王佳慶

（大慶油田鉆探集團(tuán)鉆井研究院設(shè)計(jì)中心，黑龍江大慶163700）

大慶致密油水平井早期曾試用水基鉆井液，因井壁失穩(wěn)、井壁坍塌、托壓等問(wèn)題突出，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求，所以基本使用油基鉆井液。隨著國(guó)家和地方環(huán)保要求的不斷提高，油基鉆井液廢棄物造成環(huán)保壓力不斷增大。今年以來(lái)，為探索既能保證作業(yè)安全，又能保證環(huán)境安全的鉆井液解決方案，選擇了水平段長(zhǎng)（著陸點(diǎn)到完鉆深度）在995～1916m范圍之間的致密油水平井試用環(huán)保超性能水基鉆井液替代油基鉆井液。該體系擁有以下優(yōu)良特性：①抑制性強(qiáng)、井壁穩(wěn)定；②低摩阻、高潤(rùn)滑；③懸浮性好、觸變性高、攜巖能力強(qiáng)；④適用密度范圍大（1.05～2.3g/cm3）；⑤抗固相污染和水污染能力強(qiáng)，抗鈣離子濃度3000～10000ppm；⑥適用于高溫(≤190°)高壓地層。

1 環(huán)保超性能水基鉆井液性能評(píng)價(jià)

鉆井液經(jīng)過(guò)井下循環(huán)以后,能否依然保持穩(wěn)定的性能,對(duì)鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行至關(guān)重要。因此我們通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)鉆井液的各項(xiàng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)是必要的，也為后續(xù)的鉆井液維護(hù)處理施工提供了理論依據(jù)。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)配方為：Water+0.2%KOH+0.6%MEES-VIS-500F+2%MEES-FIL305+0.2%MEESHIB100+1.5%MEES-HIB-1080+3%MEESFIL401+1.5%MEES-FIL403+3%NDFT-250+5%KCl+5%CAC。

1.1 抗溫性評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)環(huán)保超性能水基鉆井液進(jìn)行抗高溫實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，該體系在150℃老化16h后，流變參數(shù)變化值較小，抗高溫性能好，高溫高壓濾失量較小，能滿足現(xiàn)場(chǎng)工程需求。

1.2 土侵和鹽侵評(píng)價(jià)

將不同比例的NaCl或者是鈣膨潤(rùn)土加入到該鉆井液體中，通過(guò)測(cè)量其流變性，該鉆井液體系在鹽侵和土侵后其流變參數(shù)變化量小。該鉆井液體系具有很強(qiáng)的抗鹽侵能力，當(dāng)NaCl加入量達(dá)到25%才能達(dá)到飽和（常規(guī)鉆井液抗鹽侵5%～20%）。當(dāng)加入鈣膨潤(rùn)土的量大于7%的時(shí)候，該鉆井液的流變性波動(dòng)開(kāi)始變大，當(dāng)小于等于7%的時(shí)候，鉆井液流變參數(shù)都在合適的范圍內(nèi)，表明了該鉆井液體系具有較強(qiáng)的抗土侵能力（常規(guī)鉆井液抗土侵量為3%～5%）。

1.3 抑制性評(píng)價(jià)

選用大慶齊家—古龍凹陷區(qū)塊姚家組一段、青二、三段、泉頭組四段泥頁(yè)巖巖屑，通過(guò)對(duì)清水、高性能水基鉆井液體系、油基鉆井液體系、環(huán)保超性能水基鉆井液體系抑制性進(jìn)行評(píng)價(jià),環(huán)保超性能水基鉆井液體系與其他鉆井液體系相比，具有很強(qiáng)的抑制性，巖屑回收率明顯高于高性能水基鉆井液，其回收率和油基鉆井液相當(dāng)，能很好地防止泥頁(yè)巖水化分散，防止井壁剝落、垮塌,見(jiàn)表1。

1.4 提高機(jī)械鉆速

水基鉆井液體系鉆遇水化特別厲害的地層時(shí)，如果稍微維護(hù)不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)鉆頭泥包，影響機(jī)械鉆速，使鉆井周期增長(zhǎng)，增加生產(chǎn)成本。環(huán)保超性能水基鉆井液體系通過(guò)加入一種高效的大分子聚合物包被劑能很好地抑制泥頁(yè)巖水化分散，降低了鉆井液的無(wú)用固相，降低了鉆井液的塑性粘度，結(jié)合高效PDC鉆頭使用，從而提高了鉆速，縮短了鉆井周期,見(jiàn)表2。

1.5 安全環(huán)保

環(huán)保超性能水基鉆井液屬于低毒性水基鉆井液，毒性比聚磺體系等普通水基鉆井液更低，達(dá)到了美國(guó)海上作業(yè)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。其相關(guān)產(chǎn)品均通過(guò)美國(guó)EPA海上作業(yè)使用、排放驗(yàn)證。密度為1.5g/cm3的環(huán)保超性能水基鉆井液在美國(guó)檢測(cè)的半致死濃度為L(zhǎng)C50=172500ppm，毒性大大低于標(biāo)準(zhǔn)。

表1 滾動(dòng)回收率對(duì)比數(shù)據(jù)表

表2 葡34-平14井、龍26-平16井、龍26-平15井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

2 環(huán)保鉆井液現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

環(huán)保超性能水基鉆井液體系在大慶油田以下3口井進(jìn)行了施工作業(yè)，分別為葡34-平13井、龍26-平16井和龍26-平15井，試驗(yàn)情況見(jiàn)表3、表4、表5。

