王金利， 陳二丁， 張海青， 劉學明， 李秀靈， 蔡 勇

(中石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司，山東東營 257064)

勝利坨826區(qū)塊裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)化合成基鉆井液技術(shù)

王金利， 陳二丁， 張海青， 劉學明， 李秀靈， 蔡 勇

(中石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司，山東東營 257064)

勝利油田坨826區(qū)塊油井在鉆至儲層時需將井內(nèi)鉆井液轉(zhuǎn)化成合成基鉆井液，以保護儲層，提高油井產(chǎn)能。由于井下安全的需要，轉(zhuǎn)化成合成基鉆井液時需要多下一層技術(shù)套管，從而增加了鉆井成本，為此，勝利油田進行了裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)化合成基鉆井液技術(shù)研究。在合成基鉆井液基本配方基礎(chǔ)上，優(yōu)化油基封堵材料DF-1用量，確定了封堵型合成基鉆井液配方，并與現(xiàn)場施工工藝相結(jié)合，形成了裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)化合成基鉆井液技術(shù)。通過可視砂床試驗和封堵能力測試、抗污染試驗及濾餅破壞試驗，對封堵型合成基鉆井液的封堵性能、抗污染性能及其對水基鉆井液濾餅的影響進行了評價。結(jié)果表明：封堵型合成基鉆井液的承壓能力大于7.5 MPa；鉆屑、井場水、水基鉆井液和隔離液侵入量達到15.0%時，該鉆井液的流變性和電穩(wěn)定性符合設(shè)計要求；可以壓縮已形成的水基鉆井液濾餅，使濾餅質(zhì)量提高。坨826區(qū)塊3口井應(yīng)用了裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)化合成基鉆井液技術(shù)，均在裸眼內(nèi)順利轉(zhuǎn)化成封堵型合成基鉆井液，穩(wěn)定了井壁，保護了儲層。這表明，在裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)化合成基鉆井液是可行的，能夠有效降低鉆井成本。

裸眼 合成基鉆井液 鉆井液轉(zhuǎn)化 鉆井液性能 坨826區(qū)塊 勝利油田

勝利油田坨826區(qū)塊構(gòu)造位于濟陽坳陷東營凹陷北部陡坡帶西段坨826斷塊，儲層為沙3段上部地層，具有強水敏的特點，使用水基鉆井液鉆進時易導致黏土礦物水化膨脹而對儲層造成傷害，而使用油基鉆井液鉆進時容易造成稠油溶解而引起井壁坍塌或鉆井液漏失。合成基鉆井液具有極強的抑制性，可有效抑制泥巖水化及稠油溶解，起到保護儲層的作用[1-4]。為此，勝利油田坨826區(qū)塊油井在鉆進儲層時將井內(nèi)鉆井液轉(zhuǎn)化為合成基鉆井液。

目前，轉(zhuǎn)化為合成基鉆井液時需多下一層套管，這會增加鉆井成本。為少下一層技術(shù)套管，降低鉆井成本，通過優(yōu)選鉆井液處理劑，研制了封堵型合成基鉆井液，結(jié)合現(xiàn)場施工工藝形成了裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)化合成基鉆井液技術(shù)，并在勝利油田坨826區(qū)塊3口井進行了成功應(yīng)用。

1 技術(shù)難點及對策

1.1 技術(shù)難點

坨826區(qū)塊上部的明化鎮(zhèn)組、館陶組地層成巖性差，易坍塌脫落。沙3段泥巖微裂縫、層理發(fā)育,極易發(fā)生坍塌掉塊，造成起下鉆阻卡、憋泵，甚至造成無法正常鉆進。沙3段上部1砂層組地層具有強水敏、弱速敏、弱鹽敏、弱堿敏及弱酸敏的特點，使用水基鉆井液鉆進時易造成黏土礦物水化膨脹而堵塞油流通道，使用油基鉆井液鉆進時容易造成稠油溶解而引起井壁坍塌或鉆井液漏失。在裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)換為合成基鉆井液需解決上部地層的穩(wěn)定和裸眼井段對合成基鉆井液的污染等問題。

1.2 技術(shù)對策

文獻調(diào)研可知，合成基鉆井液具有優(yōu)良的抑制防塌性能，能滿足該區(qū)塊強水敏及稠油地層安全鉆進的需要[5-7]。針對該區(qū)塊裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)化鉆井液時存在的井壁失穩(wěn)和封堵防塌等問題，可向合成基鉆井液中加入含有不同粒度的橋堵劑、可變形材料和填充粒子的油基封堵材料DF-1，從而降低其濾失量，增強合成基鉆井液的封堵性能，使其能夠有效封堵裂縫，穩(wěn)定井壁。表1為油基封堵材料DF-1的組成和功能。

