馬 驍，王 磊，武春松，武海棟

（1.中國石油冀東油田分公司監(jiān)督中心，河北唐山 063000；2.中國石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063000）

冀東油田部分區(qū)塊館陶組、東營組、沙河街組地層泥巖段發(fā)育，因泥巖水化特性，在具體施工過程中，多口井出現(xiàn)井壁失穩(wěn)引起劃眼、井塌、側(cè)鉆，不僅影響鉆井施工安全，也影響鉆完井速度和工程質(zhì)量。為保證該區(qū)塊中深井施工安全，采用鉀鹽體系鉆井液，可提高鉆井液抑制能力。鉀鹽體系鉆井液有效解決了井壁失穩(wěn)問題，但部分探評井因勘探開發(fā)需要，對測井解釋資料有較高的要求，因此對鉆井液電阻率又提出了相應(yīng)要求。

1 冀東油田鉆井液電阻率控制現(xiàn)狀

1.1 冀東油田鉆井液電阻率控制的必要性

1.1.1 鉆井液加入鉀鹽的必要性

冀東油田地層泥巖黏土礦物極易導(dǎo)致井壁失穩(wěn)而出現(xiàn)掉塊、井塌等事故，如XX3號構(gòu)造東營組地層泥巖黏土礦物含量達(dá)30.00%～45.00%，黏土礦物組分以伊蒙混層為主，相對含量為52.77%～85.25%；XX4號構(gòu)造館陶組、東營組地層泥巖黏土礦物含量為29.90%～47.20%，黏土礦物組分同樣以伊蒙混層為主，相對含量為54.00%～82.00%，其次為伊利石與高嶺石，相對含量分別為7.00%～14.00%、5.00%～23.00%。根據(jù)研究顯示，該區(qū)塊泥巖分散性弱，易膨脹且膨脹速度較快，伊蒙混層占比較高，而伊利石、蒙脫石的水化膨脹能力不同，泥巖水化后內(nèi)部受力不均，極易導(dǎo)致井壁失穩(wěn)而出現(xiàn)掉塊、井塌等事故[1–2]。為適應(yīng)該區(qū)塊地層特點(diǎn)，有效解決施工過程中井壁失穩(wěn)問題，在施工過程中一般采用鉀鹽成膜鉆井液體系，以較高的鉀鹽含量來抑制泥巖水化膨脹，達(dá)到井壁穩(wěn)定的效果。

1.1.2 鉀鹽體系鉆井液電阻率控制的必要性

鉆井液電阻率控制的目的是控制鉆井液中導(dǎo)電離子含量，以保證測井曲線能夠有效識別油水層[3]。實(shí)驗(yàn)室可根據(jù)清晰的自然電位曲線算出靜自然電位，從而求準(zhǔn)地層真電阻率，進(jìn)而估算地層原始含油飽和度，這是測井儲層評價的重要內(nèi)容之一，資料顯示，當(dāng)Rt/Rmf =10時（Rt為地層電阻率，Rmf為鉆井液電阻率），自然電位曲線有清楚顯示；當(dāng)Rt/Rmf =100時，曲線變得平緩，極大值急劇下降，此時自然電位曲線不能有效劃分地層[4–5]。鉀鹽體系鉆井液中，鉀鹽的加入會提供大量導(dǎo)電陽離子，使鉆井液電阻率降低，因此必須控制鉀鹽含量，使鉆井液電阻率在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，才能滿足測井解釋需要。

