深层致密气藏钻井液技术难点及对策

任文希，李皋，孟英峰 （油气藏地质及开发工程国家重点实验室 （西南石油大学），四川 成都610500）

郭倡俊 （延长油田公司定边采油厂，陕西 榆林7190000）

汪传磊 （中石油西南油气田分公司采气工程研究院 ，四川 德阳618300）

随着非常规油气资源勘探开发的不断深入和发展，致密油气已经成为全球非常规石油与天然气资源勘探开发的重要领域［1，2］。深层致密气资源作为致密油气资源的一个重要分支，具有极大的勘探开发潜力。然而深层致密气藏整体储集物性差，具体表现为基质孔渗特性差，储集空间复杂多样，非均质性强，裂缝发育等特征。因此该类储层在钻井过程中极易遭受不可逆的储层损害。此外深井水平井作业摩阻扭矩较大，易托压，难以高效持续钻进，加之地层结构复杂，井下复杂情况时有发生，导致钻井周期延长，储层暴露时间增加，储层损害程度进一步加深。因此，针对深层致密气藏的工程地质特征，选择适宜的钻井液体系，并辅以正确的作业方式，形成配套的优快钻井技术，是实现深层致密气藏高效开发的关键。

1 深层致密气藏钻井液技术难点

1．1 储层保护要求高

深层致密气藏储层非均质性强，孔渗特性差，储集空间往往是孔隙、裂缝、孔洞的组合［3］，钻井作业过程中极易遭受不易逆转的储层损害。因此深层致密气藏的储层保护甚为重要。其潜在储层损害因素如下：

1）水锁损害 在钻井作业过程中，一旦打开储层，水基工作液便与储层接触，外来液相在毛细管力和正压差的双重作用下侵入储层，形成水相堵塞，最终影响储层采收率，这种损害称为水锁损害［4］。由于致密气藏储层具有低孔、低渗且发育有微裂缝的特点，毛细管效应强，渗流阻力大。侵入液相极易滞留于储层中，难以返排出来，导致严重的水锁损害。此外，在正压差的作用下，液相将沿着裂缝网络长驱直入，侵入储层深部，更加难以返排，同时使得裂缝失去渗流能力，大幅度降低油气井产能。

2）固相侵入 当井眼中液柱压力大于储层孔隙压力时，工作流体中的固相颗粒会随流体一起进入储层，进而减小储层流道尺寸，堵塞孔隙和裂缝，导致储层渗透率下降。对于裂缝发育的储层，当固相颗粒粒径与裂缝宽度分布不匹配或发生恶性漏失时［5］，正压差将推动固相颗粒侵入储层深部，降低裂缝导流能力，甚至完全堵塞，进一步加深储层损害。

3）储层流体敏感性 储层流体敏感性是指外来工作液同储层中的敏感性矿物发生物理化学反应，生成影响流体运移的阻碍物，引起储层渗透率下降。

4）应力敏感 在钻井作业过程中，致密气藏储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，储层渗透率受到影响，即产生应力敏感损害。微裂缝在过平衡钻井作业过程中趋向于张开，有利于固相和液相的侵入，在自吸和液相滞留机理的作用下，造成高含水饱和度，引发水锁损害，还可能引起其他流体敏感性损害。而欠平衡作业过程中，岩石中的微裂缝虽然会因为围压增大产生一定程度的闭合，但是在欠压值控制合理的条件下应力敏感性损害是完全可以避免的［6］。

1．2 井下复杂情况多发

对于深层致密气藏，多采用水平井、多分支井等建井方式增大储层段井眼接触长度以获得尽可能大的储层接触面积，提高单井产能。然而深层致密气藏地层地质结构复杂，存在窄安全密度窗口，储层段钻进过程中经常发生井漏、井涌甚至漏喷同存等复杂情况。加之深井水平井作业的摩阻、扭矩问题，钻井作业难度进一步加大。具体表现为：

1）储层埋藏深，温度高，对钻井液性能维护和井下工具的正常使用提出了严峻的挑战。

2）钻井液安全密度窗口窄，井漏、溢流现象时有发生，甚至存在灾变性漏失，钻井液只进不出，严重损害储层，还可能引起井壁坍塌、卡钻、井喷等一系列井下复杂情况和事故。

3）深井水平井作业过程中，随着水平井眼的延伸，环空压耗不断增大，不利于井眼清洁，易形成岩屑床，还可能发生井漏等井下复杂情况。同时，钻进过程中摩阻、扭矩增加，托压、钻具阻卡现象频繁发生，难以持续高效钻进，影响水平段的延伸。