表1 油基封堵材料DF-1的組成和功能

Table 1 Composition and function of oil-base plugging material DF-1

現(xiàn)場施工中，鉆井液轉(zhuǎn)化前，配制隔離液，通井保持井眼清潔；轉(zhuǎn)化后，清除固相并及時調(diào)整轉(zhuǎn)化工藝，從而可有效解決上部地層的井壁失穩(wěn)和裸眼井段合成基鉆井液污染等問題，并利用封堵型合成基鉆井液良好的封堵性，減少下部地層滲漏，達到保護油氣層的目的。

2 封堵型合成基鉆井液配方優(yōu)化及性能評價

2.1 鉆井液性能設(shè)計

合成基鉆井液的基本配方為合成基液+3.5%有機膨潤土+5.0%乳化劑+1.0%潤濕劑+2.0%JZ-1+20.0%CaCl2+2.5%CaO。該合成基鉆井液以氣制油為合成基液，氣制油具有較高的閃點(125 ℃)和苯胺點(85 ℃)、較低的凝點(-20 ℃)和運動黏度(23 mm2/s)，幾乎不含芳香烴，特別是其運動黏度低，適合作為合成基鉆井液的基液[8-9]。

為滿足鉆井要求，根據(jù)鉆井液技術(shù)難點、油藏特點及合成基鉆井液基本配方，設(shè)計封堵型合成基鉆井液性能為：密度1.05～1.15 kg/L,漏斗黏度50～90 s，濾失量2.0 mL,濾餅厚度0.1 mm，初切力3～5 Pa，終切力4～15 Pa，含砂量小于0.3，塑性黏度20～50 mPa·s，動切力6～15 Pa,破乳電壓大于400 V。

2.2 配方優(yōu)化

2.2.1 DF-1對鉆井液常規(guī)性能的影響

根據(jù)鉆井液性能設(shè)計，在基本配方基礎(chǔ)上加入不同量的封堵材料DF-1測定其性能，結(jié)果見表2。

由表2可以看出：DF-1對鉆井液的流變性和破乳電壓影響較??；當其加量達到10.0%時，黏度稍有升高，電穩(wěn)定性基本無變化；其加量為5.0%時，老化前后濾失量均為0，表明其封堵性能良好。

2.2.2 封堵性能評價及用量確定

通過可視砂床濾失試驗，評價封堵材料DF-1的封堵性能，并確定其加量。以粒徑40～60目砂粒為砂床，測量加入不同量DF-1合成基鉆井液的侵入深度和侵入率，結(jié)果見表3。由表3可看出，DF-1具有良好的封堵性能，當加量達到7%時，老化前后的侵入深度均降至0.8 cm。

注：砂床長度為20 cm，試驗壓力0.7 MPa，試驗時間30 min。

根據(jù)以上試驗結(jié)果，為提高轉(zhuǎn)化時的封堵效果，確定封堵劑加量為10.0%，因此，封堵型合成基鉆井液配方為合成基液+3.5%有機膨潤土+5.0%乳化劑+1.5%潤濕劑+2.0%JZ-1+20.0%CaCl2+2.5%CaO+10.0%DF-1。

2.3 性能評價

根據(jù)應(yīng)用中存在的情況，通過承壓能力測試、濾餅破壞試驗和抗污染試驗，評價封堵型合成基鉆井液的性能。

2.3.1 承壓能力測試

篩選粒徑40～60目砂粒，使用高溫高壓濾失儀，對鉆井液的承壓能力進行測試，結(jié)果見表4。由表4可以看出，封堵型合成基鉆井液老化前后的承壓能力均大于7.5 MPa，說明其封堵承壓能力強。

2.3.2 濾餅破壞試驗

1) 濾餅制備。采用勝利油田坨826區(qū)塊井深

1 000.00 m處的水基鉆井液，通過中壓濾失試驗制備濾餅，濾失時間為30 min。水基鉆井液性能：漏斗黏度32 s，密度1.12 kg/L，API濾失量20 mL，初切力1 Pa,終切力3 Pa，含砂量0.2%,pH值8，塑性黏度8 mPa·s，動切力3 Pa，固相含量8.0%。