表3 葡34-平13井環(huán)保超性能水基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，環(huán)保超性能水基鉆井液解決了水 基鉆井液在大慶油田致密油水平井施工中的以下問(wèn)題。

表4 龍26-平16井環(huán)保超性能水基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)

表5 龍26-平15井環(huán)保超性能水基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)

2.1 解決了以嫩江組和青山口組泥巖為代表的井壁失穩(wěn)問(wèn)題

在對(duì)嫩江組和青山口組典型泥巖進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制定了多元化抑制方案，針對(duì)泥巖的膨脹性和分散性等進(jìn)行全面地抑制，同時(shí)兼顧保證鉆屑的完整性，從而也彌補(bǔ)了振動(dòng)篩效率偏低的缺陷。

根據(jù)青山口等泥巖特征和泥砂互層等地層特點(diǎn)，以及在較硬脆泥巖段造斜的井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取了以隨鉆封堵裂縫為主的井筒強(qiáng)化方案。

發(fā)揮環(huán)保超性能水基鉆井液的流變性的優(yōu)勢(shì)，避免高激動(dòng)壓力誘發(fā)裂縫性地層脫落和坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)沒(méi)有出現(xiàn)井眼縮徑、鉆具泥包、鉆井液造漿性能惡化或鉆屑糊篩布等情況，也沒(méi)出現(xiàn)掉塊、井壁脫落情況。各類(lèi)泥巖的鉆屑均完整、干燥，可見(jiàn)PDC鉆頭切削痕跡清楚，棱角完整，可與油基鉆井液相媲美。

2.2 解決了普通水基鉆井液摩阻大、造成托壓、套管難以到位等問(wèn)題

3口井的鉆井液摩阻系數(shù)在造斜段和水平段極壓摩阻系數(shù)在0.08～0.1范圍（滑塊摩阻系數(shù)0.03以下），與油基鉆井液相當(dāng)。

在上述3口井的作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了全井無(wú)托壓現(xiàn)象，水平段正常接單根及起下鉆時(shí)，上提鉆具摩阻一般不高于10～13t，保證了定向鉆井施工順利。

高潤(rùn)滑性保證了在曲率迅速變化的“臺(tái)階型”井眼軌跡情況下（目的層深度變化臨時(shí)調(diào)整），確保了完成下套管作業(yè)等。其中葡34-平13井在1880～1930m區(qū)間，造斜率從每30m增斜2.9°調(diào)為7°再回到2.9°；龍26-平16井在1923.64～1971m區(qū)間，造斜率從每30m增斜3.66°調(diào)為9°再降到4°，其水平段長(zhǎng)達(dá)1916m。

2.3 解決了井筒清潔問(wèn)題

先進(jìn)的無(wú)坂土技術(shù)，流型動(dòng)塑比高、觸變性高，有攜巖效率高、激動(dòng)壓力低等優(yōu)點(diǎn)。3口井鉆井液的動(dòng)切力和塑性粘度比保持在0.5以上，大大高于普通水基鉆井液（普通水基鉆井液約為0.3左右），優(yōu)于或類(lèi)似于油基鉆井液。這一特性表明，在泵壓和排量相同的情況下，環(huán)保超性能水基鉆井液具有更高的攜巖能力，更高的井筒清潔效率。啟泵壓力與正常循環(huán)壓力差為5%～10%。

實(shí)際作業(yè)中，顯示了很強(qiáng)的攜巖能力，鉆屑始終隨鉆速均勻返出，作業(yè)中沒(méi)有扭矩增大、憋泵、起下鉆阻力增大等現(xiàn)象，表明井筒清潔度控制良好，沒(méi)有鉆屑床堆積，井筒通暢。

3 結(jié)論

（1）該鉆井液體系擁有良好的抑制性、流變性、潤(rùn)滑性可以比擬油基鉆井液，在同能鉆井液中其抗鹽、抗鈣性能良好，能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求。

（2）安全環(huán)保，對(duì)環(huán)境污染小，能更好地保護(hù)土壤和植被，達(dá)到了國(guó)家環(huán)保排放要求。

（3）該體系的作業(yè)性能完全滿足大慶致密油等水平井作業(yè)需要，同時(shí)避免了油基鉆井液產(chǎn)生的含油鉆屑等危廢處理的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),是油基鉆井液的理想替代技術(shù)。

[1] 謝水祥,蔣官澄，等.環(huán)保型鉆井液體系[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2011,6（1）：373-375.

[2] 董海東，等.長(zhǎng)北氣田儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用[J].西部探礦工程，2014（8）：37.

[3] 孫玉學(xué)，等.水包油鉆井液乳化穩(wěn)定性影響因素研究[J].西部探礦工程 ，2011（7）：31-32.

[4] 蓋國(guó)忠，李科.鉆井液環(huán)境可接受性評(píng)價(jià)及環(huán)保鉆井液[J].西部探礦工程，2009（2）：57-58.

[5] 黃浩清.安全環(huán)保的新型水基鉆井液ULTRADRILL[J].鉆井液與完井液，2004，11（6）5-7.

[6] 王建華,鄢捷年,丁彤偉.高性能水基鉆井液研究進(jìn)展[J].鉆井液與完井液，2000，1（1）：71-74.

[7] 孫金聲,楊宇平等.提高機(jī)械鉆速的鉆井液理論與技術(shù)研究[J].鉆井液與完井液，2009,3（2）：1-6.

[8] 馬鵬，等.鉆井液用消泡劑的室內(nèi)研究[J].鉆井液與完井液，2012（3）：49.