1.2 鉀鹽體系鉆井液電阻率控制的目的

1.2.1 鉆井液電阻率控制井占比高

為滿足測井解釋需要，冀東油田在石油勘探開發(fā)過程中，對部分井鉆井液的電阻率控制提出了明確要求，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2017年全年電阻率控制井占全部施工井的35%，2018年電阻率控制井占全部施工井的38%，2019年電阻率控制井占全部施工井的25%，2020年電阻率控制井占全部施工井的23%，且區(qū)域覆蓋面積廣，根據(jù)不同區(qū)塊地層情況,電阻率控制范圍要求有所不同，XX2–3區(qū)塊明化組地層、XX3–2區(qū)塊館陶組地層要求鉆井液電阻率為0.6～1.0 Ω·m/18 ℃，其他區(qū)塊明館地層鉆井液電阻率為0.4～1.0 Ω·m/18 ℃，東營及以下地層鉆井液電阻率不小于0.4 Ω·m/18 ℃。

1.2.2 平衡鉆井液電阻率控制與井壁穩(wěn)定難度

強(qiáng)化鉆井液抑制能力，保證井壁穩(wěn)定效果，部分深井及易塌地層施工井鉆井液體系設(shè)計(jì)為鉀鹽成膜體系，要求含鹽量控制在3.0%～5.0%，更有甚者含鹽量控制在5.0%以上，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，鉀鹽體系施工井約占電阻率控制井的30%。

表1是通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出的電阻率與含鹽量之間的對應(yīng)關(guān)系，從表中可以看出，鉀鹽含量大于2.0%時，鉆井液電阻率都小于0.4 Ω·m/18℃。因此，現(xiàn)場施工過程中，電阻率與鉆井液體系要求含鹽量存在矛盾，鉀鹽體系施工井兼顧鉆井液電阻率控制與井壁穩(wěn)定難度極大。

表1 電阻率與含鹽量對應(yīng)關(guān)系

1.2.3 鉆井液電阻率控制影響鉆井液性能

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)分析，鉀鹽的加入量為1.0%～2.0%時會導(dǎo)致鉆井液性能處于不穩(wěn)定狀態(tài)，鉆井液泥餅厚度增加以及濾失量增大，同時黏度、切力都有不同程度地增加（表2）。

表2 加鹽前后鉆井液性能變化

2 鉆井液電阻率控制方法

2.1 鉀鹽體系鉆井液材料配比實(shí)驗(yàn)

2.1.1 鉀鹽體系鉆井液處理劑配比實(shí)驗(yàn)

對所有含坂土鉆井液體系來說，所有處理劑、無機(jī)鹽對鉆井液性能的影響都是通過改變膨潤土顆粒表面的化學(xué)性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的[6–8]。加入鉀鹽前，加入抗鹽降失水劑等材料，將膨潤土顆粒包裹起來能夠有效地降低膨潤土顆粒對鹽的敏感性，從而能夠有效地避免鉆井液性能出現(xiàn)大的波動，同時也便于后續(xù)其他材料的加入。根據(jù)此項(xiàng)理論，進(jìn)行了相關(guān)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。對現(xiàn)場取樣井漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明，在加入1.0%鉀鹽后，鉆井液性能波動明顯，鉆井液流型變差，API失水及高溫高壓失水明顯增大，取相同井漿分別加入不同百分比含量的降黏劑及抗鹽降濾失劑，再加入1.0%的鉀鹽，鉆井液性能波動明顯減?。ū?），降黏劑、抗鹽降濾失劑能夠有效地改善鉀鹽對鉆井液性能造成的影響。經(jīng)過多次配比實(shí)驗(yàn)，得到了能夠滿足鉆井液性能設(shè)計(jì)要求的最佳配比：井漿+1.0%鉀鹽+1.5%降黏劑+2.0%抗鹽降濾失劑。

表3 加入鉀鹽及降濾失劑后鉆井液性能變化情況

2.1.2 鉀鹽與抑制性材料配比實(shí)驗(yàn)

根據(jù)鉀鹽體系施工區(qū)塊儲層情況，模擬溫度為110 ℃下滾動回收率實(shí)驗(yàn)。滾動回收率實(shí)驗(yàn)分析表明，鉆井液中加入3.0%鉀鹽后，能夠有效地抑制泥頁巖的水化膨脹和分散，提高鉆井液防塌抑制能力，取相同井漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，加入1.0%的鉀鹽，同時提高聚銨抑制劑含量至2.0%，此種方法能夠起到同樣的抑制效果，并能實(shí)現(xiàn)井壁穩(wěn)定的目的（表4）。