2) 濾餅浸泡試驗。將制得的濾餅放入合成基鉆井液中浸泡24 h，考察合成基鉆井液對濾餅的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，濾餅無龜裂，堅韌，厚度無變化，說明合成基鉆井液不會破壞已形成的濾餅。

3) API中壓濾失濾餅破壞試驗。以上述制得的濾餅為濾層，進行合成基鉆井液API中壓濾失試驗，分析中壓條件下合成基鉆井液對濾餅的影響，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，濾餅厚度由2.0 mm壓縮至0.5 mm，濾餅變薄且堅韌，無龜裂等現(xiàn)象，濾餅壓縮擠出1.5 mL水。這表明，轉(zhuǎn)化為合成基鉆井液后，在壓差作用下，合成基鉆井液擠壓已形成的濾餅，使濾餅變薄而堅韌，提高了濾餅質(zhì)量。

4) 砂床濾失試驗。采用可視砂床儀器，以粒徑 40～60 目砂粒為砂床，進行砂床濾失試驗，試驗壓力0.7 MPa。

首先在可視砂床儀中倒入350 mL坨82區(qū)塊井深1 350.00 m處的水基鉆井液，進行濾失試驗。試驗結(jié)束后，倒出剩余的水基鉆井液，替入350 mL合成基鉆井液繼續(xù)進行濾失試驗，觀察合成基鉆井液形成濾餅后的滲透情況，發(fā)現(xiàn)合成基鉆井液與砂層界面的濾餅完好，鉆井液未滲透侵入砂層，說明合成基鉆井液不會破壞濾餅，能夠在濾餅上形成有效封堵。

2.3.3 抗污染性能

1) 抗巖屑污染性能。取勝利油田坨826區(qū)塊上部地層的鉆屑，粉碎后過孔徑0.45 mm的篩網(wǎng)，加入到封堵型合成基鉆井液中，測試鉆井液的性能，結(jié)果見表5。由表5可看出，鉆屑的侵入對合成基鉆井液的黏度影響較大，隨著鉆屑侵入量增大，黏度及切力明顯上升，同時破乳電壓逐步降低，但仍然能保持較高的穩(wěn)定性。因此，鉆井過程中必須及時清除鉆屑，保證鉆井液清潔。

2) 抗水污染性能。向合成基鉆井液中加入不同量的井場水，進行抗水污染性能評價，結(jié)果見表6。由表6可見，少量水侵入對合成基鉆井液流變性影響較小，主要表現(xiàn)為表觀黏度逐漸升高，塑性黏度、動切力稍有增加，但能夠保持良好的電穩(wěn)定性。

3) 抗水基鉆井液污染性能。取坨826區(qū)塊的常用水基鉆井液，進行抗水基鉆井液污染性能評價，結(jié)果見表7。由表7可見，水基鉆井液侵入對合成基鉆井液流變性影響較小，隨侵入量增大，合成基鉆井液的黏度、切力先降低后升高，電穩(wěn)定性下降。

4) 抗隔離液污染性能。取坨826區(qū)塊的井漿加入增黏劑等配制成高黏隔離液，進行合成基鉆井液抗隔離液污染性能評價，結(jié)果見表8。高黏隔離液的性能：密度1.15 kg/L，漏斗黏度150 s，API濾失量2 mL，初、終切力5/25 Pa，含砂0.2%，pH值9，塑性黏度44 mPa·s，動切力30 Pa，固相含量8.0%。由表8可看出，隨著隔離液侵入量增大，合成基鉆井液的黏度、切力逐漸升高，電穩(wěn)定性逐漸降低，但仍能夠保持較高值，因此必須控制隔離液的混入量，施工中盡量放掉混漿。

3 轉(zhuǎn)化工藝及注意事項

3.1 鉆井液轉(zhuǎn)化

1) 水基鉆井液完鉆前調(diào)整合成基鉆井液性能，確保其有良好的剪切稀釋性和懸浮攜巖能力，防止因黏度、切力過高造成混漿嚴重。

2) 鉆井液轉(zhuǎn)化前充分通井循環(huán)，保證井眼清潔通暢。

3) 清理循環(huán)罐，保證罐內(nèi)無鉆井液、無沉砂、無積水，以減少對合成基鉆井液的污染。

4) 配制高黏隔離液，攪拌均勻后備用。

5) 首先泵入配制好的隔離液，然后以最大排量泵入合成基鉆井液，頂替過程中不能停泵，減少其與水基鉆井液接觸產(chǎn)生的混漿。

6) 觀察隔離液和混漿的返出情況，當合成基鉆井液返出地面，及時建立正常循環(huán)，以減少合成基鉆井液損失，完成轉(zhuǎn)化工作。

3.2 轉(zhuǎn)化后性能維護

1) 轉(zhuǎn)化后，及時開啟振動篩和除砂器清除固相，根據(jù)需要調(diào)整振動篩孔徑，防止跑漿，盡量使用小孔徑振動篩布；根據(jù)井下情況及地層坍塌壓力及時調(diào)整鉆井液密度，同時補充適量潤濕劑。

