jié)果，按下式計算巖屑回收率：

式中：R1為泥頁巖的回收率，%；m1為回收40目篩余巖樣質(zhì)量，g。

由表1可知，有機鹽混油鉆井液體系的巖屑一次回收率達(dá)到90%以上，與油基鉆井液相差不多，遠(yuǎn)高于清水和聚磺鉆井液體系，試驗證明有機鹽混油鉆井液體系具有良好的抑制頁巖膨脹和保持井壁穩(wěn)定的作用。

表1 巖屑回收試驗結(jié)果

1.3 抑制劑優(yōu)選試驗

試驗選取聚合醇、聚合物增黏劑、多元共聚物、生物聚合物、氨基抑制劑等進(jìn)行評價，評價結(jié)果如表2所示，胺基抑制劑抑制泥巖巖心膨脹能力最強，2h和16h巖心膨脹率均遠(yuǎn)低于其他抑制劑，巖屑回收率高，巖屑一次回收率達(dá)到96.3%。

經(jīng)過試驗研究，初步確定濱435塊鉆井液選用有機鹽聚合物體系，其中有機鹽是堿金屬低碳有機酸鹽、有機酸銨、有機酸季銨的復(fù)合物，該類有機鹽可用通式XmRn（COO）1Mq表示，其中X為雜原子及雜原子基團(tuán)，R為C1～C10的飽和烴基，COO—為羧基，M為1價陽離子。它們在水中有很高溶解度，能形成密度較高的水溶液。該鉆井液強抑制性，可有效抑制泥巖、鉆屑水化分散、膨脹；動、靜切力低，流變性好；造壁性好；對鉆具無腐蝕，對環(huán)境無污染，保護(hù)油氣層效果好；但該體系潤滑性能不佳，還需添加一些潤滑劑才能滿足該區(qū)塊實際需要。

表2 抑制劑優(yōu)選評價試驗結(jié)果

2 強抑制潤滑鉆井液體系配方研制

鉆井液的潤滑能力是保證長水平段安全順利延伸的一個關(guān)鍵因素。使用的水基鉆井液摩阻因數(shù)在0.20～0.35之間，加有油晶或各類潤滑劑后，可降到0.10左右，對大多數(shù)水基鉆井液來說，摩阻因數(shù)維持在0.20左右時可以認(rèn)為合格。根據(jù)以往探井的實際情況分析這個標(biāo)準(zhǔn)并不能滿足該區(qū)塊長水平段水平井的要求。

基漿的配方：7%膨潤土＋0.5%Na2CO3＋0.2%聚丙烯酰胺PAM＋0.3%羧甲基纖維素CMC＋1%降失水劑SDJA－1＋2%～3%磺甲基酚醛樹脂SMP－Ⅱ＋0.5%防塌劑SD202（配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。

2.1 有機鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

將有機鹽與鉆井液基漿進(jìn)行配伍，試驗結(jié)果如表3所示，加入有機鹽后鉆井液的黏度整體有所下降，濾失量降低，而且隨著有機鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，鉆井液的黏切變化不大，最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。

表3 有機鹽與鉆井液的配伍性試驗結(jié)果

2.2 混油比例的確定

為了提高鉆井液的潤滑性能，在基漿中混入原油、白油和極壓潤滑劑來提高潤滑性能，通過試驗優(yōu)化其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。試驗結(jié)果如表4所示，體系中混入原油或白油，兩者的摩阻因數(shù)差別不大，但是原油與極壓潤滑劑的復(fù)配效果要優(yōu)于白油與極壓潤滑劑的復(fù)配，考慮施工成本等因素，因此該體系潤滑劑選擇在體系中混入15%原油＋4%原油乳化劑＋3%極壓潤滑劑。配方中加入重晶石調(diào)整密度后，摩阻因數(shù)幾乎沒有變化，完全能滿足施工要求。

2.3 提高泥餅質(zhì)量

從提高濾餅質(zhì)量出發(fā)，通過調(diào)整鉆井液中固相顆粒的粒度級配，形成致密的、薄的、潤滑性好的濾餅，這對預(yù)防壓差卡鉆、降低靜態(tài)摩阻與扭矩有利。