表4 鉆井液抑制性評價結(jié)果

因此，針對鉀鹽成膜鉆井液體系施工井及有核磁、側(cè)向等特殊測井項(xiàng)目的施工井，通過降低鉀鹽含量至1.0%、提升聚銨抑制劑含量至2.0%，能夠有效地解決鉀鹽含量降低所導(dǎo)致的抑制性能變差的問題。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐分析，該舉措在保證電阻率合格的同時，有效解決了井壁穩(wěn)定及測井曲線識別的問題。

2.2 現(xiàn)場施工技術(shù)

2.2.1 提前調(diào)整好坂土、固相含量

提前調(diào)整好坂土、固相含量，能夠有效保證鉆井液性能穩(wěn)定，便于后期的維護(hù)處理。加鹽前先將鉆井液膨潤土含量降至40～45 g/L，采用離心機(jī)甩或者放一部分鉆井液，補(bǔ)充新鉆井液均可。

2.2.2 強(qiáng)化后期鉆井液性能的維護(hù)

在加入鉀鹽之后，補(bǔ)充大分子、抗鹽降失水劑，后期施工適當(dāng)加藥維護(hù)，超過3 000 m井深后，增測HTHP失水，做好日常鉆井液性能的檢測工作，性能維護(hù)以勤調(diào)整、小調(diào)整為原則，維持鉆井液性能的相對穩(wěn)定。

2.2.3 提高一次加鹽量，加強(qiáng)過程控制

鉆井液電阻率強(qiáng)調(diào)過程控制，因此，要保證整個施工期間鉆井液電阻率均維持在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。與此同時，在保證電阻率曲線能夠有效識別的前提下，可以通過提高一次加鹽量，有意識減少加鹽次數(shù)的方法，從而有效避免頻繁加入鉀鹽而引起的鉆井液性能頻繁波動，以及大幅度的性能調(diào)整引起的井壁失穩(wěn)及井眼質(zhì)量差等問題。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

XX32-3050井是一口三開五段制鉀鹽鉆井液體系單靶定向井，要求三開鉆井液電阻率0.6～1.0 Ω·m/18 ℃?，F(xiàn)場應(yīng)用鉆井液配方：井漿+1.0%鉀鹽+2.0%聚銨+1.5%降粘劑+2.0%抗鹽降濾失劑，對新漿進(jìn)行初步調(diào)整，并且在后期鉆進(jìn)過程中應(yīng)用以上優(yōu)化措施對鉆井液維護(hù)控制。XX32–3050井應(yīng)用以上優(yōu)化措施后，鉆井液性能變化情況見表5。通過加鹽前后鉆井液性能對比可以看出，加鹽后鉆井液黏切增加不明顯，膨潤土含量能夠得到有效控制，特別是中壓失水及高溫高壓失水均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鉆井液性能穩(wěn)定，未發(fā)生井壁失穩(wěn)情況。

表5 XX32–3050井鉆井液性能變化情況

4 結(jié)論

截至目前，冀東油田已完鉆的電阻率控制井，測井電阻率均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，合格率達(dá)到100%。同時現(xiàn)場克服了電阻率控制所帶來的一系列問題，電阻率控制技術(shù)的日趨完善，對測井解釋具有重大意義，更有利于油氣層的識別，為后續(xù)的勘探開發(fā)提供了技術(shù)支持，為同類型井的施工及電阻率的調(diào)控提供了借鑒。建議下步針對不同區(qū)塊儲層特點(diǎn)，甄選可替代鉀鹽的強(qiáng)抑制鉆井液材料，以弱化鉀鹽的加入對鉆井液性能的影響，更廣泛的適應(yīng)不同區(qū)塊中深層鉆井施工。