高效水基钻井液在苏里格南小井眼的应用与评价

刘社明，董易凡，杨圣方，刘博卿

中国石油长庆油田苏里格南作业分公司 （陕西 西安 710018）

■工程建设

高效水基钻井液在苏里格南小井眼的应用与评价

刘社明，董易凡，杨圣方，刘博卿

中国石油长庆油田苏里格南作业分公司 （陕西 西安 710018）

针对155.6mm（618＂）小井眼钻井时扭矩大、环空间隙小、摩阻大、携砂困难、大段泥岩剥落掉块等施工问题，决定小井眼的钻井液采用高效水基钻井液体系。该体系中的主剂ZJ-1、BBJ、RH-1通过相互协同作用可以在井壁岩石和钻屑表面形成薄膜，很大程度地提升了体系的抑制性、包被性和润滑性。该钻井液性能稳定易维护抗污染能力强，并且无毒，易生物降解，较好地满足了当地环境保护的要求，特别针对部分地层的强水敏性泥岩有着显著效果，缩短了钻井时间，大大减少了泥浆的稀释率，保障了井壁稳定和井下安全。

小井眼；高效水基钻井液体系；聚胺抑制剂

苏里格南区块地处鄂尔多斯盆地，自2011年大规模开发以来，二开井段一直采用215.9mm（812＂）井眼的钻井工艺。二开井段上部井段（垂深800～3 100m）泥浆采用无固相聚合物钻井液体系，该体系的最大特点是比重低、固相低、成本低、不控失水、机械钻速高等特点，但是需要在地面挖将近2 000 m3的泥浆坑配合该体系进行钻屑的自沉降处理。但是自2015年1月，新的环保法颁布实施以后，鄂尔多斯当地环保部门要求整个大苏里格地区所有钻井作业执行“泥浆不落地”的原则，所有的地面泥浆池和排污池将不再允许使用。在此情况下，无固相钻井聚合物体系只能采用循环罐闭路系统，通过固控设备来清除固相，但是效果很差，钻井过程中出现定向托压、泥岩垮塌、地面设备岩屑清除效果不好、固相含量居高不下等现象。完钻后，出现测井困难，测井工具卡死，打捞，最后不得以实施钻杆输送测井等。如SNXXX-09井，钻井时由于泥浆的抑制性差，直罗组出现大量掉块，电测时发生卡电测仪器事故，使用三球打捞筒打捞失败，最终将钢珠磨损后，下入卡瓦打捞筒解除事故，最后采用钻杆输送测井，该井处理事故耗时282h。针对此技术难题，在小井眼155.6mm（618＂）施工时，决定采用强抑制性的高效水基泥浆钻井液体系，该体系在SNXXX-01井的二开井段成功进行了现场应用，并取得了良好效果。

1 高效水基钻井液体系

1.1 体系介绍及其特点

高效水基钻井液体系（HPWBF）是一种强抑制性能的水基钻井液[1]，可以提高整体的钻井液性能，同时产生惰性的废弃物而有利于后期的处理与排放。该体系的特点如下：

1）低胶体含量；

2）强抑制性和润滑性；

3）低稀释率，低毒性；

4）环保无氯根；

5）不分散；

6）剪切稀释性。

1.2 体系的配方及性能

高效水基钻井液体系的配方及性能如表1、表2所示。

表1 高效水基钻井液配方

表2 高效水基钻井液设计性能

1.3 核心添加剂及其工作机理

高效水基钻井液核心添加剂的作用机理如下[2]。①抑制剂ZJ-1具有独特的分子结构，其分子能很好地镶嵌在黏土层间，并使黏土层紧密结合在一起，从而降低黏土吸收水分的趋势。它主要是中性的胺类化合物分子通过金属离子吸附在黏土上，或者是质子态的胺通过离子交换作用替代金属离子。②润滑剂RH-1能在金属和岩石表面形成一层油膜，使金属和钻屑表面的润湿性发生改变，防止钻屑的聚结和黏附，从而提高机械钻速。③包被剂BBJ是一种分子量在100万左右，极易溶于水的阳离子共聚物乳液，起包被钻屑和稳定泥岩作用，具有良好的生物降解性。这种共聚物能在泥岩和钻屑表面形成保护膜，避免钻屑黏糊振动筛和钻屑相互黏结。其合适的电荷密度能限制水穿透黏土颗粒，改善聚合物和黏土间的键和能力。④黄原胶HXC是糖类经黄单胞杆菌发酵，产生的胞外微生物多糖。由于他的大分子特殊结构和胶体特性，可以改善钻井液的流动性，提高钻井液的低剪切速率。

