BZ34-9油田定向井钻井液体系优选与应用

许 杰，何瑞兵，林 海 ，魏子路，崔应中，王 荐，向兴金，4

(1.中海油天津分公司渤海石油研究院，天津 300459；2.中海油田服务股份有限公司，天津 300452；3.湖北汉科新技术股份有限公司荆州市汉科新技术研究所，湖北 荆州 434000；4.长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100)

BZ34-9油田定向井钻井液体系优选与应用

许 杰1，何瑞兵1，林 海1，魏子路2，崔应中3，王 荐3，向兴金3，4

(1.中海油天津分公司渤海石油研究院，天津 300459；2.中海油田服务股份有限公司，天津 300452；3.湖北汉科新技术股份有限公司荆州市汉科新技术研究所，湖北 荆州 434000；4.长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100)

BZ34-9油田是近年来在渤海海域新发现的一个优质油气田，前期勘探开发钻井作业过程中，存在阻卡和漏失等复杂情况，增加了作业成本。为减少复杂情况的发生，同时满足储层保护需要，对BZ34-9油田定向井钻井作业主要问题进行了分析，对钻井液体系进行了优选，并对现场应用效果进行了评价。结果表明，非储层段选择改进型PEC钻井液体系、储层段选择PEM钻井液体系能够减少复杂情况的发生，且能满足储层保护要求。该技术的应用，一方面降低了综合作业费用，另一方面为BZ34-9油田的安全高效开发提供了钻井液技术支持。

定向井；钻井液；阻卡；漏失

Abstract：BZ34-9 oilfield,which discovered in recent years,is a high quality oilfield in Bohai Sea.During the drilling operation process of the early exploration and development,there are complicated conditions such as pipe sticking,leakage and so on,which increase the operation cost.To reduce complicated conditions and meet the requirements of reservoir protection,we analyzed the main problems in drilling operation process of BZ34-9 oilfield directional well,optimized the drilling fluid system of directional well,and evaluated the efficiency of field application.When improved PEC drilling fluid system was used in non-reservoir well interval,and PEM drilling fluid system was used in reservoir well interval,the complicated conditions would reduce and drilling fluid would meet the requirements of reservoir protection.The application of this technique,on the one hand,decreased the integrated operation cost,and on the other hand,provided drilling fluid technology support for the safe and efficient development of BZ34-9 oilfield.

Keywords：directional well;drilling fluid;pipe sticking;leakage

BZ34-9油田位于渤海黄河口凹陷上，其构造发育多套储盖组合，含油储层为明下段、馆陶组、东营组和沙河街组。BZ34-9油田前期钻井以探井和直井为主，作业过程中存在阻卡和漏失等复杂情况，后期开发需要对钻井液体系进行优化以降低成本，同时满足钻井作业安全和储层保护需要。为此，作者对前期钻井作业过程中遇到的复杂情况进行了分析，优选出适合后期开发钻井作业的钻井液体系并开展了评价研究和现场应用，为减少后期作业复杂情况、降低综合成本、同时保护储层提供技术支持。

1 钻井作业主要问题分析

BZ34-9油田前期作业主要为探井和直井，一开和二开井段使用海水般土浆体系，三开12-1/4″上部井段使用海水般土浆体系，下部使用氯化钾聚合物钻井液体系，储层段使用PEM钻井液[1]和HIBDRILL钻井液体系。前期钻井作业过程中出现的复杂情况主要为阻卡，个别井发生了漏失。阻卡主要发生在12-1/4″井段和8-1/2″井段的明化镇组和东营组。漏失主要发生在8-1/2″井段的沙河街组。前期钻井井壁存在扩径和缩径等井壁失稳情况，主要表现在12-1/4″井段上部扩径、下部扩径和缩径，8-1/2″井段略有扩径。

1.1 阻卡原因分析

1.1.1 地层岩性因素

上部平原组、明化镇组和馆陶组地层普遍存在软泥岩，粘土矿物含量高，粘土矿物中以伊蒙混层和伊利石为主，其次为高岭石和绿泥石，伊蒙混层的间层比较高，约70%～90%；下部馆陶组、东营组和沙河街组地层普遍存在玄武岩和硬质泥岩，尤其东营组往下地层分布较多玄武岩，馆陶组和东营组的玄武岩疏松或致密，沙河街组的玄武岩致密，粘土矿物组分中伊蒙混层的间层比下降，最低为20%。钻井过程中振动筛返出物与地层岩性情况一致，上部地层返出物为大量粘软岩屑及少量泥团，下部地层返出物为较多井壁剥落碎屑及玄武岩、砂泥岩掉块。

