微泡钻井液技术在中科气田的运用

张海忠，张 蔚，牛 春，周红东，肖 斌，胡水艳

（中石油西部钻探国际工程公司，新疆乌鲁木齐830026）

1 中科气田概况

中科气田钻井市场是克孜沃尔达项目近年市场开发取得的一次重大突破，该气田可勘探面积18000km2，天然气储量丰富，目前属于勘探初期，位于克孜沃尔达市东北约220km，构造属楚河—萨雷苏盆地南哈探区，中科南哈气田处于前期勘探时期，所布井位跨度较大，属海相沉积地层。该气田可勘探面积18000km2，天然气储量丰富，属于勘探初期。

该气田地层富含盐膏，从实钻来看，膏质在泥岩和灰岩段均有分布，含量不均,盐层在二叠系发育，盐含量最高达15%以上，加上钻速较慢，裸眼段长，钻井周期长，膏层易缩径，盐层段易形成“大肚子”，钻井液维护处理难度大，目的层灰岩段裂缝发育，存在漏失风险，产层伴生H2S，井控风险较高。

2 微泡沫钻井液体系简介

微泡沫钻井液是一种新型的、可循环使用的、成本较低的低密度钻井液体系，主要优点是密度低、屏蔽效果好、携岩能力强、润滑性好，主要适用于衰竭油藏、低压储层和裂缝发育地层的钻井。

（1）微泡沫钻井液油层保护机理是利用表面活性剂产生表面张力，以便在微泡形成时能够囊括住微泡，建立起多层泡沫壁结构，并且产生界面张力，从而使微泡彼此之间产生一个具有井下桥堵能力的网络。不仅能够实现钻井液密度的还原，而且还能阻止或延缓钻井液漏进地层，避免钻井液的流失以及对地层的污染，从而能够建立起一个真正的非侵入的、近平衡的微环境。

（2）较低的静液柱压力和当量循环密度。微泡沫钻井液的低密度减小了井底静压力是其防漏堵漏和油气层保护的基本原理之一。根据多相流流体力学知识可知，微泡沫体系比纯粹的固液钻井液体系流动阻力小，降低了钻井液循环系统的压力损耗，尤其是环空压耗的降低，使得当量循环密度降低。

（3）微气泡附加阻力的作用。当微泡沫球体在压差作用下向多孔介质细小裂缝内和孔隙流动时，因其不与岩石发生润湿和变形的原因，弯曲界面收缩压产生附加阻力，起到保护油层作用。

（4）微气泡内部压力作用。当微泡沫钻井液循环到井底时，微泡内包裹的空气被压缩。随外部压力和温度的增加，微泡体积减小，微泡内部的压力增加。一旦钻头钻遇衰竭地层，微泡被迫通过低压地层的孔洞。在那里，储存在微泡中的一部分能量被释放，微泡开始膨胀，直到在气泡内外壁的压力达到平衡。随着被增能的微泡挤入地层孔洞，外部的拉普拉斯力急剧增加，从而引起微泡的聚集和低剪切速率粘度(LSRV)的增加，由此产生的微环境形成一种无固相的桥。

（5）微泡沫钻井液体系高粘度特性的影响。微泡沫钻井液体系的表观粘度比该钻井液中任何一种组分的表观粘度高得多，这是由于泡沫流动时产生界面变形吸收能量，并相互粘滞，造成流动阻力增加的缘故。在渗漏地层狭窄的孔隙通道内，微泡沫钻井液体系表观粘度随剪切速率降低而增加，剪切速率越低，增加幅度越大。也就是说微泡沫在井底一旦遇到低压或裂隙地层，剪切速率即会急速下降，但是它的粘度则会很快增加，这就是微泡沫钻井液低剪粘度(LSRV)特性。这一特性加剧了泡沫的吸附聚集，使油层保护效果增强。

3 微泡钻井液施工难点

（1）进入储层采用微泡沫钻井液，达到保护储层的目的，要求钻井液密度控制在1.08g/cm3，该区块储层段密度从未达到如此低的水平，存在井壁失稳风险，可预测的复杂有：缩径、掉块以及井塌。

