劉永貴，胡志強，王俊杰，蓋大眾

(中石油大慶鉆探工程公司，黑龍江大慶163413)

大慶油田朝503區(qū)塊的扶余油層壓力系數(shù)較高，平均壓力系數(shù)為1.60，且注水井密集，存在異常高壓水層，施工過程中存在水侵風(fēng)險。本文通過室內(nèi)研究，針對該井地層特點，對原有低粘高切油包水鉆井液的配方進行了改進完善，在朝42－平125井獲得了較好的應(yīng)用效果。在施工過程中雖然發(fā)生了水侵，但現(xiàn)場通過對鉆井液性能進行調(diào)整，使得各項指標(biāo)滿足施工的要求，保證了井下安全。

1 高密度油包水鉆井液技術(shù)難點

高密度油包水鉆井液的技術(shù)難點主要體現(xiàn)在流變性和沉降穩(wěn)定性之間的矛盾以及現(xiàn)場維護上的困難，而對于朝42－平125井的特殊井下情況，又增加了水侵方面的風(fēng)險，具體分析如下。

(1)流變性和沉降穩(wěn)定性的矛盾。高密度油包水鉆井液體系屬于膠體懸浮體系，本身具有固相含量大、固相顆粒的內(nèi)摩擦力大、體系中自由油相含量少、鉆屑的侵入和積累不易清除這4方面的特點［1］。根據(jù)鉆井液流變參數(shù)的膠體化學(xué)意義，鉆井液體系的粘度是由鉆井液溶液粘度、總固相產(chǎn)生的粘度、固相粒子分散帶來的粘度及固相粒子間相互作用產(chǎn)生的粘度4部分構(gòu)成［2］。顯然，各部分的變化均要影響到總粘度值的變化。所以在流變性和沉降穩(wěn)定性之間便存在顯著的矛盾，如果體系粘度切力低，懸浮能力弱，沉降穩(wěn)定性則差，會造成重晶石粉沉淀，堵塞循環(huán)管線，更給井控安全帶來隱患，但如果為了實現(xiàn)良好的沉降穩(wěn)定性而盲目提高粘度切力，必然造成油包水鉆井液的粘度升高難以控制，在現(xiàn)場施工過程中，粘度過高會造成開泵困難、泵壓過高和“激動”壓力過大等一系列復(fù)雜問題。

(2)現(xiàn)場維護的困難主要是體系固相含量太高導(dǎo)致粘度過高。巨大的固相粒子比表面積通過潤濕和吸附作用使得整個油包水體系的潤濕劑大量減少，導(dǎo)致體系的鉆屑容量限降低，一旦沒有及時處理維護，固相粒子極易連接形成結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致體系粘切增高，若有害固相不能及時清除，則會細(xì)分散在體系中，造成惡性循環(huán)［3］。而高固相的體系對外來物質(zhì)的污染敏感性也更強，本身高密度鉆井液中的鉆屑不易清除，鉆屑與大量的重晶石粉協(xié)同作用，會進一步導(dǎo)致粘度切力的升高。

(3)該井油層壓力高，周圍注水井較多，存在異常高壓水層，水侵發(fā)生幾率較大，水侵會導(dǎo)致鉆井液密度降低、流變性變差、粘度急劇升高，嚴(yán)重時會造成油包水體系破乳，全井鉆井液報廢，甚至誘發(fā)井噴。

2 室內(nèi)配方評價優(yōu)選

基礎(chǔ)配方為低粘高切油包水鉆井液體系，該體系在大慶長垣區(qū)塊已成功應(yīng)用了百余口水平井，但主要應(yīng)用于常規(guī)密度范圍，密度未超過1.40 g/cm3，且油水比可調(diào)范圍為90∶10～85∶15，其原配方為:柴油+3%～5%乳化劑+1%～3%潤濕劑+2%～4%有機土+2% ～4%降濾失劑+3% ～5%CaO+鹽水(含20% ～40%CaCl2)+重晶石粉。

針對該井高密度油包水鉆井液的技術(shù)難點，室內(nèi)對原配方進行了調(diào)整和改進。主要從懸浮能力、流變性和抗水侵污染能力3個方面進行配方調(diào)整，油水比可調(diào)范圍為90∶10～75∶25，改進后的配方為:柴油+7% ～9%乳化劑+3% ～5%潤濕劑+3%～5%有機土+3% ～5%降濾失劑+4% ～6%CaO+鹽水(含20% ～40%CaCl2)+重晶石粉。室內(nèi)評價了1.60、1.80和2.00 g/cm3三種密度下的各項性能指標(biāo)，如表1所示。

