水基高效清洁钻井液技术在大位移水平井中的应用样本

1、水基高效清洁钻井液技术在大位移水平井中的应用1.立项背景大位移水平井能够大幅提高勘探开发效果，扩大油田的有效 开发面积，提高采收率，降低成本，从而带来巨大的社会和经济 效益。当前世界上许多国家利用这项技术来勘探开发海上、滨海、 岛屿和地面条件恶劣地区的油气田，减少建造平台、人工岛和减 少钻油气井数。老油气田也可利用该井型加速油田勘探和开发， 缩短产油周期，扩大泄油半径，提高单井产量和延长井的寿命； 增加整个油田的产量和最终采收率，大幅节约上游投资。为了满 足中国日益发展的勘探和开发需要，各油田再次大力发展水平井 应用技术，特别是 年以后各油田水平井数量明显增加。中国石化集团公司从上世纪80年代

2、末对大位移钻井进行了积 极探索，完成的指标井主要有：3月完成了埕北21-平1井，完 钻井深4837.40 m,水平位移达到3l67.34m,位移/垂深为1.2O/1, 是当时国内陆上油田完成的水平位移最大的一口井。完成了金平 1井，实钻位移1636m,垂深583.9m,位移/垂深达到2.803/1, 是当时胜利油田位垂比最大的一口大位移井。但中国的大位移井 技术与国外先进水平相比，仍存在相当大的差距，需要在这方面 进一步展开攻关研究。为了满足水平井钻井和完井全过程的各种需要，确保水平井 的钻成并保护好油气层，工程和地质两方面都对水平井钻井液完 井液提出了特殊要求，钻井液体系的选择需要综合考虑地

3、层岩性、 地层压力、储层特性、井身结构、钻井参数、设备条件、经 济的合理性以及环境保护等因素。在钻井施工过程中，钻井液还必 须解决井眼净化、井壁稳定、摩阻控制、防漏堵漏、储层保护 等5个技术难题。在钻进不同地层时，这些难题有时是共存的，有 时表现的严重程度不完全相同。从钻井液类型选择上看，大致分成油基钻井液和水基钻井液。 油基钻井液主要用于最易出现井眼稳定问题的夹有裂缝性页岩的 储层、易受损害的砂岩储层以及大位移或超长水平段的水平井。 水基钻井液在抑制性、润滑性、保护储层等技术方面均不及油基 钻井液。随着钻井液技术的发展，现已研制成功一些新型处理剂和 新型水基钻井液体系，新体系很大程度地克服了

4、原有水基钻井液 的上述弱点，基本上能够满足水平井钻井的需要。当前国内实施的 水平井与国外有较大的差距，长水平段水平井对水基钻井液是一 个考验，水基钻井液在技术上应早做储备，以适应发展的需要。2.主要内容国内的大位移钻井液体系很多，有聚合物水包油乳化钻井液 体系，正电胶聚合物钻井液体系，聚合醇润滑防塌钻井液体系， 硅聚纳米润滑钻井液体系，低毒性油基钻井液体系等。大位移水平 井钻井液的润滑问题是钻井液成败的技术关键，如何解决钻井液 体系的润滑、防塌、携岩问题是顺利实施浅层大位移水平井的关 键技术，本项目从适合大位移水平井钻井液体系及工艺技术方面 进行了创新研究。2.1钻井液体系配伍性处理剂的研选2

5、.1.1絮凝剂的选择由于长水平段水平井的造斜、稳斜井段、长水平段都钻遇易 造浆的砂泥岩地层，钻时快，一般的钻井液钻进时，粘土会快速 大量的入侵，容易造成钻井液性能变化较大；钻屑如不能包被絮 凝并经过固控设备及时清除，粘土等低密度固相很快侵入钻井液 中，当粘土的侵入量达到粘土的容量先后，钻井液的粘度和切力 急剧升高，清洁井眼的能力急剧下降，造成粘卡等复杂情况，甚 至导致卡钻事故的发生。因此如何抑制地层水化膨胀和分散、及 时清除钻屑、保持钻井液性能稳定是关键。由此必须采用絮凝特 性好的絮凝剂。当前普遍选择PAC141、HPAM、PAM、两性离子 聚合物、天然高分子絮凝剂IND30等作为钻井液的絮凝

