无粘土相弱凝胶钻井液体系在大牛地气田水平井的应用研究

周慧敏 (中石化华北分公司调度处，河南 郑州 450006)

无粘土相弱凝胶钻井液体系在大牛地气田水平井的应用研究

周慧敏 (中石化华北分公司调度处，河南 郑州 450006)

针对大牛地气田水平井水平段钻井中钻井液存在的技术难题，引入了弱凝胶钻井液体系，并对其性能进行了研究。研究表明，弱凝胶钻井液体系具有优良的抗温、抗盐性能，流变性能能够满足长水平段钻井工程的需要，气层保护效果优异。在水平段施工中，弱凝胶钻井液体系各项性能指标控制良好，钻井施工过程顺利，有效地解决了岩屑携带、井壁稳定性以及储层伤害等一系列难题。

弱凝胶；钻井液；水平井；大牛地气田

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地北部，是发育在上古生界地层中的大型致密低渗气田，也是中国石化已投入开发的第二大气田。为最大限度增加低压低渗储层的泻流面积和提高产能，在该区的勘探开发关键技术中引进了水平井钻井技术，并且呈现出逐年增加的趋势。实践证明,水平井钻井技术是优质高效开发鄂尔多斯大牛地气田的关键技术之一。

然而，在钻井施工中井壁坍塌、掉块和储层伤害严重等一系列难题严重制约了该气田的勘探开发。通过对前期研究的总结，结合大牛地气田地质资料分析，选用弱凝胶钻井液体系能有效解决目前该气田水平井钻井中存在的主要技术难题。该体系在大牛地气田水平井水平段得到应用，全部顺利钻达设计井深，取得了很好的社会效益和经济效益。

1 大牛地气田储层特征

鄂尔多斯大牛地气田是典型的低压低渗裂缝性砂岩气藏，该区储层具有孔隙度低、渗透率低或致密、储层压力低、储层孔喉细小、毛管压力高以及储层裂缝和微裂缝发育等特征。大牛地气田上古生界各气层组的喉道分布具以下特点：各气层组平均喉道半径在0.31～0.44μm之间，相对变化幅度较小；最大连通喉道半径山1段、盒1段最高，盒2段、盒3段、山2段次之，太2段最低；中值半径盒3段、盒2段、太2段在0～1.0μm以上，盒1段、山2段、山1段仅0.05μm左右，太2段中值半径和中值压力相对其他层系较小，但平均喉道半径和最大连通半径均较小。气层孔隙度7.62%～10.27%，渗透率(0.55～1.36)×10-3μm2。

大牛地气藏是典型的低孔低渗(致密)砂岩，对于低渗和特低渗油田，室内研究发现，普遍存在着3 种形式的伤害，一种是“水”的侵入造成的伤害，另一种则是固相颗粒的侵入造成的堵塞。对于“水”的侵入造成的伤害，主要有水相圈闭和水敏损害。此外，大牛地气田上古生界砂岩储层微裂缝发育，在钻井完井、开发和增产措施等作业过程中，致密砂岩气层的孔隙结构特征和裂缝宽度会随有效应力的变化而变化，气层渗透率将受到影响，即气层会产生应力敏感性损害[1-2]。

2 弱凝胶钻井液基本配方及性能

2.1弱凝胶钻井液基本配方

弱凝胶钻井液体系是无粘土体系，其基本配方为：淡水+0.1% NaOH+0.15% Na2CO3+(0.5%～0.7%) HVIS+1.5%降滤失剂HFLO+1.5%聚胺HPA+2%无荧光润滑剂 +0.05%除氧剂HGD+0.07%杀菌剂HCA+5%KCl+2%防水锁剂HAR+5%酸溶性暂堵剂QWY。

2.2弱凝胶钻井液性能

1)流变性能 钻井液体系的流变性能见表1。由老化前后弱凝胶钻井液体系的流变参数可以看出，该钻井液体系具有高的动塑比，优良的剪切稀释能力，动态携砂能力强；初切力/终切力参数较高，有利于钻屑的悬浮，该性能用于水平井段钻进时，可以有效防止岩屑床的形成，降低井下事故的发生[3]。

