高性能钻井液体系在水平井钻井中的应用

2018-02-15董明

西部探矿工程 2018年4期

关键词：润滑性水基岩屑

董明

（大庆钻探工程公司钻井二公司，黑龙江大庆163413）

随着国内外各大油田的勘探开发的不断深入，水平井钻井应用已经越来越普遍。在水平井钻井施工中，保持井壁稳定、井眼清洁、润滑防卡，防止井下事故复杂的发生是关键，因此作为钻井血液的钻井液技术就显得尤为重要。

1 水平井钻井液技术特点

1.1 保持井壁稳定

水平井的井壁稳定与直井之间存在很大的差别，这主要是因为造斜井段与水平井段存在井斜角，使井壁的受力情况与直井相比发生了根本性的变化。特别是在水平井段，井眼的上井壁不仅受到纵向力和横向力的作用，而且还受到上覆岩层的压力作用，而井眼却处在悬空的状态，这样就很容易使井壁失去稳定性。当起下钻发生压力抽吸的时候，上井壁会失去钻井液压力平衡而发生井壁坍塌，而且地层的坍塌压力与井斜角之间存在正比关系，而地层的破裂压力却与井斜角之间存在反比例关系，因此在水平井的水平段施工中，钻井液技术必须要采用与直井不同的，更加有效的技术措施来防止井壁坍塌，这样才能保证钻井施工的顺利进行。

1.2 井眼清洁

施工水平井与施工直井不同，在水平井中由于井斜角度存在，使钻井工具在井下的状态发生了变化，特别是在水平段中，井下的钻具不是悬空在井眼中，而是躺在下井壁上，这也就使钻井液在井内的流动速度发生了变化，在靠近上方井壁的钻井液流速比较高，而靠近下井壁的钻井液流速却比较低，因此在下井壁的岩屑很容易堆积，形成下井壁的岩屑床，使井眼不够清洁，起钻或者下钻过程中造成钻井工具的遇阻或者遇卡，严重影响了水平井施工的井下安全和施工效率。

1.3 润滑防卡困难

水平井施工与其直井施工的最大不同就是井斜角存在，而且在水平段中的井斜角基本都是接近90°，因此钻井工具与井壁的接触面积也就增大了，随着水平井施工的不断进行，钻井工具与井壁的接触面积逐渐增加，这个施工的钻井施工摩阻和扭矩也就随着增加，因此对于水平井钻井液技术来说，必须要有非常好的润滑性，才能保证在定向钻进的时候不至于产生托压现象，影响定向进尺，而且拥有良好的润滑性也能够降低施工摩阻和扭矩，防止钻具与井壁之间发生粘吸卡钻。保证水平井的安全、顺利施工。

2 配方确定与性能评价

2.1 钻井液体系配方的确定

在室内实验基础上初步形成了高性能水基钻井液体系的配方：3%～5%膨润土+0.35%纯碱+0.05%氢氧化钾+0.4%～0.7%聚胺SDJA+1%～2%抑制剂聚合醇铝+0.3%～0.5%包被剂FA367+1.5%～2.5%降滤失剂PAC-LV+2%石墨+5%液体润滑剂SR-1+适量消泡剂。

2.2 配方性能评价

2.2.1 抑制性能评价

选用某油田的泥岩岩屑，在120℃情况下采用滚动回收实验来评价该钻井液体系的抑制性，实验结果表明，高性能水基钻井液体系的一次岩屑回收率、二次岩屑回收率都在95%以上，因此也就证明了该钻井液体系对泥岩具有良好的抑制性，能够防止泥岩水化分解，保证了井壁的稳定。

2.2.2 润滑性能

采用极压润滑仪和滤饼粘附系数测定仪，对钻井液的润滑性和滤饼的粘附系数进行了测量。测得极压润滑系数为0.1，滤饼粘附系数为0.087，说明该钻井液具有良好的润滑性，可满足长水平段水平井施工对钻井液润滑性的要求。

2.2.3 抗岩屑侵性能

钻井液的抗污染性能决定了钻井液体系在使用过程中的稳定性。将泥页岩岩屑烘干粉碎，过120振动筛筛布，分别加入到该钻井液中，测量该钻井液老化前后的性能。实验结果表明，该钻井液能抗20%岩屑侵。

2.2.4 储层保护性能

以不同区块的目的层的天然岩芯作为室内实验的对象，进行了该钻井液体系的储层损害静态评价实验。从实验的结果可以看出，研制的钻井液体系对不同区块储层岩芯的渗透率恢复率都在92%以上，表明该钻井液体系具有良好的储层保护效果。

3 现场应用

S平1井是部署在S油田的一口评价控制井。完钻垂深：2605.45m；完钻斜深：3811.00m，水平段长：1472.31m。

3.1 配浆

本井自二开开始应用高性能水基钻井液，基础配方为：3%～5%膨润土+0.35%纯碱+0.05%氢氧化钾+0.4%～0.7%聚胺SDJA+1%～2%抑制剂聚合醇铝+0.3%～0.5%包被剂FA367+1.5%～2.5%降滤失剂PAC-LV+2%石墨+5%液体润滑剂SR-1+适量消泡剂。首先将膨润土遇水化24h，采用地面循环的方式对配得的钻井液进行完全充分地循环处理，最终测得配制出来的钻井液各项性能为：密度1.15g/cm3，漏斗粘度55s，塑性粘度16mPa·s，动切力6Pa，初切2.8mL，初切3Pa，终切6Pa，API失水3.0，pH值9，保证钻井液的各项性能均符合钻井设计要求的开钻标准。

3.2 各井段钻井液维护

在直井段钻进中，以控制粘土造浆、泥岩水化膨胀为主要目标，将抑制剂一次性加足量。同时在钻进过程中随着钻井液的消耗及时补充其他各种处理剂，保证钻井液的性能优良，为安全、高效施工打好基础。钻井液性能为：密度1.16～1.20g/cm3，漏斗粘度50～70s，PV9～13mPa·s，YP4～9Pa，FL3.5mL，初切2.5～5.5Pa，终切11～15Pa。

造斜段钻进中，主要以降滤失剂和封堵防塌剂的水溶液交替维护，钻进至造斜点之前100m加入润滑剂，保证润滑剂加量不低于3%，井斜角大于40°时添加1%～2%固体润滑剂，改善泥饼质量，提高钻井液润滑性能。

水平段施工中通过增粘剂调节钻井液粘度及流型，保证钻井液的携砂性能，防止形成岩屑床，润滑材料以润滑剂为主，保证其含量不低于7%。钻进到易塌井段时提高磺化沥青、封堵防塌剂的加量，加强钻井液的封堵能力。钻井液性能为：密度1.10～1.15g/cm3，漏斗粘度55～75s，PV13～18mPa·s，YP5～9Pa，FL2.8mL，初切3～5Pa，终切12～17Pa，Kf=0.05。