镶嵌膜屏蔽钻井液在水平井中的应用

刘高

中国石化华北分公司工程监督中心(河南郑州450006)

镶嵌膜屏蔽钻井液在水平井中的应用

刘高

中国石化华北分公司工程监督中心(河南郑州450006)

介绍了镶嵌膜屏蔽钻井液技术发展、特点及其优势，针对其在华北分公司杭锦旗工区水平井应用试验过程中技术特点进行分析研究，并对试验过程中出现的复杂、不足等情况进行总结。该体系对于提高井壁稳定有它独特的优势，能够实现固液分离、循环利用和不排浆，镶嵌膜体系与不落地设备组合运行，能够彻底消灭传统泥浆坑。

镶嵌膜屏蔽钻井液;钻井液性能;井漏预防;水平井

杭锦旗地区为中国石化华北分公司重点勘探开发领域，杭锦旗地区石盒子组已形成2个主要生产层，多口井工业气流的获得，显示出该区块巨大的勘探及开发潜力。杭锦旗地区泊江海子断裂带的影响导致井漏频发、钻井周期、生产成本居高不下，严重制约了勘探开发步伐。针对上述问题，通过试验镶嵌膜屏蔽钻井液体系在水平井中的应用，为该地区勘探开发奠定坚实基础。

镶嵌膜屏蔽钻井液技术起源于屏蔽暂堵技术，屏蔽暂堵技术先后有常规屏蔽暂堵技术、广谱屏蔽暂堵技术［1］和理想充填屏蔽暂堵技术等。这些屏蔽暂堵技术要求暂堵剂粒子尺寸小孔隙或裂缝尺寸，且按一定规则与储层孔喉尺寸严格匹配，因此准确获取储层孔隙尺寸及分布状况是成功实施屏蔽暂堵技术的前提和关键所在［2］。

该技术所用的镶嵌屏蔽剂是由高分子聚合物包裹屏蔽剂形成的，具有弹性可变性和直径大于储层孔隙直径的特征，在压差的作用下，镶嵌屏蔽剂颗粒部分镶嵌在孔隙入口处，将孔隙封堵住，其余部分仍在孔隙外面，以井壁“软套管”阻止钻井液滤液及固相颗粒进入地层，进而有效防止页岩水化膨胀及屏蔽地层孔隙和微裂隙，起到单向封堵的作用。此封堵材料的弹性可变性特征可使其对入口为不同形状的孔隙均具有良好的适应性，克服了刚性颗粒因不能变形而适应性差的缺点。根据其特点，该技术可用于国内大部分油气井勘探开发［3］。该技术曾在长庆油田定向井靖45520-02井实际应用，与临井使用的常规聚合物体系01井对比井径扩大率由8.3%降低到5.19%，使用过程中，达到了井眼规则、不造浆、用水量小、提高钻速、节能环保等设计的效果。

镶嵌膜屏蔽钻井液技术有利于防止钻井液进入储层内部，在反压差的作用下屏蔽层很容易解堵［4］。因此，该技术不需要特殊的解堵措施，完井后，在生产压差(负压差)的作用下，堵塞自动解除，储层恢复原来的渗透率，而不影响油井产能［5］。

1 镶嵌膜屏蔽钻井液技术在水平井中的应用

为响应国家日益严格的环保要求，以及从根本上解决水平井在鄂北工区达到可能化、现实化，中国石化华北油田分公司引进镶嵌膜屏蔽钻井液体系，在水平井中应用试验，彻底解决井漏、泥浆不落地、固液分离难等问题。

1.1 针对刘家沟组井漏对策

杭锦旗地区三叠系刘家沟组属于低破裂压力层段，存在垂直裂缝，易发生井漏。针对井漏问题，镶嵌膜屏蔽钻井液体系有良好的解决方法。

锦1井施工中为了使下部造斜段、水平段能够安全顺利进行，在钻穿刘家沟组进入石千峰组30m时，对刘家沟组井段做一次当量密度为1.25g/cm3的承压试验，关闭闸板防喷器使用单凡尔憋压做承压试验，立压憋压至3.0MPa，套压憋压至2.5MPa，稳压30min基本无压降，承压试验成功。为下一步水平段加重奠定基础，避免了由于加重导致薄弱地层的失稳(表1)。

