高密度油基钻井液在长水平井中的应用

唐文明

（江汉油田钻井一公司泥浆公司，湖北 潜江 433123）

1　钻井液难点

在长水平井钻进过程中，钻井液技术存在以下难点：一是地层倾角变化较大，地层应力系统复杂，存在高压气层，钻井液密度需要由地层压力来确定，具有不确定性，需要现场摸索；二是储层岩性总体体现为低分散度、层理剥落趋势，高密度油基钻井液必须拥有非常强的封堵能力和化学抑制能力；三是地层坍塌压力和地层破碎压力较为接近，实钻中密度窗口控制难度较大；四是水平段长、井身轨迹差，钻井液工艺必须与钻井工程措施密切配合；五是邻井已压裂，井壁稳定性变差[1]。

2　高密度油基钻井液配方优选

2.1　钻井液配方优选

实验室优选高密度油基钻井液配方，优选高密度主、辅乳化剂，降滤失剂和封堵剂。重点考虑了体系的稳定性、抗温性、封堵性和抑制能力，最终优选出的配方如下：柴油+6%主乳化剂+4%辅乳化剂+3%氧化钙+3%～5%有机土+5%降滤失剂+1%～3%封堵剂+26%～40%氯化钙水溶液+重晶石。

2.2　稳定性

高密度油基钻井液乳化能力较强，体系稳定，破乳电压均在500 V以上，受温度、固相的影响较小。同时，高温高压小于3 mL，滤液在静置24 h后油水不分层。

2.3　抗温性

高密度油基钻井液的塑性黏度、动切力、静切力等随温度的升高而减小，随压力的升高而增大。在相同温度下，油基钻井液的剪切速率读值受处理剂的影响显著。以密度2.0 g/cm3为基础，进行了抗温性能测试，结果如表1所示。

表1　高密度油基钻井液抗温性能

选用适合高密度的乳化剂，可以使油基钻井液体系中细小液滴之间的距离扩大，从而减少其对表观黏度的影响。

2.4　封堵性

目的层存在网状破碎性地层，导致井壁失稳。故要提高该井油基钻井液防塌能力，必须提高其封堵性能。可塑性变形粒子和刚性封堵材料配比合理，封堵能力强，形成的封堵层承压能力高[2]。

2.5　抑制能力

钻进过程中，机械振动摩擦钻头切削等作用使裂缝扩展并延伸，造成井壁失稳，次生裂缝加剧地层的坍塌。因此，油基钻井液除具有超强的封堵能力以外，渗入地层的滤液还具有较强的化学抑制能力，以最大限度地保证井眼的稳定性[3]。

3　现场应用

3.1　JY108-4HF井

JY108-4HF井是中石化部署的一口开发井，井型为水平井，设计井深4 700 m。完钻原则为钻至B靶留足口袋完钻。

3.1.1高密度油基钻井液技术措施

一是针对三开高压气层，将密度提高到1.80 g/cm3，加重剂由以前的4.2 g/cm3重晶石粉改成4.3 g/cm3的重晶石粉，乳化剂改用适合高密度的乳化剂；三是高密度油基钻井液转浆时，及时将钻井液性能调整，控制在二期钻井液质量标准内，满足井下安全的需要；三是不能用柴油直接补充到钻井液中，必须配成胶液的形式，细水长流补充泥浆量，防止钻井液性能波动过大；四是加强固控设备的使用，利用离心机降低低密度固相含量，调整钻井液的密度。

3.1.2井眼稳定技术措施

一是确定合理的钻井液密度。在施工中严格保持钻井液密度，防止波动过大，引起井壁失稳。二是强化封堵、防塌措施。

进入定向、水平段后，封堵能力维护方法有：转浆后，加入超细碳酸钙；每钻进200 m，补充单封或随钻堵漏剂，加强封堵能力；沥青类封堵剂含量一直维持在3%；加强泥浆性能监控，高温高压滤失量小于4 mL。

