非常规油气井钻井液优化技术

魏 振 峰

(中石化华北石油工程有限公司西部分公司， 郑州 450000)



非常规油气井钻井液优化技术

魏 振 峰

(中石化华北石油工程有限公司西部分公司， 郑州 450000)

摘要：针对非常规油气藏开发中存在的强水敏性，水平井在长段泥岩中钻进时存在的井壁稳定性差、摩阻大、携岩差以及储层污染等问题，通过室内试验优选出梳型弧状结构乳化剂，优化有机土和降滤失剂加量，形成抗温达 180 ℃、密度为2.1 g�cm3的油基钻井液配方，并对其综合性能进行评价。该钻井液配方在沙特KHRS区块和塔河油田应用后，解决了非常规油气井井壁稳定性差、携岩差以及润滑防卡等问题，减少了井下事故的发生，提高了机械钻速。现场维护处理简单，能满足安全快速钻井施工的需要。

关键词：油基钻井液； 非常规油气藏； 水敏性地层； 井壁稳定； 防塌钻井液

1研究思路

研究主要从4个方面进行考虑[1-3]：(1)采用抗高温润湿剂改善重晶石的亲油性，提高重晶石在油中的分散性，采用细颗粒(400目～500目)的重晶石，提高重晶石高温下的悬浮稳定性；(2)采用对温度敏感性小的沥青类降滤失剂和抗高温有机土，减弱钻井液对温度的敏感性，确保钻井液在低温、低剪切速率下具有高黏度，同时在高温、低剪切速率下还有一定的黏度及良好的携岩能力；(3)通过选用超细颗粒材料、纤维材料，确定合理的粒径级配，以提高钻井液封堵能力，减少循环漏失量；(4)采用油基钻井液，因其可以回收循环利用，能有效降低钻井施工成本，且有利于环境保护。

2室内试验

2.1关键处理剂对钻井液性能影响评价

(1)乳化剂加量。通过大量实验研发了梳形弧状结构乳化剂[4-7]，并通过室内试验评价乳化剂加量对钻井液性能的影响，试验结果见表1。当乳化剂加量为4.0%～5.0%时，钻井液体系具有良好的流变性和较低的滤失量。

(2)有机土加量。有机土加量对钻井液性能的影响见表2。由表2可知，随着有机土加量的增加，钻井液黏切逐渐上升，失水变化不大，钻井液悬浮稳定性更好。当加量为4.0%～5.0%时，钻井液流型较好。

表1　乳化剂加量对钻井液性能影响

注：①基浆配方，基油+乳化剂+5%有机土+4%降滤失剂+355 g重晶石；②钻井液密度为1.65 gcm3

(3)降滤失剂加量。降滤失剂对钻井液性能的影响见表3。降滤失剂加量在4.0%～6.0%，钻井液具有较低的滤失量和良好的流变性。

表2　有机土加量对钻井液性能影响

注：①基浆配方，基油+5%乳化剂+有机土+4%降滤失剂+355 g重晶石；②钻井液密度为1.65 gcm3

2.2油基钻井液综合性能评价

表3　降滤失剂加量对钻井液性能影响

注：①基浆配方，基油+5%乳化剂+5%有机土+降滤失剂+355 g重晶石；②钻井液密度为1.65 gcm3

采用低毒环保5#白油作为连续相[8-10]，在控制乳化剂、有机土和降滤失剂加量的基础上，优选润湿剂、提黏切剂等处理剂加量，形成油基钻井液配方：5#白油+4%～5%乳化剂+4%～5%有机土+4%～6%降滤失剂+1%～2%润湿剂+1%～2%提黏切剂+3%CaO+重晶石。通过室内试验评价了密度及温度对钻井液性能的影响，结果见表4、表5。

表4　不同密度钻井液性能

注：①基浆配方，5#白油+4%乳化剂+5%有机土+4%降滤失剂+2%润湿剂+2%提黏切剂+3%CaO+重晶石；②测定温度为60 ℃

表5　不同温度老化后钻井液性能

注：①基浆配方，5#白油+5%乳化剂+4%有机土+4%降滤失剂+1.5%润湿剂+1%提黏切剂+3%CaO+340 g重晶石；②测定温度为60 ℃

从表4和表5可知，在不同温度、不同密度条件下，室内研究得出的钻井液体系性能稳定、悬浮能力好、滤失量低，能够满足现场钻井施工需要。

3现场应用

3.1沙特KHRS区块应用效果分析

油基钻井液应用于沙特KHRS区块的多口井中，结果表明，采用油基钻井液效果显著，主要体现在以下5个方面：

(1)高温、高密度下体系稳定性好。KHRS-506井施工过程中密度最高达到1.65 gcm3，井底最高温度为130 ℃，油基钻井液体系稳定、无沉降，起下钻畅通无阻，电测一次成功。