2 现场钻井液技术

2.1 地质工程概况

SNXXX-01井位于苏里格南作业区块，地处毛乌素沙漠南部，地势平缓,属于陆地生产井。该井为小井眼试验井，目的是降本增效，减少钻屑，控制污水的产生量，保护当地环境。同时为了评价境内储层的非均质性，落实盒8和山1主力气层，搞清储层展布和含气性。在该井钻井过程中，特别是二开由膨润土浆转化为高效水基钻井液后性能稳定，施工顺利，多次起下钻均畅通无阻，无复杂事故。

SNXXX-01井位一口二开四段制定向开发井，井深为3 788 m,垂深为3 696 m,最大井斜为18°。套管程序为Φ218.4 mm×Φ177.8 mm+Φ155.6 mm×Φ88.9 mm。目的层为盒8段和山1段。固井方式为无油管固井一次上返工艺，完井方式为射孔和TAP阀投球压裂工艺。

2.2 配置和转化

由于环保和废物量的压力，必须考虑一开膨润土浆的重复利用，所以将循环罐内一开膨润土浆放掉1/3，然后通过固控设备和加水稀释的办法控制膨润土含量＜20 g/L,密度＜1.04 g/cm3处理好后按配方依次加入药品。调整钻井液性能至开钻水平。下入钻具，开泵将套管内的钻井液全部顶替直接放掉。待钻井液循环好后。更换2个振动筛一个孔径为74μm，一个振动筛孔径为95μm，同时开启除砂器，除泥器和离心机，实时监测钻井液密度和黏度，严格控制钻井液的比重、固体含量、含砂量和膨润土含量。

2.3 钻井液维护与处理

1）钻进过程中不断补充ZJ-1、BBJ和RH-1等处理剂，主剂以胶液维护为主，保持有效的含量，确保钻井液具有良好的抑制性和润滑性，同时严格控制膨润土含量，防止井塌和井壁不稳定现象的发生。根据需要补充其他相关处理剂，调整钻井液性能达到设计要求，保证井下安全。

2）钻井过程中，每钻井200 m根据需要交替打5 m3稠塞或者稀塞帮助携砂清洗，保证井眼的清洁。同时定期做短程起下钻、拉井壁、破坏并清除岩屑床，保证井眼的通畅和安全。

3）钻井过程，始终关注振动筛的返砂情况，同时开启全部固控设备清除有害固体。开启离心机，以补充胶液的方法降低钻井液的固体含量，确保钻井液比重、黏度、固体含量、含砂量、失水量等参数控制在设计范围。

4）保证钻井液体系中润滑剂的有效含量，钻井过程中发现扭矩，拉力异常或者定向托压时，即使增加润滑剂RH-1加量，防止放生卡钻事故。

5）进入到刘家沟易漏底层之前，提前在体系中加入一定量的超细碳酸钙，防止在刘家沟易漏地层放生渗漏或者大面积漏失。在钻遇刘家沟地层时，控制起下钻的速度，通过平稳开泵等措施，避免由于激动压力在该层位发生漏失。

6）进入石河子组之前，在石千峰组以胶液的形式加入降失水剂和防塌剂，控制API失水量＜6 mL，同时根据需要，及时加入重晶石，提高钻井液的密度。

7）进尺钻完后，充分循环钻井液，将井筒内砂子携带干净，搞好短程起下钻，保证井眼通畅。同时在现有完钻钻井液密度1.16 g/cm3的基础上，提高钻井液密度至1.18 g/cm3来支撑井壁，确保了后期电测和下套管的顺利完成。

2.4 钻井液性能

高效水基钻井液在SNXXX-01井二开井段应用，具体性能见表3。该井二开开钻日期2016年6月15日，完钻日期2016年7月4日。

表3 SNXXX-01井2016年二开期间性能监测结果

3 钻井液评估

3.1 包被良好的岩屑

1）图1的岩屑取自井队的震动筛，层位分别为泥岩段较多的直罗组、延安组、延长组、纸坊组及和尚沟组。

2）从图1中可以看出，振动筛返出的岩屑颗粒大小均匀且包被良好。

3）从岩屑颗粒形态上看，充分说明了该体系中使用的ZJ-1聚胺抑制剂具有良好的抑制性，防止了泥岩的水化和分散。岩屑包被良好，也充分说明了BBJ具有良好的包被抑制性。