（2）储层井段钻遇多段钙层，对钻井液性能影响大。

（3）对钻井液性能的要求高，且必须要有严格的工程技术保障措施，有效预防井下复杂和事故的发生。

（4）对井控提出了更高的要求。

（5）施工井基础数据见表1，井身结构数据统计见表2。

表1 TGTR-8井基础数据表

表2 TGTR-8井井身结构数据表

4 钻井液维护与处理

4.1 钻井液转化

转化前循环钻井液，充分利用四级固控，清除钻井液中有害固相，将钻井液膨润土含量调整至45g/L左右，按设计配方以一定比例加入药品充分循环，控制好漏斗粘度在55s以上，API滤失量小于5mL，性能符合要求后开始转化。

本井自井深2055m开始转化微泡钻井液，按2个循环周均匀加入0.4%TSB-2（发泡剂），并配合稳泡剂PAC-HV(高粘聚阴离子纤维素)，利用搅拌机等设备充分搅拌均匀，使钻井液起泡，完成微泡沫钻井液体系的配制和转化。性能转化前后钻井液性能对比见表3。

表3 转化前后钻井液性能对比表

4.2 钻井液维护

（1）钻进过程中维持钻井液密度在1.08～1.09g/cm3之间，若密度有上升趋势，则应及时加入微量起泡剂(控制在0.06%～0.1%)进行调整。

（2）为了保证钻井液体系具有优良的性能，以Redul-1和CMC-MV控制API滤失量小于5mL，加量维持在0.3%～0.5%；以PAC调整钻井液粘度和提高稳泡效果，加量控制在0.3%，适当提高钻井液粘度，维持粘度在65s以上；由于该井是探井，为及时发现油气显示，没有使用液体润滑剂，该井的润滑性主要通过强化泥饼质量完成。

（3）钻至石炭系中下部地层，岩性以灰岩为主，质硬性脆，不分散不造浆，定期向井浆中补充充分预水化并护胶的膨润土浆，保证优质固相的含量，以确保体系的流变性、滤失性及造壁性。

（4）钻至石炭系下部后，机械钻速慢，岩屑较细，根据实际情况合理使用离心机，将有害固相控制在最低水平，并通过其辅助控制钻井液密度。

（5）钻遇钙层提高Redul-1及PAC的加量，提高体系的抗钙污染能力，并通过除钙剂清除Ca2+，维护钻井液性能稳定。

（6）油层保护剂在进入油层前100m提前加入三分之一的量，随着进尺的增加，及时补充，保证有效含量，总共分3次加完，保证其有效含量在3%。

（7）完井阶段为了保证下套管顺利，完钻测井后，下牙轮钻头通井，固井前，降低钻井液粘度，以保证固井顺利。施工中微泡钻井液性能数据统计见表4。

微泡钻井液良好的性能和较低的当量密度，更有利于发现和保护储层，该井施工中根据录测井显示，共进行取芯作业6次，中途测试2次。

表4 微泡钻井液性能表

5 微泡钻井液应用效果分析

（1）抑制性强。在强造浆段未排放钻井液，返出岩屑较硬，不粘连，无明显膨胀现象，说明钻井液的抑制性很强。

（2）井壁稳定。配合加入NFA25、QCX-Ⅱ等封堵材料使井壁形成致密的泥饼，增强了钻井液的防塌性和封堵能力，在碎屑岩和硬质泥岩段没有发生井壁坍塌，起下钻无划眼、遇阻现象，电测、下套管顺利。

（3）抗污染能力强。钻遇大段泥岩、膏岩、膏质泥岩层，钻井液性能无大波动，充分显示了该钻井液较强的抗污染能力。

（4）微泡沫钻井液体系密度低、悬浮携带能力强、维护处理简单，钻井液性能能够满足钻井工艺的要求，保证安全快速优质钻井，使用井段井壁稳定、起下钻无阻卡，电测、下套管一次到位，井径规则。

（5）该区块地层岩性沉积复杂，地层富含盐，但含量区域差别大、均值性差，在井下无坍塌，无复杂，无机盐加量相同的情况下，井径差异性大，个别井测井显示井径严重超标。

全井微泡钻井液发泡能力强，泡沫细，稳定性好。现场应用表明，该体系具有密度低、悬浮携带能力强、维护处理简单的优点，并且配制简单、维护方便、易于转化；钻井液性能能够满足钻井工艺的要求，保证安全快速优质钻井，及时发现的油气显示并减轻油气层污染。整个三开井段井下安全钻进，井壁稳定、提下钻无挂卡，电测、下套管一次到位，井径规则。