2 钻井液对策

深层致密气藏储层保护的重点是防止水锁损害［7］，其次是防止漏失。因此应当避免将水基钻井液引入地层，采用油基钻井液或是气基钻井液可以有效避免气层的水锁损害。若是在作业过程中必须使用水基钻井液，应该尽量降低其滤失量并增强其封堵能力以减轻水锁损害。对于裂缝发育的储层，应当选择低密度钻井液实施欠平衡钻井技术钻进，防止因为漏失造成的储层损害。其次，针对深井水平井作业过程中的摩阻、扭矩问题，应当提高钻井液的润滑性来解决该难题，例如采用高油水比的油基钻井液，加入润滑剂材料等。综上所述，深层致密气藏储层段作业过程中应当选择一种低固相、低密度、低伤害，高润滑性的钻井液。因此，水包油钻井液成为了该类地层储层段钻进作业的首要选择［8］，水包油钻井液由水相、油相、乳化剂和其他处理剂组成，其中油相是内相，水相是外相，油相以高闪点、高燃点和高苯胺点的矿物油 （如柴油、原油和白油）为主。它既继承了水基钻井液的特点，还具备油基钻井液的特性。因此其不但可以有效降低水平段作业过程中的摩阻、扭矩、环空压耗，还可以满足深层致密气藏储层保护的需要。

3 现场应用

X5井储层埋深4000～5000m，温度大于120°C，为典型的深层致密气藏。储层损害以漏失性损害和液相侵入造成的水锁损害为主。邻井资料显示，储层段作业过程中均出现了不同程度的漏失、溢流等井下复杂情况；施工过程中摩阻、扭矩较大，易托压，钻井效率低，甚至导致提前完钻，难以钻达设计的井深；部分井完井后测试仅产微气。为了降低伤害，最大限度地保护储层并提高水平段延伸能力，决定在储层段采用低密度水包油钻井液，并配合控压欠平衡钻井技术［9］钻进。

表1 五开水平段水包油钻井液性能

3．1 润滑防卡

水包油钻井液润滑性能好，摩阻因数低，大幅度降低了水平段作业过程中的摩阻、扭矩。X5井五开水平段作业过程中，起下钻顺利，无托压、阻卡等井下复杂情况发生，实现了优快钻井作业。五开152．4mm井眼不同工况下的大钩载荷如图1所示，五开钻进过程中不同钻井液体系的井口扭矩如图2所示。可以看出，五开水平段作业过程中起钻最大大钩载荷为1495kN，旋转钻进过程中井口最大扭矩为19kN·m，考虑10%的安全余量，仍远小于现有钻机设备的额定载荷 （起钻5000kN，持续顶驱扭矩50kN·m）。此外，现有水包油钻井液较水基钻井液 （密度1．2g／cm3，套管内摩阻因数0．25，裸眼摩阻因数0．31）施工井口扭矩降低约20%，显示出水包油钻井液体系良好的润滑效果。

图1 不同工况下的大钩载荷

3．2 环空压耗

图2 旋转钻进时不同钻井液体系对井口扭矩的影响

3．3 储层保护

X5井五开水平段作业过程中，点火15次，焰高0．5～6m，累计出气量达9．9×104m3，共发现7层油气显示层。完井后采用5mm油嘴求产，日产油72．5m3，日产气2×104m3。说明该水包油钻井液具有优异的储层保护特性，较好地解决了储层段钻进过程中因固相和液相侵入带来的储层损害问题。

图3 不同钻井液体系对环空压耗的影响

4 结论

1）针对深层致密气藏储层损害的特殊性，应当选择低密度、低固相、低滤失的钻井液体系，可以有效避免或降低储层损害。

2）抗高温低密度水包油钻井液体系在深层致密气藏储层段钻进过程中应用效果良好，其体系流变性稳定，环空压耗低，润滑性好，储层伤害小，不仅解决了深井水平段作业过程中的摩阻、扭矩较大和环空压耗过高引起井漏的问题，还取得了优异的储层保护效果，实现了优快钻井的目标。加之其低毒性、对环境友好的特点，具有一定的推广和应用前景。

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［6］杨虎，王利国 ．欠平衡钻井基础理论与实践 ［M］．北京：石油工业出版社，2009．

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