表1 老化前后体系的流变性能

2)抗盐污染评价 用氯化钠评价该弱凝胶钻井液体系的抗盐性，试验数据见表2。由表2可以看出，随着NaCl加量的增加，体系的滤失量逐渐降低，流变参数变化不大，说明该体系具有强的抗盐性。

表2 弱凝胶钻井液体系抗盐污染评价试验

3)抗复合盐水污染评价 为评价弱凝胶钻井液体系抗地层水污染后性能的变化，采用标准盐水(NaCl∶MgCl2∶CaCl2=7∶0.6∶0.4)评价该体系的抗污染性，试验数据见表3。由表3可以看出，加入20%复合盐水后，粘度切力略有下降，但是总体来说体系性能稳定，动塑比较高，可见体系抗地层水污染能力较强。

表3 弱凝胶钻井液体系抗地层水污染评价试验

4)体系对储层损害评价试验 试验方法按照SY6540-2002(钻井液完井液损害油层室内评价方法)标准测定[4]，采用气测渗透率恢复值来评价储层保护效果，试验结果见表4。从表4可以看出，该体系的渗透率恢复值高于85%，若动态污染之后岩心用酸性破胶剂浸泡处理(90℃，6h)，用同一井段岩心盒1-2渗透率恢复值高达95.36%，比污染后未作处理渗透率恢复值提高了10%，可见酸性破胶剂能有效清除泥饼，增强储层保护效果。

表4 气测渗透率恢复值

3 现场应用

下面以DP20井为例介绍无粘土弱凝胶钻井液体系在大牛地气田多口水平井中的应用情况。

3.1钻井液性能控制

在DP20井施工过程中，钻井液配方及性能情况见表5。由表5可以看出，钻井液密度控制良好，满足了近平衡钻进的需要。在全井使用的低密度钻井液时，漏斗粘度控制在40～70s左右，随着钻井液密度和井深的调整，漏斗粘度缓慢增长，粘度波动性小，性能稳定，最大程度地发挥钻头水马力，有利于提高机械钻速。HRD无粘土相弱凝胶钻井液体系滤失量前期波动较大，但随井深增加，性能稳定后失水一直可控制在5ml左右，有效减少了储层污染。

表5 HRD钻井液性能表

基本配方：淡水+0.1% NaOH +0.15% Na2CO3+(0.5%～0.7%)HVIS(增粘剂)+(0.1%～0.2%)80A51(增粘剂)+(0.2%～0.4%)HV-PAC+1.5% HFLO +1.5% HPA(抑制剂) +2%无荧光润滑剂+0.07% HCA+0.05%HGD+(5%～10%)KCl+(1%～2%)防水锁剂+2%RHJ-1(纳米乳化石蜡)+(3%～5%)QS-2(酸溶性桥塞剂)。

3.2钻井液处理剂优选

经大量的试验，并对二三十多种处理剂进行筛选，最后确定使用增粘剂HVIS调整钻井液的粘度和切力，保证钻井液具有良好的携岩性和悬浮性，防止岩屑床的形成；使用KCl和抑制剂HPA，加强钻井液滤液的抑制性；引进纳米乳化石蜡(RHJ-1)，增强体系防塌抑制性，降低钻井液表面张力，由于纳米乳液的润滑性极佳，其封堵作用仅是暂时性的，和孔喉的摩擦系数较低，极易清除，不会对油气层造成伤害；无荧光润滑剂以植物油为基础油的润滑剂，摩擦系数低，可生物降解，无污染，同时低荧光，不影响对地质资料的分析和评价，可对储层进行保护。

3.3钻井液的维护和处理措施

1)正常钻进 正常钻进过程中，以补充胶液为主，尽量把所有药品都配制成胶液，然后均匀加入钻井液，保持钻井液性能的稳定，并防止未溶好的钻井液处理剂堵塞仪器和筛网，造成仪器无信号和振动筛跑浆；通过补充增粘剂HVIS、80A51增加钻井液的悬浮携带能力，调整钻井液的粘度和切力，以井下情况为依据，保持较高的动切力和动塑比，保证钻井液具有良好的携岩性和悬浮性，防止岩屑床的形成；补充降失水剂HFLO，降低钻井液滤失量，防止井壁坍塌，保证井眼规则和井壁稳定。若体系K+含量高， 滤液矿化度高，可适当补充HV-PAC(聚阴离子纤维素)和LV-CMC(钠羧甲基纤维素)增加体系护胶能力。