图1 振动筛岩屑返出情况

3.2 电测过程顺利

完钻后起钻进行电测作业，电测一共两趟，都顺利一次到底。SNXXX-01井电测过程中没有发生下放过程遇阻及卡电缆的事故，说明该井没有较大的狗腿、大肚子及缩径井段。

3.3 螺杆使用寿命

钻井过程中，钻井液一直保持较低的固相含量和含砂量，保障了螺杆的使用寿命。螺杆设计使用寿命为120h（表4）。

表4 螺杆使用寿命统计

3.4 泥浆稀释率

二开后，由于钻井液具有良好的抑制性，固控设备工作良好，大量的有害固相通过固控设备能够得到有效地清除，保证了钻井液的性能[3]。

二开后，一共放浆60 m3,完钻后钻井液体系共180 m3,稀释率只有33%。

3.5 井下安全

1）由于该钻井液体系具有良好的润滑性，二开后最大附加拉力为26t。

2）API失水从二开井段开始就得到控制，进入油气层后失水进一步降低，没有发生压差卡钻现象。

3）井眼通畅没有发生钻具遇阻和环空憋堵现象[4-5]。

3.6 岩屑收集量

由于该井为155.6mm（618＂）小井眼，配合良好的钻井液性能和较低的钻井液稀释率，完钻后岩屑收集量为248 m3,只有215.9mm（812＂）井眼的1/2。

4 结论

1）高效水基钻井液体系中的主剂ZJ-1、BBJ和RH-1经相互协同作用后可以在井壁岩石和钻屑表面形成膜，很大程度地提升了体系的抑制性和润滑性。

2）高效水基钻井液配合良好的固控设备，保证了该体系的性能参数，特别针对直罗组和延安组地层易剥落掉块，以及延长组和纸坊组部分地层的强水敏性泥岩有着显著效果。

3）高效水基钻井液性能稳定，抗污染能力强，并且无毒，易生物降解，满足了当地环境保护的要求。

4）高效水基钻井液性能良好，较低的固相含量和含砂量，保障了螺杆的使用寿命，减少了由于螺杆失效多次起下钻造成的非作业时间（NPT）。

5）高效水基钻井液无荧光，有利于地质卡层，确保油气层的及时发现和准确评价。

6）综上所述，由于该钻井液具有良好的性能及可控的成本，因而具有广阔的推广应用前景。

[1]黄焕阁,崔应中,王 荐,等.大位移井高性能水基钻井液技术研究[J].内蒙古石油化工,2014(17)：113-114.

[2]张 捷,许 根.聚胺钾盐钻井液在哥伦比亚南部区块的应用[J].钻井液与完井液,2014,4(31)：86-88.

[3]Jim Hayes,Bill Beasley.One-Sack HPWBM System Improves Drilling Efficiency[Z].AADE-04-DF-HO-43,2004：2-3.

[4]HALLIBURTON.High Performance Water-Based Systems[Z].BaroidTech,2010：1-4.

[5]Jeff Elliott,Bill Sills.New Inhibitive Water-based Fluid Provided Drilling Performance Comparable to Invert Emulsion Systems in Reactive Shale Sections[Z].AADE-05-NTCE-03,2005：4-6.

An efficient water base drilling fluid was used in slim hole drilling of southern Sulige according to the difficulties encountered in the drilling of 155.6 mm slim hole,such as large torque,small annular space,large friction,difficult sand carrying,mudstone spalling,and so on,its own characteristics of the block.The main agents ZJ-1,BBJ and RH-1 in the drilling fluid system can form film on the well wall rock and drill cuttings surface by the synergistic effect of them,which greatly improves the inhibition and the lubricity of the system.The drilling fluid has the advantages of stable performance,easy maintenance and strong anti pollution ability,and is non-toxic and easy to degrade.It can meet the local environmental protection requirements,especially for water sensitive mudstone formation,it shortened drilling time,greatly reduces the dilution rate of mud,and ensures the stability and safety of wellbore.

slim hole;efficient water base drilling fluid;polyamine inhibitor

刘社明（1966-），男，高级工程师，主要从事钻井及压裂工程技术研究和管理工作。

2017-07-11