2) 鉆進過程中，根據(jù)鉆井液性能變化情況補充乳化劑等，以提高鉆井液的乳化穩(wěn)定性，確保破乳電壓不小于400 V。

3) 鉆進過程中，隨著固相侵入及合成基液消耗，鉆井液黏度上升，應(yīng)根據(jù)鉆井液性能補充合成基液，降低鉆井液黏度。

4) 根據(jù)鉆井液的消耗情況，及時補充合成基鉆井液，確保有足夠的循環(huán)量。

5) 及時測定合成基鉆井液性能，根據(jù)其性能及井下情況調(diào)整鉆井液性能，提高鉆井液的攜巖能力，保證井眼清潔。

6) 進入水平段后，根據(jù)需要補充封堵材料，以增強對微裂縫的封堵能力，減少鉆井液的滲透性濾失，提高井壁穩(wěn)定性。

3.3 注意事項

1) 鉆井液轉(zhuǎn)化為合成基鉆井液后黏度升高，電穩(wěn)定性降低。長裸眼井段形成的虛濾餅在起下鉆時剝落或附著在井壁上，沒有被及時攜帶至地面而混入合成基鉆井液中，由于虛濾餅含水量高且已水化松軟，易分散，使鉆井液含水量和固相含量升高，導致其黏度升高，電穩(wěn)定性降低。在轉(zhuǎn)化成合成基鉆井液后，發(fā)現(xiàn)其黏度升高、電穩(wěn)定性降低時，開啟離心機、除砂器清除固相；補充合成基液、乳化劑、潤濕劑、降濾失劑和氧化鈣等，降低鉆井液黏度，提高其電穩(wěn)定性。

2) 鉆井后期鉆井液黏度、密度升高。 由于水平段鉆速快及微裂縫滲透，導致固相含量升高，含油量降低，鉆井液的黏度、密度迅速升高。在鉆井后期，發(fā)現(xiàn)鉆井液黏度、密度升高時，盡量減小重晶石加量；充分使用固控設(shè)備，并根據(jù)需要開啟離心機，盡量清除細分散固相；及時補充封堵材料和降濾失劑，以增強鉆井液對微裂縫的封堵能力，減少鉆井液消耗；根據(jù)性能補充合成基液及潤濕劑，降低鉆井液黏度。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)化合成基鉆井液技術(shù)在坨826區(qū)塊坨826-平30井、坨826-平31井和坨826-平32井成功進行了應(yīng)用，由應(yīng)用效果可看出，封堵型合成基鉆井液封堵性能優(yōu)良，抑制性強，能夠保證裸眼井段井壁穩(wěn)定，解決了該區(qū)塊強水敏性地層水化和稠油油層的井壁坍塌問題，具有良好的油氣層保護效果。

坨826-平30井完鉆井深1 780.00 m，完鉆水平位移598.83 m，水平段長201.17 m。采用水基鉆井液鉆至井深1 349.00 m轉(zhuǎn)化成合成基鉆井液。轉(zhuǎn)化前，通井清洗井眼后根據(jù)轉(zhuǎn)化工藝進行轉(zhuǎn)化。針對轉(zhuǎn)化后上部地層污染導致合成基鉆井液黏度升高、電穩(wěn)定性降低等問題，及時開啟離心機、除砂器清除固相，補充合成基液30 m3；同時加入乳化劑、潤濕劑、降濾失劑等調(diào)整鉆井液性能。鉆井后期根據(jù)需要及時使用離心機，補充封堵材料和降濾失劑等，并根據(jù)維護方案調(diào)整鉆井液性能。

水基鉆井液轉(zhuǎn)化成合成基鉆井液后，上部地層穩(wěn)定，下部沙河街組地層未出現(xiàn)坍塌掉塊。該井使用合成基鉆井液鉆進井段平均井徑擴大率僅為3.62%，低于使用常規(guī)鉆井液鉆進的相同井段(平均井徑擴大率7.00%)。

