HIBDRILL钻井液在BZ25－1油田的研究与应用

刘自明 （中海油田服务股份有限公司油化事业部，河北 燕郊065201）

郭海峰 （中海油田服务股份有限公司塘沽基地泥浆作业公司，天津300452）

BZ25－1油田是中国海洋石油重点开发区块之一，自上而下钻遇的地层包括第四系平原组，新近系明化镇组、馆陶组和古近系东营组、沙河街组。该地区油气层埋藏深，地质构造复杂，油层覆盖东营组及沙河街组，其中沙河街组为主力油层。根据地质资料以及以往所钻井资料显示，BZ25－1油田沙河街组为低孔低渗储层且存在异常高压，致使沙河街组高压层段与东营组薄弱砂岩层位于同一井段，造成东营组地层孔隙压力与漏失压力当量密度窗口窄，难以控制泥浆相对密度，溢流漏失相继出现，给钻井施工带来了很大的难题。其难点主要在于：①衰竭储层高压差下钻完井液对低孔低渗储层的损害问题；②渗透率低、孔隙度小，毛细管压力大，水锁损害严重；③部分井φ8½ in井段出现倒划眼困难，井壁不稳定、钻井液漏失及钻井过程中起下钻不通畅、卡钻等事故，钻探难度大幅度提高。

室内开发了HIBDRILL钻井液体系，该体系在BZ25－1油田二期开发作业的7口井中成功应用。现场应用结果表明，该体系与一期作业相比明显降低了钻井液的密度，减少了漏失的发生，提高了钻井速度，成功解决了渤中区块沙河街组压差卡钻、泥页岩垮塌以及低孔低渗储层保护等复杂问题。

1 HIBDRILL钻井液体系作用原理

HIBDRILL钻井液体系的基本组成包括甲酸钾、KCl、聚合醇、降滤失剂、流型调节剂、增黏剂及油层保护剂。正常钻进时加入一定量的固体和液体润滑剂以改善体系的润滑性能。该钻井液体系的特点包括以下几个方面：

1）甲酸钾具有较强的防塌能力，可以在保证安全钻进的前提下显著降低钻井液的密度，可有效缓解地层孔隙压力与漏失压力当量密度窗口窄的难题[1]。

2）甲酸钾可降低钻井液的活度，使地层水的化学位与钻井液水相的化学位接近，降低地层与钻井液之间水的渗透转移，从而减少体系中水向地层的渗透。同时其高矿化度滤液避免了滤液对低孔低渗储层的伤害[2，3]。

3）甲酸钾离子能大量侵入岩屑表面的水化层，压缩水化膜的厚度，阻止岩屑的水化膨胀分散，有利于岩屑的清除，并能适度改善岩屑或井壁的表面性能，提高体系的抑制防塌性[4]。

4）甲酸钾与地层流体接触不会产生伤害性的二次沉淀，可对储层进行有效保护[5]。

5）聚合醇的浊点效应使其形态随井下温度发生变化，能在井壁、钻屑和钻具上形成憎水性分子膜，阻止泥页岩水化分散，通过稳定井壁、抑制钻屑水化分散达到稳定钻井液性能、降低钻具扭矩、保护油气层的目的。

6）油层保护剂PF－UHIB可显著降低油水界面张力，有效降低油流阻力，提高了低孔低渗储层的返排能力，增强了储层保护。

2 HIBDRILL钻井液体系性能评价

室内研究根据BZ25－1油田特点，构建了HIBDRILL钻井液体系，并对其流变性、封堵性、油层保护效果、渗透率恢复等性能进行了评价。HIBDRILL钻井液体系的基本配方如下：

海水＋0.2%NaOH＋0.25%Na2CO3＋3%～4.5%膨润土浆＋3%护胶剂PF－PAC－LV＋5%甲酸钾＋1.5%～2% 褐 煤 树 脂 PF－TEMP＋1.5% ～2% 磺 甲 基 酚 醛 树 脂 PF－SMP－1＋2% 成 膜剂PF－LPF （H）＋2%低荧光磺化沥青PF－DYFT＋2%乳化石蜡PF－EPF＋0.3%包被剂PF－PLH＋3%聚合醇PF－JLX－C＋0.5%油层保护剂PF－UHIB（配方中的百分数为质量分数，下同）。

2.1 流变性和封堵性

表1为HIBDRILL钻井液体系在120℃、3.5MPa条件下的流变性能和封堵性能，可以看出，密度为1.60g/cm3的HIBDRILL钻井液体系具有良好的流变性能，具有较低的中压滤失量和高温高压滤失量，表明其能够满足深井钻井抗温的需要。