6、剂，经过 实验结果及该井的考虑，最终选择分子量较高的PAM、IND30作为 该井的钻井液絮凝剂。2.1.2防塌降滤失剂的选择钻井液的滤失与造壁性是钻井液的又一项重要性能。它对于松 散、破碎和遇水失稳地层（如水化膨胀性地层）的井壁稳定有着 重要的影响。水，作为水基钻井液的分散介质，在钻井液中以三种 形式存在，即化学结合水、吸附水和自由水。在压力差的作用下, 钻井液的自由水向井壁岩石的裂隙或空隙中渗透，称为钻井液滤 失作用。在滤失的过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井 液中的固相颗粒便附着在井壁上形成泥饼，这便是钻井液的造壁 性。井壁上形成泥饼以后，渗透性减少，阻止或减慢了钻井液继续 侵入地

7、层。针对长水平段水平井的特点，为防止长水平段疏松砂层具有 较高的渗透能力，钻井过程中在一定液柱压差的作用下，极易形 成虚厚的泥饼，有时会使井眼缩径，起下钻遇阻遇卡，甚至造成 井下复杂或事故，同时，质量较差的泥饼使钻进的摩阻增加，影 响滑动钻进，造成常规钻井无法进行。保持钻井液低失水及优质的 泥饼，由此对防塌剂应有特殊的要求。当前油田普遍采用的防塌剂 有：硅甲基防塌降滤失剂SFY-0001、聚合醇防塌剂、防塌降滤 失剂SD-201、防塌降滤失剂KFT、磺化酚醛树脂SMP-1、防塌 降滤失剂JS-3等。我们以现场上部地层形成的钻井液为基浆，经 过下述实验结果，我们最终选择降滤失效果好、又不提粘、较

8、为 经济的磺化酚醛树脂SMP-1、SD-201作为防塌降滤失剂。图1防塌降滤失剂优选2.1.3流变性调整剂的选择针对长水平段水平井的特点，不但要求钻井液具有良好的防 塌能力，更应具有良好的携岩性能。在保证钻井液合理流变性的基 础上提高钻井液的护胶、造壁能力，配合高排量、工程短起下钻, 以达到悬浮携带钻屑、清洁井眼的目的；经过室内试验流型调节 剂选择：硅氟稀释剂SF-1、XC。2.1.4润滑剂研选实验大位移井的井斜大、水平位移大、增斜稳斜段长，在钻井 及其它作业中，摩擦阻力升高，扭矩增大，因此钻井液必须具有 良好的润滑性能，防止粘附卡钻事故的发生，确保钻井完井作业 的顺利施工。为解决这一大难题，

9、我们对以下润滑剂进行研选。(1) BH-1高效润滑剂的研制经过室内研究，合成了一种润滑剂BH-1，较其它常见润滑剂具有 润滑效果好、配伍性强、无荧光、加量少，不提粘、提切的特 性。用膨润土浆做基浆，图2列出了 BH-1不同加量条件下的润滑 系数及体系的性能：图2 BH-1不同加量对体系性能及的润滑性的影响从实验看出：随润滑剂加量增加，润滑系数和粘附系数下降 明显，当其含量超过4%时，润滑系数和粘附系数变化不明显，其 最佳加量不低于4%时，其润滑效果最好。(2) BH-1与其它润滑剂润滑性能对比图3列出了 BH-1润滑剂与其它常见润滑剂的对比情况，同等 条件加量下，BH-1润滑剂起润滑系数降低率

10、和粘附系数降低率相 对较好。图3 BH-1润滑剂与其它润滑剂的对比2.1.5抑制剂的优选大位移井的造斜段、稳斜段甚至目的层都处在明化镇组、馆 陶组和东营组，地层胶结疏松，蒙脱石含量高,再加上斜井段钻屑的 重复研磨，引起造浆严重，钻井液中的无用固相增加。因此，保持钻 井液有强的抑制性，不但能有效地抑制钻井液中钻屑和粘土分散, 保持性能稳定，同时达到稳定井壁的目的。图4抑制剂的优选图4为抑制剂的筛选结果。实验结果表明：胺基抑制剂是实验 中抑制性最好的处理剂，具有很高的页岩回收率和较低的页岩膨 胀率，表明其具有良好的抑制页岩膨胀作用。2.2高效清洁钻井液体系配方的确定在以上室内处理剂研究的基础上，确定了水基高效清洁钻井 液的基本配方：现场土浆 +0.3%PAM+1.5%KFT+1%SMP-1+0.5%SF-1+1.0% 胺基抑 制剂+3%BH-1+5%BM-1。辅助剂：铵盐、XC、SD201表1钻井液性能密度 g/cm3AV mPa.sPV mPa.sYPPaGelPa/P