該區(qū)塊應(yīng)用水基鉆井液鉆進的目的層為沙3段上部的已完鉆井，投產(chǎn)均未形成工業(yè)油氣流。坨826-平30井使用合成基鉆井液完鉆后，產(chǎn)油量穩(wěn)定在8 t/d，解決了油氣層保護難的問題，表明合成基鉆井液具有優(yōu)良的油氣層保護效果。

現(xiàn)場應(yīng)用表明，合成基鉆井液性能穩(wěn)定，維護簡單，使用安全。合成基液閃點高，安全性高，基本無毒，揮發(fā)性小，更利于作業(yè)人員的安全健康和環(huán)境保護。同時，合成基鉆井液不會影響固井質(zhì)量，該井固井質(zhì)量合格。

合成基鉆井液回收利用率達到70%，形成了回收—處理—再利用技術(shù)方案，降低了合成基鉆井液的使用成本。

5 結(jié)論與建議

1) 封堵型合成基鉆井液封堵性能強，可在裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)化，從而避免了多下一層技術(shù)套管，有利于降低鉆井成本和縮短施工周期。同時應(yīng)用合成基鉆井液可減少后期酸化、防砂等作業(yè)投資。

2) 應(yīng)用裸眼內(nèi)轉(zhuǎn)化合成基鉆井液技術(shù)時，應(yīng)配套適于轉(zhuǎn)化作業(yè)的地面循環(huán)系統(tǒng)，建立完善的合成基鉆井液固相控制及廢棄物收集處理系統(tǒng)，提高固相控制設(shè)備的使用效率，有效控制固相含量，及時收集處理廢棄物，以降低地面合成基鉆井液損耗量。

3) 合成基鉆井液具有優(yōu)良的油氣層保護性能，建議進行規(guī)模化推廣應(yīng)用，通過重復利用降低其使用成本。

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[編輯 劉文臣]

Conversion Technology of Synthetic Based Drilling Fluid in Open Hole in Block Tuo 826, Shengli Oilfield

Wang Jinli, Chen Erding, Zhang Haiqing, Liu Xueming, Li Xiuling, Cai Yong

(DrillingEngineeringandTechnologyCompany,SinopecShengliOilfieldServiceCorporation,Dongying,Shandong, 257064,China)

During the drilling of Block Tuo 826 in the Shengli Oilfield, synthetic based drilling fluid should be used to protect the reservoir, but one more technical casing must be used for drilling fluid conversion. In order to avoid running another technical casing and reduce drilling costs, the conversion technology of synthetic based drilling fluid in open hole was researched. Based on the basic formula of synthetic based drilling fluid, a formula of plugging synthetic based drilling fluid was determined by optimizing the amount of oil based plugging material DF-1. And combined with field operation technologies, the conversion technology of synthetic based drilling fluid in open hole was developed. Evaluation was conducted on the plugging capacity and anti-contamination capacity of the plugging synthetic based drilling fluid and its effect on water based mud cake by means of visual sand-bed test, plugging capacity test, anti-contamination test and filter cake breaking test. It was shown that its pressure bearing capacity was over 7.5 MPa. When the invasion amount of the cuttings, well site water, water base drilling fluid and spacer?fluid reached 15%, its rheological property and electrical stability could also meet the design requirements. And this system could improve the quality of the existing cake by means of compression. The technology was successfully applied in 3 wells in Block Tuo 826 and the goals of wellbore stability and reservoir protection were realized. It was shown that the conversion of synthetic based drilling fluid in open hole was feasible. Based on this technology, drilling cost could be reduced significantly.

open hole; synthetic based drilling fluid; drilling fluid conversion; drilling fluid performance; Block Tuo 826; Shengli Oilfield

2015-02-24；改回日期：2015-10-19。

王金利(1982—)，男，山東東營人，2005年畢業(yè)于山東輕工業(yè)學院化學工程與工藝專業(yè)，2008年獲中國石油大學(華東)應(yīng)用化學專業(yè)碩士學位，工程師，主要從事鉆井液技術(shù)研究工作。

中國石化集團科技攻關(guān)項目“合成基鉆井液技術(shù)研究”(編號：JP10007)部分研究內(nèi)容。

?鉆井完井?

10.11911/syztjs.201506006

TE254

A

1001-0890(2015)06-0029-06

聯(lián)系方式：513482369@qq.com。