表1 三種密度鉆井液各項性能指標(biāo)對比

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，密度不變時，隨著油水比降低，體系粘切有所增加，雖然增幅明顯，但流變性可控，而破乳電壓有所下降，但仍高于800 V，HTHP濾失量變化不大，沉降穩(wěn)定性良好。當(dāng)密度增加時，粘切增幅也比較明顯，但流變性、動塑比等均在正常變化范圍內(nèi)，沒有發(fā)生數(shù)值驟變的情況，其它指標(biāo)也均正常，說明在這種高密度高固相和低油水比的情況下，該體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然足以適應(yīng)，沒有達到體系的結(jié)構(gòu)極限。因此，經(jīng)過配方調(diào)整后的高密度油包水鉆井液體系在流變性和沉降穩(wěn)定性上表現(xiàn)良好，抗水侵能力較強，綜合性能符合現(xiàn)場要求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3．1 施工基本情況

朝42－平125井完鉆井深2150 m，井斜84.2°，方位358°，水平段長510 m，油包水鉆井液施工井段為950～2150 m，鉆進周期16.72 d，平均機械鉆速7.87 m/h，鉆遇地層為青山口組和泉頭組，平均井徑擴大率3%，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。該井設(shè)計密度1.15～1.60 g/cm3，但在實際施工過程中由于多次水侵，為平衡地層壓力，密度最高提至1.65 g/cm3，且機械鉆速高，有害固相侵入嚴(yán)重，現(xiàn)場科學(xué)地控制全井鉆井液的綜合性能，順利完成該井的技術(shù)服務(wù)。

3．2 日常維護

該井鉆井液現(xiàn)場日常維護主要包括以下幾個方面。

(1)根據(jù)實際情況控制密度范圍。該井密度設(shè)計是依據(jù)地層壓力和鄰井實鉆情況，但在施工過程中，現(xiàn)場通過每小時監(jiān)測一次振動篩返砂和泥漿量變化，根據(jù)實際情況第一時間做出調(diào)整，不斷摸索最合適的密度來平衡地層壓力。對于特殊地層、特殊的井，設(shè)計只能作為參考，一切要以井控安全為前提。

(2)現(xiàn)場備料充足。由于該井為高密度井，易發(fā)生水侵，現(xiàn)場儲備2.00 g/cm3重漿50 m3，重晶石粉120 t，如發(fā)生水侵可以第一時間提高鉆井液密度平衡地層壓力。各種處理劑儲備量很大，尤其是乳化劑和降濾失劑，能夠及時補充消耗和應(yīng)對復(fù)雜情況。

(3)流變性控制。低密度固相含量及其分散特性是控制流變性的關(guān)鍵，通過配方的改進，在保證了鉆井液沉降穩(wěn)定性的前提下，現(xiàn)場采取了一系列的措施，其中包括:①采用密度為4.25 g/cm3的優(yōu)質(zhì)重晶石粉加重;②合理利用四級固控設(shè)備，振動篩120目，除砂器200目，利用率100%，如果密度增長過快則適當(dāng)啟動離心機;③補充的新漿密度要與井漿一致，少加或不加鹽水，加足乳化劑，新漿粘度要低于井漿;④嚴(yán)格控制有機土含量，前期配漿遵循配方加量，后期維護少加或不加;⑤定期排放沉沙罐，防止過量的鉆屑重新入井反復(fù)研磨;⑥所有處理過程，包括加藥、加重和補充新漿，必須均勻緩慢進行。

(4)保證乳化劑含量。乳化劑是油包水乳狀液的穩(wěn)定劑，該體系的兩種乳化劑也同時起到潤濕劑的作用，能讓親水的重晶石粉和鉆屑顆粒表面迅速轉(zhuǎn)變成油相潤濕，從而保證它們能較好地懸浮在油相中［4］，所以充足的加量對于體系的穩(wěn)定、切力的保證和鉆屑能否及時清除都起到至關(guān)重要的作用。現(xiàn)場配漿時遵循配方加量，每進尺200 m補充一次，并實時通過返砂和Es的監(jiān)測來判斷乳化劑的缺失量，一旦Es值低于600 V要立即補充。

(5)維持充足的CaO含量，pH值控制在8.5～10。CaO可與油包水鉆井液體系中的有機酸等作用生成二元金屬皂，能夠保證乳化劑充分發(fā)揮作用，同時遇水形成CaOH，可以增加結(jié)構(gòu)強度，一旦地層侵入流體中含有 CO2或 SO2，還可以吸收中和［5］?，F(xiàn)場根據(jù)pH值來監(jiān)測CaO的缺失量，及時加以補充。