表1 HIBDRILL体系的流变性和封堵性

2.2 承压能力

将HIBDRILL钻井液体系在120℃条件下热滚16h，然后进行砂床失水试验，评价其承压能力，试验结果如表2所示。120℃时，压力逐渐增加至10MPa，未穿，说明HIBDRILL钻井液具有良好的承压能力，可有效提高钻井液安全密度窗口。

2.3 油气层保护效果

由于BZ25－1油田主力储层为低孔低渗储层，因此其储层保护措施之一就是防止水锁。室内研究了HIBDRILL钻井液体系的储层保护效果，同时评价了PF－UHIB的效果，试验结果如表3所示。HIBDRILL钻井液体系滤液具有较低的油水界面张力，同时PF－UHIB的加入能进一步降低油水界面张力，明显提高钻井液体系对低孔低渗储层的保护能力。

室内采用静态污染试验对HIBDRILL钻井液体系的储层保护性能进行了评价，评价结果如表4所示。对于低孔低渗岩心其污染前后的渗透率恢复值分别为92.63%和89.01%，因此HIBDRILL钻井液体系具有良好的储层保护性能。

表2 HIBDRILL体系的承压能力

表3 钻井液滤液油水界面张力

表4 HIBDRILL钻井液体系的储层保护试验结果

3 现场应用

HIBDRILL钻井液体系已经在BZ25－1油田二期开发作业的7口井中成功应用，其中A15井完钻井深5060m，完成了渤海最深定向井的钻探任务。现场应用效果表明：①HIBDRILL钻井液具有良好的流变和抗温能力，A15井井底测试温度为118℃，A17井钻井液的最高密度为1.54g/cm3，该钻井液流变性能稳定，中压滤失量和高温高压滤失量低，钻进过程中的最高泵压为20MPa，满足了工程需要。②平均机械钻速比一期有显著提高。③减少了有害固相对储层的损害，其滤液与地层配伍性好，现场钻井液含砂质量分数小于0.3%，膨润土质量浓度小于20g/L，渗透率恢复值在88%以上，有效地保护了油气层。油藏投产效果良好，其中5口井自喷。④引进RT101高效润滑剂，具有较好的润滑性能，避免了卡钻风险，保证了工程正常钻进。⑤HIBDRILL钻井液直接替入建立循环，无需转化作业，维护处理简便。

3.1 现场性能稳定

HIBDRILL钻井液体系在7口井的应用中，均表现出良好的流变性能，钻进过程中性能稳定，维护量少，携砂性能好、井眼清洁，钻井施工顺利，起下钻顺利，全井无复杂事故发生。表5为A7井的钻井液性能变化。

表5 A7井不同井深钻井液性能变化

3.2 提高钻井效率

表6为HIBDRILL钻井液体系应用前后的钻井机械钻速与密度的对比，可以看出，HIBDRILL钻井液体系应用后机械钻速提高，钻井液密度降低，减少了漏失的发生，有效缓解了地层孔隙压力与漏失压力当量密度窗口窄的难题。

4 结论

1）BZ25－1油田沙河街组为低孔低渗储层且存在异常高压，孔隙压力与漏失压力当量密度窗口窄，给钻井施工带来了很大的难题。

2）室内根据 “强抑制、平衡滤液活度”的原则，构建了HIBDRILL钻井液体系，在实现化学防塌的同时，能有效提高地层承压能力，降低滤液界面张力。

3）现场应用结果表明，与一期作业的油基钻井液相比，HIBDRILL钻井液体系明显提高了钻速，降低了使用密度，减少了漏失的发生，成功解决了BZ25－1油田沙河街组压差卡钻、泥页岩垮塌以及低孔低渗储层保护等复杂问题。

表6 HIBDRILL钻井液与油基钻井液钻井机械钻速与密度的对比

[1]欧阳伟，杨刚，贺海，等 .MEG钻井液技术在剑门1井超长小井眼段的应用 [J].钻井液与完井液，2009，26（6）：21～23.

[2]刘在桐 .甲酸盐钻井液体系研究与应用 [A].钻井承包商协会论文集 [C].北京：石油工业出版社，2004.78～89.

[3]陈乐亮，汪桂娟.甲酸盐基钻井液完井液体系综述 [J].钻井液与完井液，2003，20（1）：31～36.

[4]李剑，赵长新，吕恩春，等 .甲酸盐与有机盐钻井液基液特性研究综述 [J].钻井液与完井液，2011，28（4）：72～77.

[5]王西江，曹华庆，郑秀华，等 .甲酸盐钻井液完井液研究与应用 [J].石油钻探技术，2010，38（4）：80～83.