3.1.3井眼净化措施

钻进中，通过调整乳化剂用量，始终保持油基钻井液塑性黏度和动切力在合理的范围，同时重视低剪切速率下钻井液流态维护，减缓岩屑沉降现象。

3.2　JY184-2HF井

3.2.1高密度油基钻井液的防漏技术

一是钻井液黏度控制在60～90 s，PV在40 MPa·s左右，YP在10 Pa以上，调整好钻井液的流变性，确保钻井液清洁井眼能力的同时尽可能降低循环压耗；二是维护过程中油基高温降滤失剂含量达到3%，同时结合FL-1、氧化沥青等处理剂复配，提高泥饼质量，控制HTHP滤失量＜3 mL，减少滤液进入地层；三是与地质结合好，根据邻井实钻资料，在进入预测漏层前50 m加入2%～3%QWY、2%～3%纳米封堵剂、3%～5%随钻堵漏剂、2%沥青类封堵剂等提高油基钻井液封堵微裂缝的能力；四是由于高密度油基钻井液老浆含量高，结构相对较强，因此每趟起下钻要严格控制好起下速度，下钻到底开泵前先转动钻具破坏泥浆结构，先低排量（4～5 L/s）将泥浆泵开通后，排量再由小逐渐增大调至正常，避免操作过猛压漏地层。

3.2.2高密度油基钻井液维护方法

一是钻井过程中，根据钻遇地层的压力系数高低，调整钻井液密度；二是为保证钻井液携砂效果，减少流变性受温度的影响，流变性控制采用增大有机土、氧化沥青等亲油胶体的含量，提高黏度和切力；三是增大基油加量，降低黏度和切力的措施；四是控制钻井液高温高压滤失量不大于3 mL，减少滤液向地层渗透，当滤失量增大时，根据滤失量大小补充适量的亲油性胶体和封堵材料；五是用CaO控制钻井液碱度值，使其维持在2.0～2.5范围内。

3.2.3三开井漏

JY184-2HF井，出现多次井漏和溢流，处于喷漏同存的状态。漏速较大的井深是3 166 m和3 631 m，采取起钻，配堵漏浆专堵。为保证压稳气层，密度不能降低，维持在1.76～1.78 g/cm3，钻完设计井深，保证电测期间的安全，将密度提高到1.86 g/cm3。

4　现场应用效果分析

采用高密度油基钻井液达到了以下四个方面的效果。

4.1　高密度钻井液流动性良好

高密度油基钻井液较好地乳化了重晶石，通过油相的作用减小了固相颗粒高密度间的摩擦力，可以很好地降低钻井液流动阻力，塑性黏度低。

4.2　高密度油基钻井液抑制性强

对泥页岩没有水化作用，可以很好地保持井壁稳定性，钻遇泥岩、泥页岩等地层，井径规则，井下无复杂情况。JY108-4HF井水平段长1 577 m，钻井过程无坍塌掉块，平均井径扩大率为2.06%。

4.3　高密度油基钻井液性能稳定，易于维护处理

由于黏土在油基钻井液中不分散，钻井液的黏土容限高，钻屑在井底被切削后可以较完整地携带出地面，通过固控设备进行清除，钻井液不易受黏土污染。高温条件下，重晶石无沉降，悬浮稳定性好，性能稳定。

4.4　长水平段摩阻低，润滑性好

定向施工无托压、黏附现象，工具面摆放正常。起下钻顺利，无遇阻现象。

5　结语

高密度钻井液需要使用适合乳化高固相的主乳化剂和辅乳化剂，保证高密度油基钻井液的稳定性；三开地层，存在高压气层，钻井液密度需要依据地层压力来确定，既要压稳气层，又不能压漏地层；目的层组存在破碎性地层，易井漏，井垮，水平段穿层时，应尽量避免进入该地层。

三开水平段钻进时，使用高密度油基钻井液，钻井液密度不能波动过大，防止压漏地层，特别是起钻、压水眼后，密度要混均匀才能钻进；从已完井的几口井的井径可以看出，都存在大肚子井眼，钻完设计井深后，应重视循环洗井工作，充分循环，振动筛无明显钻屑时，方能起钻电测；高密度油基钻井液，封堵能力必须强，避免压漏地层，钻进中，及时加入纳米封堵剂、超细碳酸钙、沥青类封堵剂，增强防漏能力。