在基漿中分別加入一定量的超細(xì)CaCO3和納米材料，測定其流變性能、濾失性和潤滑性，結(jié)果如表5所示。基漿中加入超細(xì)CaCO3和納米材料后，流變參數(shù)無明顯變化，而常溫常壓濾失量明顯降低，另外摩阻因數(shù)均明顯減小，說明通過改變鉆井液中固相顆粒的粒度級配不但可以改善濾餅質(zhì)量，而且可以提高鉆井液的潤滑性。

表4 不同混油比下的鉆井液性能

表5 固相顆粒對鉆井液性能影響

根據(jù)上述試驗研究，確定了強抑制有機鹽鉆井液體系的配方：5%膨潤土漿＋0.5%Na2CO3＋0.15%聚丙烯酰胺PAM＋0.3%水解聚丙烯晴銨鹽＋0.5%～1%降失水劑SDJA－1＋0.3%～0.5%羧甲基纖維素CMC＋2%～3%磺甲基酚醛樹脂SMP－Ⅱ＋15%有機鹽＋15%原油＋4%原油乳化劑＋3%極壓潤滑劑＋3%超細(xì)CaCO3＋3%納米材料＋0.5%防塌劑SD202＋1%抗鹽防塌降濾失劑＋0.1%乳化劑。

3 鉆井液性能評價

3.1 抗高溫試驗

考察了強抑制潤滑鉆井液體系的抗高溫性能，試驗結(jié)果如表6所示，該鉆井液體系在高溫老化前后性能變化不大，表明該鉆井液體系具有良好的抗溫能力，滿足高溫高壓地層的鉆探要求。

3.2 抗黏土污染試驗

從表7結(jié)果可以看出，隨著鉆井液中黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，塑性黏度、動切力略有增加，API濾失量減小，表明該體系具有較強的抗黏土污染能力，鉆井液仍有較好的流變性能。

表6 強抑制潤滑鉆井液抗黏土污染性能

表7 強抑制潤滑鉆井液抗黏土污染性能

4 現(xiàn)場應(yīng)用

濱435－1HF井為濱435塊第一口長水平井，井底水平位移1652m，水平段長1163m，最大井斜88.7°，為三開井深結(jié)構(gòu)，完鉆井深5007m，最大井斜88.70°。一開表層套管下深400m，下入鋼級J55×φ339.7mm×9.65mm表層套管，二開導(dǎo)眼井深3637.58m，導(dǎo)眼電測完后回填至2690m，然后實施主井眼。二開技術(shù)套管下深3834m，下入鋼級P110×φ244.5mm×11.99mm×2009.97m，P110TT×φ244.5mm×11.99mm× （2009.97～3843.0）m技術(shù)套管。三開油層套管下深5002.84m，下入鋼級P110×φ139.7×9.17mm油層套管。

二開上部地層巖性膠結(jié)疏松，易掉塊、坍塌，鉆井液的主要作用是抑制地層黏土造漿，針對該井段地層特點和滿足快速鉆進(jìn)的需要，使用聚合物鉆井液體系，二開造斜點以及三開使用有機鹽強抑制潤滑鉆井液體系。該鉆井液體系以其優(yōu)異性能保證了該井的順利完成，為該區(qū)塊以及類似油藏的開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論與建議

1）有機鹽強抑制潤滑鉆井液體系具有抑制性強、潤滑性能好、攜巖能力強、性能穩(wěn)定、成本低的特點，能有效抑制濱435塊黏土礦物水化膨脹、分散、掉塊，保證了該區(qū)塊第一口水平井的成功實施。

2）通過一系列試驗研究，研制出了適合濱435塊的有機鹽強抑制潤滑鉆井液體系配方。經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用取得了成功，為該區(qū)塊以及類似油藏的開發(fā)尋求到了經(jīng)濟(jì)適用的鉆井液體系。

3）有機鹽強抑制潤滑鉆井液體系的降解性能未作評價，有待下一步研究，以提高該體系對油氣層的保護(hù)能力。

［1］姚少全，汪世國，張毅，等 .有機鹽鉆井液技術(shù) ［J］.西部探礦工程，2003，86（7）：73～76.

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［編輯］ 帥群