大庆油田致密油水平井钻井液技术

张海峰

(大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413)

大庆油田的致密油资源含量丰富，为实现油气资源的有效接替，大庆油田逐渐加大了对致密油资源的开发力度和投入比例。但由于致密油储层为裂缝/层理发育、极易水化分散的青山口组和泉头组地层，在钻进中常发生井壁剥落、坍塌和卡钻等井下复杂，造成了较大的钻井损失。因此，大庆油田经过技术攻关，先后形成了一系列的钻井液体系，在致密油开发的不同阶段发挥了重要作用。

1 硅基阳离子钻井液技术

硅基阳离子钻井液技术，是大庆油田较早应用在致密油开发中的钻井液体系。该钻井液主要由阳离子聚合物抑制剂和含硅基的油层保护剂两种核心处理剂组成，其中阳离子聚合物对蒙脱石、伊蒙混层含量较高的泥岩地层具有较好的抑制水化作用。该体系具有性能稳定、抑制性强、滤失量小等特点，动塑比在0.3~0.4之间，抗温100℃，采用重晶石加重至1.6g/cm3时仍具有良好的流变性。

硅基阳离子钻井液体系主要应用于垂深1500m左右的葡萄花油层开发，效果较好，在致密油水平井应用的几口井中效果不甚理想，井壁剥落、掉块和卡钻事故多发，不得不停止该体系在致密油开发中的应用[1]。

2 油包水钻井液技术

硅基阳离子钻井液技术应用之后，在自主合成油基钻井液用主、辅乳化剂和降滤失剂的基础上，研制出一套低粘高切的油包水钻井液体系，实现了大庆油田油基钻井液从处理剂到体系的自主研发。该体系油水比为80:20，破乳电压大于500V，初切在2~6mPa·s之间，终切在4~15mPa·s之间，高温高压失水小于4.0mL，动塑比大于0.4，综合性能与国外油包水钻井液接近，具有低粘高切的流变特点，电稳定性好，经过150℃高温老化前后流变性和破乳电压变化幅度小。在现场累计应用超过50口井，满足了井深大于3300m，水平段超过1700m的致密油水平井钻井施工需求，起下钻摩阻仅2~3t，没有形成岩屑床，下套管一次成功，平均井径扩大率小于5%[2]。

3 高性能水基钻井液技术

2015年随着新版《环保法》的实施，大庆油田全面停止使用油基钻井液，为保障致密油水平井钻井施工，加强了水基钻井液技术攻关。通过对青山口组等地层井壁失稳机理的逐步认识，在自主合成钻井液抑制剂和配方优化实验基础上，形成一套高性能水基钻井液体系。该体系合成的胺基抑制剂通过官能团嵌入粘土晶层结构和粘土表面吸附等作用，解决了阳离子、大分子聚合物类抑制剂抗温性低、无法有效抑制伊利石表面水化的问题，抗温180℃。同时，通过优选与胺基抑制剂配套的降滤失剂等处理剂，最终形成一套高性能水基钻井液体系。抗温120℃，滚动回收率大于90%（清水回收率36%），极压润滑系数0.12。该体系在致密油水平井累计应用超过70口井，水平井最长达到2035m，满足了当时致密油开发对钻井液的需求[3]。钻井液基本性能数据见表2。

表2 钻井液基本性能数据表

4 强抑制强封堵水基钻井液技术

表1 油包水钻井液综合性能对比数据表

随着致密油水平井水平段逐渐加长，高性能水基钻井液在施工过程中的井壁失稳问题越来越多，当施工周期超过40d，青山口组仍会发生大块剥落和坍塌。随着致密油地层井壁失稳机理的逐步深入，认识到致密油地层的裂缝封堵也是保持井壁稳定的关键措施之一，于是通过研究形成了强抑制强封堵型水基钻井液技术。该技术主要通过两方面来提高钻井液性能：①在使用胺基抑制剂的基础上，再通过加入聚合醇和氯化钾，采用无机和有机相结合的机理共同提高钻井液抑制性；②采用物理封堵和化学封堵相结合的原理，使用超细碳酸钙和纳米乳液封堵剂对地层进行物理封堵，利用聚合醇的“浊点”效应对裂缝进行化学封堵；③采用固体和液体润滑剂配套使用，降低长水平段托压和摩阻高的难题[4]。

最终形成的强抑制强封堵型钻井液体系，抗温达到150℃，对致密油层位岩芯的滚动回收率最高为96.8%，抗岩25%屑侵，极压润滑系数不大于0.1，高温高压滤失量在8~9mL之间，中压滤失量小于4mL。在现场累计应用超过20口井，最长水平段达到了2035.5m，有效保证了致密油资源的高效开发，目前该体系仍在大庆油田发挥着重要作用。

5 低固相氯化钾盐水钻井液技术

2018年开始，大庆油田在原有水基钻井液基础上，进一步加强抑制和封堵，形成一套低固相氯化钾盐水钻井液体系。将膨润土加量降低至1%，提高氯化钾加量，并加入8%~10%的氯化钠，以提高钻井液滤液活度，减少钻井液滤液与地层离子的交换、运移；同时，根据致密油地层裂缝和孔隙尺寸、分布范围，优选出微纳米乳液封堵剂提高了钻井液的封堵防塌能力[5]。该体系钻井液矿化度在80000mg/L左右，中压滤失量小于3mL，120℃高温高压滤失量小于8mL，可抗20%盐水侵。

截止到目前，该体系已经累计应用20口井，成功钻穿嫩江组、姚家组、青山口组高泥岩含量地层，无任何井壁失稳现象，青山口组造斜段井径扩大率最低仅为2.2%，水平段平均固井优质率大于90%，电测和下套管作业均畅通无阻，为大庆油田致密油资源的有效动用提高了技术支撑。

6 结论

（1）大庆油田的致密油资源含量丰富，为开发好这类非常规资源，大庆油田先后形成了硅基阳离子、油包水、高性能水基和低固相氯化钾盐水钻井液等体系。

（2）随着技术不断进步和研究深入，这些钻井液体系满足了不同时期致密油资源的勘探开发需求，在现场应用中发挥了重要作用，为保障大庆油田资源的高效开发提供了技术支撑。