(2)油基钻井液体系抑制性好，井壁稳定，井下安全。相对于普通水基钻井液，油基钻井液具有更好的抑制性，抗污染能力强。在泥岩和砂岩地层钻进过程中不造浆，性能稳定易于维护。使用油基钻井液钻进过程中基本无掉块现象，确保了井下安全。

(3)井径规则。使用油基钻井液钻进施工的5口井井径扩大率见表6，井径扩大率介于2.40%～10.90%。

(4)润滑性好，定向容易。在整个定向期间，工具面易摆、无黏卡、无托压现象，定向顺利，在一定程度上提高了机械钻速。5口井摩阻统计数据见表6。

(5)钻井液滤失量小，储层保护效果好。5口井中压滤失量为零，高温高压滤失量均在2 mL左右。

表6　油基钻井液使用效果

3.2塔河油田DG3井现场应用效果分析

DG3井是位于塔里木盆地库车坳陷亚肯3号构造上的一口五开制风险探井，设计井深7 146.00 m，完钻井深7 091.00 m。在四开钻进过程中于舒善河组钻遇强水敏性泥岩(井深6 799.58 m)，导致多次卡钻，最终爆破松扣被迫填井侧钻。为确保井下安全，侧钻后使用润滑抑制性较强的油基钻井液钻进，直至四开完钻。在使用油基钻井液钻进过程中，钻井液密度最高达1.65 gcm3，流型较好，其性能见表7。钻进过程中井壁较为稳定，井径规则，见图1，没有发生任何复杂情况。四开钻进中使用水基钻井液，钻进过程中掉块严重，见图2；使用油基钻井液钻进过程中钻屑均匀，起下钻顺畅，岩屑见图3。

图1　DG3井水基油基钻井液钻进井段井径对比

井深∕mρ∕(g·cm-3)FV∕sFLAPI∕mLFLHTHP∕mLPV∕mPa·sYP∕PaGel68001.637601.840150.4668501.637601.843170.4669001.647802.041140.4769801.657801.843160.50

图2　DG3井(水基)舒善河组掉块

DG3井使用水基钻井液钻进井段，井径扩大率为29.3%，井径最大处为343 mm，使用油基钻井液钻进井段平均井径扩大率仅为2.3%，中完作业中井壁稳定，通井、测井、固井施工顺利。

图3　DG3井油基钻井液钻进中的岩屑

4结语

室内试验和现场应用效果分析表明优化后的油基钻井液具有以下几个优点：(1)具有较强的抑制性，钻进过程中井壁稳定、井径较为规则，降低了钻井施工的风险，提高了机械钻速；(2)具有极好的携岩性能和润滑性能，降低了定向施工难度；(3)体系密度调控范围比较大，且可抗高温；(4)处理剂种类较水基钻井液处理剂种类少，现场维护处理简单；(5)可回收重复利用，其回收比例能达到70%，降低了钻井成本。

参考文献

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Optimization Technology of Unconventional Oil and Gas Well Drilling Fluid

WEIZhenfeng

(Western Branch, Sinopec North China Petroleum Engineering Co. Ltd., Zhengzhou 450000, China)

Abstract:To solve the problems of strong water sensitivity interval, long period of mudstone section of borehole wall stability, large friction, poor rock carrying and reservoir pollution in unconventional reservoirs′ development, an oil-base drilling fluid formulation was developed through laboratory test. The comb type arc structure emulsifier, organic soil and filtrate reducer was optimized and its resistance to temperature is 180 ℃ with density of 2.1 gcm3. The comprehensive performance of the formula was evaluated and applied successfully in KHRS region of Saudi Arabia and Tahe oilfield. Some problems were solved such as stable borehole, rock carrying and lubrication anti jamming of a drilling tool in unconventional reservoirs. Downhole accidents were reduced drastically and the rate of penetration was improved. The on-site maintenance process is simple and could meet the need of drilling safely and quickly.

Key words:oil-base drilling fluid; unconventional reservoir; water sensitivity formation; stable borehole; anti-sloughing drilling fluid

收稿日期：2015-08-20

基金项目：“十二五”国家重大专项“大型油气田和煤层气开发”( 2011ZX05045-03-03)

作者简介：魏振峰(1979 — )，男，工程师，研究方向为钻井工艺及钻井液研究与现场应用。

中图分类号：TE254

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2016)03-0050-04