BZ34-9-5井钻屑CEC值测定结果如表1所示，钻屑水化膨胀性测定结果如表2所示，钻屑分散性测定结果如表3所示。

由表1可知，地层层组自上而下，钻屑的CEC值总体呈下降趋势，说明蒙脱石相对含量呈下降趋势，结果与粘土和全岩趋势一致。由表2可知，馆陶组及馆陶组以上地层钻屑具有一定的水化膨胀性，膨胀率在17.6%～21.9%，东营组钻屑的水化膨胀性较弱，膨胀率约为5.0%，自上而下钻屑的水化膨胀性总体呈减弱趋势。由表3可知，馆陶组及馆陶组以上地层钻屑回收率都很低，只有1%左右，说明上部地层钻屑极易水化分散，属于强分散岩性；东营组和沙河街组钻屑回收率相对较高，约17%，分散性弱于上部地层[2]。

表1钻屑CEC值测定结果

Tab.1DeterminationresultsofdrillingcuttingsCECvalue

层组井深/mCEC值/[mmol·(100g)-1]平原组860～87032.8明化镇组1010～102023.21310～131530.91535～154032.91830～183535.1馆陶组2130～21357.5东二段2665～267027.0东三段2890～28957.7沙一段3045～305014.3沙三段3280～32857.95

表2钻屑水化膨胀性测定结果

Tab.2 Determination results of drilling cuttingshydration expansibility

注：实验条件为80 ℃、16 h、0.7 MPa。

表3钻屑分散性测定结果

Tab.3Determinationresultsofdrillingcuttingsdispersity

层组井深/m钻屑质量/g实验前实验后钻屑回收率/%平原组810～820200.190.95明化镇组1530～1540200.180.90馆陶组1980～1985200.221.10东营组2665～2670203.5017.50沙河街组3190～3195203.2316.15

注：实验条件为80 ℃、16 h。

1.1.2 钻井液因素

前期三开主要使用氯化钾聚合物和PEM钻井液体系，使用了较多的无机盐抑制剂氯化钾。氯化钾加入钻井液，会导致钻井液矿化度升高、活度降低，而地层矿化度相对较低、地层水活度高于钻井液的活度，进而在钻井液和地层之间形成一个较高的渗透压。在这个渗透压的作用下，地层中的自由水向钻井液迁移，同时近井壁地带和钻井液之间发生离子交换，近井壁地带泥岩离子交换后趋于硬化，钻井液侵入地层滤液中的钾离子随着侵入深度的增加而消耗殆尽，滤液继续侵入接触远井壁地层泥岩后导致粘土水化膨胀[3]。最终，近井壁地带泥岩趋于硬化，远井壁地带趋于水化膨胀挤压近井壁地带岩石，钻进和起下钻时，钻具摩阻增大，且井径缩小更容易诱发阻卡。

1.2 漏失原因分析

根据地质资料，主要目的层东营组和沙河街组地层存在断层，因此存在漏失风险。如BZ34-9-2井预测明化镇组、馆陶组、东一段钻遇断层，断距分别为50 m、10 m和17 m；BZ34-9-5井预测2 678～2 159 m钻遇断层，断距约为22 m。前期作业共计4口井发生了漏失，漏失时钻进层组为东营组和沙河街组，与断层预测情况相吻合。现场通过加入堵漏剂和循环堵漏方式解决了漏失问题。

2 钻井液体系优选

改进型PEC钻井液体系配方：3%海水膨润土浆+0.2%Na2CO3+0.2%NaOH+0.3%PF-PAC-LV+0.5%包被剂PF-PLH+1.5%增黏降滤失剂PF-VIF+2.0%防塌降失水剂PF-DYFT-Ⅱ+1.5%胺基硅醇PF-HAS，重晶石加重至1.30 g·cm-3。

PEM钻井液体系配方：3%海水膨润土浆+0.2%NaOH+0.3%Na2CO3+0.3%PAC-LV+0.5%包被剂PF-PLH+2%降滤失剂PF-RS-1+2%降滤失剂PF-TEMP+2.0%封堵剂PF-DYFT-Ⅱ+2.0%封堵剂PF-LPF+3%聚合醇+5%抑制剂KCl+0.1%增黏剂XC，重晶石加重至1.30 g·cm-3。

改进型PEC钻井液体系和PEM钻井液体系性能数据见表4。

表4钻井液体系性能数据

Tab.4 Performance data of drilling fluid systems

注：AV为表观黏度；PV为塑性黏度；YP为动切力；Φ6/Φ3为六速旋转黏度计6 r·mim-1和3 r·mim-1时的读数；GEL为静切力；FLAPI为钻井液的API滤失量；FLHTHP为钻井液的高温高压滤失量；流变性测定温度为50 ℃；改进型PEC实验条件为80 ℃、3.5 MPa、30 min；PEM实验条件为120 ℃、3.5 MPa、30 min。