表1 井漏对比数据表

由表1数据分析可知，镶嵌膜屏蔽钻井液体系镶嵌屏蔽剂颗粒部分镶嵌入孔隙入口处，将孔隙封堵住，对于预防井漏有明显的效果。

1.2 镶嵌膜屏蔽钻井液体系对水平井提供良好的钻井液性能技术保障

1)现场通过做API滤失量测定，对泥饼进行评价，薄而致密有韧性，触摸感非常光滑，无涩感。定向钻进时，基本无脱压现象，起下钻摩阻较小(本井导眼段最大井深井斜42.36°，起下钻摩阻为2～4t)。

2)锦1井在二开直井段和导眼造斜段施工中，塑性黏度在11～12mPa·s，动塑比一直保持在0.9～1.1。上直井段快速钻进过程中，加单根时没有倒返浆现象;下钻中途顶浆后也没有倒返浆现象。钻进至井深1 900m时振动筛返出少量掉块，掉块尺寸较大，棱角分明，没有重复破碎迹象，能一次性携带出井，最大掉块尺寸4cm×5cm。

3)一开固井时按照钾氨基聚合物体系井径扩大率15%计算，并加入5%的附加量，估算后水泥浆注入量26m3，返出地面10m3。通过反向计算，本井一开井眼扩大率在6.45%左右。二开直井段短起下钻过程中每柱均有轻微遇阻显示，上下活动钻具，钻具自动旋转，遇阻点通过。

钻遇煤层段时未加重，使用常规泥浆比重(1.11g/cm3)钻穿煤层，振动筛无掉块现象，后期短起下顺畅，无阻卡显示。

锦1井作为镶嵌膜屏蔽钻井液体系试验井的成功，标志着该体系在水平井应用的可行性。钻井液内微米颗粒镶嵌于井壁，造就良好的屏蔽性能，能够有效实现渗透承压，有效防止坍塌掉块及井漏，有利于地层结构的稳定;良好的抗冲刷性能，能够有效解决冲刷破坏弱胶结层段问题;通过调整屏蔽剂的添加量，可以控制体系的动、静切力在适合正常钻井的范围内;镶嵌膜屏蔽体系抗多种极度污染，固井水泥浆及钻塞均不会影响钻井液性能。

2 结论与建议

1)镶嵌膜屏蔽钻井液体系由于材料重复利用需要，振动筛采用粒径0.35mm筛网，大量颗粒处理任务落到除砂器上，除砂器处理量有限;且采用粒径0.35mm筛网，影响细砂岩和部分中砂岩地质录井工作。

2)镶嵌膜屏蔽钻井液由于泥质含量过高和黏度过高频繁出现泥包钻头现象，以及其对固控设备要求过高等问题，还需对新体系进行试验，结合工区地层特性不断优化钻井液性能指标以及现场钻井液维护处理方法。

3)镶嵌膜屏蔽钻井液体系虽然存在上述各种不足，但该体系对于提高井壁稳定有它独特的优势，能够实现固液分离、循环利用和不排浆，镶嵌膜体系与不落地设备组合运行，能够彻底消灭传统泥浆坑。

［1］黄达全，许少营，田增艳.广谱型屏蔽暂堵保护油层技术在大港油田的应用［J］.钻井液与完井液，2004，21(6):23-27.

［2］贺雷.新型膜屏蔽钻井液研究［D］.北京:中国石油大学: 2011.

［3］吕开河，乔伟刚，赵修太，等.镶嵌屏蔽钻井液研究及应用［J］.钻井液与完井液，2012，29(1):23-26，90.

［4］王飞，魏军，李元启，等.钻井液屏蔽暂堵技术在陕北探区的应用试验［J］.江汉石油学院学报，2003，25(2):70-71.

［5］刘爱军.新型屏蔽暂堵钻井完井液技术研究［J］.济南大学学报:自然科学版，2003，17(1):83-86.

The development，characteristics and advantages of the embedded membrane shielding drilling fluid technology are introduced.The technical characteristics of its application to the horizontal wells in North China Hangjinqi area are analyzed，and the problems occurring in its application are summarized.This system has its unique advantages in improving the stability of wellbore，it can realize the separation of the solid with the liquid，realize the cyclic utilization of the drilling fluid without the drainage of drilling fluid，and the traditional mud pit can be eliminated by the combination of the embedded membrane system with the no-landing equipment.

embedded membrane shielding drilling fluid;drilling fluid property;well leakage prevention;horizontal well

立岗

2015-06-04

刘高(1984-)，男，现主要从事钻井监督工作。