3．3 水侵的處理

該井在鉆進高壓層時密度為1.55 g/cm3，粘度60 s，油水比 89∶11，破乳電壓 1130 V，性能穩(wěn)定，循環(huán)鉆進時一切正常。但后續(xù)共發(fā)生了3次水侵，前2次是由于突發(fā)狀況，導(dǎo)致2次空井靜止，分別為48和24 h，2次發(fā)生18和12 m3不同程度的水侵，第3次是測井期間，空井靜止47 h，水侵20 m3。由于發(fā)生水侵，密度逐漸摸索提至1.65 g/cm3，鉆井液性能變化如表2所示。

可以看出，雖然經(jīng)歷多次水侵，鉆井液油水比波動范圍較大，但經(jīng)過及時的維護處理，流變性始終保持在可控范圍內(nèi)，沒有影響正常施工，而油包水體系的破乳電壓Es最低值也＞800 V，乳狀液穩(wěn)定，沒有發(fā)生明顯破乳現(xiàn)象。

表2 鉆井液性能變化

鉆井液方面處理措施如下。

(1)每次重新建立循環(huán)后，密切觀察井口返出情況，將水侵嚴(yán)重的混漿段適當(dāng)排放，防止混入循環(huán)罐污染全井鉆井液，必須控制好排放量，既保證性能可調(diào)，又要節(jié)約成本，混漿段密度和排放量要記錄準(zhǔn)確，以便于后續(xù)計算。

(2)確定密度的依據(jù):由于循環(huán)時未發(fā)生水侵，所以可通過軟件計算出當(dāng)量循環(huán)密度，該密度產(chǎn)生的靜液柱壓力即可平衡地層壓力。連續(xù)測量混漿段密度變化情況，根據(jù)密度下降值和水侵量計算重漿混入比例，重漿要均勻混入。

(3)測量水侵后的鉆井液性能，準(zhǔn)確掌握油水比、流變參數(shù)、Es等數(shù)據(jù)，通過室內(nèi)小型實驗，確定最合理的處理方案。實際的處理方法是利用高油水比新漿進行均勻調(diào)整，新漿中各種處理劑的比例按照污染后井漿的性能有針對性地進行增減，著重補充乳化劑含量。將全井鉆井液性能調(diào)整完畢后方可鉆進。

(4)配制重漿時要用井漿作為基漿，高粘切的井漿具有良好的沉降穩(wěn)定性，可以保證重晶石粉的懸浮度。重漿量由50 m3增加至80 m3，以便能夠第一時間應(yīng)對井下復(fù)雜情況。

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)經(jīng)過室內(nèi)配方評價優(yōu)選，該高密度油包水鉆井液體系在1.60～2.00 g/cm3范圍內(nèi)具有良好的流變性和沉降穩(wěn)定性，且抗水侵污染能力強，在油水比降到75∶25時，仍然具有穩(wěn)定的綜合性能，尤其是破乳電壓Es能夠始終保持在800 V以上。

(2)通過對高密度油包水鉆井液體系內(nèi)部作用機理的分析，更加深刻認(rèn)識到高密度高固相體系的復(fù)雜性，這對于配方的改進優(yōu)化至關(guān)重要。由室內(nèi)評價和現(xiàn)場應(yīng)用的結(jié)果看出，雖然該配方處理劑種類不多，但互相協(xié)同作用，可以形成穩(wěn)定而優(yōu)質(zhì)的乳狀液結(jié)構(gòu)，易于維護處理，可操作性很強。

(3)在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，該體系沉降穩(wěn)定性好，沒有發(fā)生重晶石粉沉淀的情況。該體系動塑比＞0.4，攜巖能力很強。該體系的潤滑性和抑制性非常突出，定向鉆進時摩阻力僅10～20 kN，起下鉆順利，井壁規(guī)則，平均井徑擴大率為3%。

(4)由于事先針對該井易發(fā)生水侵的情況作了充分的室內(nèi)評價工作，所以在現(xiàn)場雖然鉆遇了異常高壓水層，發(fā)生了多次水侵，但經(jīng)過正確的應(yīng)對處理，將鉆井液性能及時調(diào)整到正常范圍，將鉆井液成本影響控制在最低，保證了鉆井的正常施工，最終順利優(yōu)質(zhì)地完成了該井的技術(shù)服務(wù)。

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