2.1 非储层段钻井液体系选择

上部井段推荐使用改进型PEC钻井液体系。改进型PEC钻井液体系是一种专用于软泥页岩地层钻进的钻井液体系，目前已在渤海其它油田区块大规模推广应用，并取得了良好的应用效果。改进型PEC钻井液中主要功能材料为一种具有亲水和亲油基团两亲结构的表面活性剂胺基硅醇PF-HAS[4]，一方面，该材料能在岩石表面形成吸附层，将亲水的岩石表面变为亲油从而阻碍岩石水化，同时有助于减少钻出岩屑的水化分散和粘结，有利于预防泥包和粘卡；另一方面，胺基硅醇分子中又含有胺基，通过电荷吸附压缩粘土双电层从而削弱粘土的水化膨胀能力。另外，由于体系中只含有较少的离子，不会与地层发生大量的离子交换进而诱发井壁硬化，从而避免和减少阻卡的发生。

该技术弥补了以往活性软泥页岩地层钻井液体系流变性难以调控、维护补加困难、后期持续放浆的问题，大大缩短了钻井周期[5]。

2.2 储层段钻井液体系选择

针对定向井储层段钻井作业，室内对现场储层段使用的HIBDRILL钻井液体系和PEM钻井液体系进行了性能和钻井液成本综合对比。两者综合性能相近；由于HIBDRILL钻井液体系使用了有机盐加重剂，所以成本较高。综合考虑，储层段钻井作业最终选择PEM钻井液体系。

2.3 钻井液体系性能评价

根据地质资料，非储层段地层最高渗透率约为1 200 mD，储层段最高渗透率约为2 300 mD。改进型PEC钻井液体系和PEM钻井液体系高温老化前后流变性能稳定，高温高压滤失量少，岩屑热滚回收率超过80%，高温高压砂床渗漏量为0，具有良好的流变性能、抑制性和封堵能力。其中岩屑热滚回收率所用岩屑为BZ34-9-5井1 980～3 195 m过6～10目的钻屑。

3 现场应用效果分析评价

BZ34-9油田三开井段作业情况统计如表5所示。其中，改进型PEC钻井液体系在BZ34-9-7和BZ34-9-8两口井的12-1/4″井段进行了应用。

表5 BZ34-9油田三开井段作业情况统计Tab.5 The third spud section assignment statistics of BZ34-9 oilfield

由表5可知，从纯钻进时间和遇阻时间来看，BZ34-9-7和BZ34-9-8两口井与前期作业井相比，12-1/4″井段纯钻进时间短、阻卡时间短，提高了时效，降低了综合成本。

室内用获取的BZ34-9油田东三段储层岩心对PEM钻井液体系开展了储层保护性能评价，结果如图1所示。

图1 PEM钻井液体系储层保护性能

由图1可知，PEM钻井液体系单项流体污染岩心渗透率恢复值大于85%。表明PEM钻井液体系具有良好的储层保护效果。

4 结论

BZ34-9油田前期钻井作业过程中主要存在阻卡和漏失等复杂情况，阻卡原因主要为上部非储层段软泥岩水化膨胀和钻屑水化引起缩径和泥团泥包，进而导致起下钻遇阻；漏失原因主要为地层存在断层。后期开发钻井作业重点要解决阻卡问题，通过优选，非储层段选择了改进型PEC钻井液体系，现场应用后，遇阻时间明显缩短，作业顺利；储层段选择成本较低的PEM钻井液体系，储层岩心污染实验结果表明其储层保护效果良好。钻井液技术的研究与应用，在满足钻井安全和储层保护的同时，能够缩短海上作业时间，有利于油田降本增效。

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SelectionandApplicationofDrillingFluidSystemUsedinBZ34-9OilfieldDirectionalWell

XU Jie1,HE Rui-bing1,LIN Hai1,WEI Zi-lu2,CUI Ying-zhong3,WANG Jian3,XIANG Xing-jin3,4

(1.BohaiOilfieldResearchInstitute,TianjinBranchofCNOOC,Tianjin300459,China;2.ChinaOilfieldServicesLimited,Tianjin300452,China;3.JingzhouHANCNew-TechnologyResearchInstitute,HubeiHANCNew-TechnologyCo.,Ltd.,Jingzhou434000,China;4.CollegeofPetroleumEngineering,YangtzeUniversity,Wuhan430100,China)

TE254.4

A

1672-5425(2017)09-0057-04

2017-04-05

许杰(1980-)，男，山东日照人，高级工程师，主要从事钻完井技术管理和科研工作，E-mail:xujie@cnooc.com.cn。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.09.012

许杰，何瑞兵，林海，等.BZ34-9油田定向井钻井液体系优选与应用[J].化学与生物工程，2017，34(9)：57-60.