2)水平段钻进 水平段钻进过程中，钻井液的润滑性能尤为重要，保证无荧光润滑剂的有效含量，使摩擦系数达到设计要求，防止粘卡。加强固控设备的使用，钻井过程中不间断使用四级固控设备，使用120目以上的振动筛，同时勤捞砂、清沉砂罐，及时清除钻井液中的有害固相，降低钻井液的密度并防止形成厚泥饼；合理使用离心机，清除钻井液中的无用固相含量，并保证含砂量不超过0.3%。钻井过程中不断补充KCl和抑制剂HPA，加强钻井液滤液的抑制性，抑制高伽玛层以及泥岩的造浆和水化膨胀掉块，减少水敏的损害并保证井壁的稳定；定期补充缓蚀剂CA101-4，防止高压氧对钻具腐蚀，更好地保护钻具；在起钻前钻井液需要长时间静止时加入HGD除氧剂和HCA杀菌剂，提高钻井液的抗氧化能力；钻进过程中保证防水锁剂的加量，做好油气层保护工作。

4 认识和结论

4.1无粘土弱凝胶钻井液体系能够满足大牛地气田水平井水平段钻井工程的需要

①HRD无粘土相弱凝胶钻井液体系表现有强抑制和井壁稳定能力。钻遇纯泥岩夹煤层段149m浸泡40多天未出现掉块垮塌现象，中途更换顶驱，空井3d后，起下钻仍顺利到底。②无粘土弱凝胶钻井液体系具有很好的润滑能力。DP20井动摩阻18t，扭矩最大19kN/m，全井裸眼段1500m，未出现脱压现象。③HRD无粘土相弱凝胶钻井液体系在侧钻扫水泥塞时，钻井液性能稳定，充分表现了该体系较好的抗污染能力；在整个水平段钻进过程中，多次钻遇大段泥岩和少量煤层，整个钻进过程中，钻井液性能控制良好，满足了井下安全和气层保护工作的需要。

4.2无粘土弱凝胶钻井液体系能够很好地保护储层

①HRD无粘土相弱凝胶体系具有很好的抗盐能力，可以采用KCL和超细钙加重至1.18 g/cm3，有效地满足了钻井液低固相和气层保护工作的需要，进一步提高了钻井液体系的抑制能力，能够很好的抑制泥岩造浆，保证钻井液体系的性能稳定。②HRD无粘土相弱凝胶体系具有较高的低剪切粘度， 在近井壁井段能够形成较低的流动性，配合使用全酸溶复配材料，能够有效减少钻井液对井壁的冲刷，保护井壁。③HRD无粘土相弱凝胶体系能有效控制API滤失量，API失水量小于5ml，高温高压条件下小于13ml，滤液表面张力低，可以达到26mN/m，泥饼薄而坚韧，能有效地控制污染带的深度，更好地保护气层。④大牛地气田太2段地层非均质强，在该段进行水平井施工应注意钻井液密度控制。⑤建议在以后的水平井施工中钻遇泥岩时，采取悬空侧钻技术，尽量不要打水泥塞侧钻，打水泥塞极易形成对油气层永久性堵塞和二次污染，不利于油气层保护。⑥无粘土相弱凝胶钻井液体系成本低，施工简单，易维护，能够满足大牛地气田水平井低成本开发要求。

[1]罗健生，王雪山，徐绍诚.无粘土弱凝胶钻井液的研制开发及应用[J].钻井液与完井液，2002，19(1)：11-12.

[2]邓红琳，袁立鹤.大牛地气田保护储层钻井液技术[J].钻井液与完井液，2005，22(5)：39-42.

[3]王荐，张荣，聂明顺，等.HRD弱凝胶钻开液的研究与应用[J].天然气勘探与开发，2008,12:52-55.

[4]王昌军，张春阳.PRD弱凝胶钻开液性能评价与试用效果[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2008,30(6)：143-145.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.08.021

TE254

A

1673-1409(2012)08-N065-03

2012-05-23

周慧敏(1983-)，女， 2006年大学毕业，助理工程师，现主要从事石油工程生产管理方面的研究工作。

[编辑] 洪云飞