辽东湾探井用改性天然高分子钻井液技术

侯岳，班士军，赵云龙

（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）



辽东湾探井用改性天然高分子钻井液技术

侯岳，班士军，赵云龙

（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）

侯岳等.辽东湾探井用改性天然高分子钻井液技术[J].钻井液与完井液，2016，33（3）：60-63.

摘要DS4井是一口位于渤海北部辽东湾海域的区域探井。针对DS4井裸眼段长、地质条件复杂、钻遇油气层位多的情况，在对钻井液抑制性、封堵性、保护油气层作用机理进行分析的基础上，对改性天然高分子钻井液进行了配方优选。实验结果表明，在改性天然高分子钻井液中引入强抑制剂AP-1和封堵剂DLP后，钻井液具有良好的抑制性和封堵性，防止了DS4井上部明化镇组、馆陶组高渗透地层的漏失，在较低的密度下确保了下部东营组泥岩地层的井壁稳定，实现了安全快速钻井；具有优良的润滑能力，在DS4井二开裸眼段长3 131m、位移大（1060 m）、最大井斜达到34.5°的情况下，成功地实现了电测一次成功率100%；钻井液具有低荧光特性，能够及时地发现油气层；具有优良的油层保护效果，DS4井在东营组发现了良好的油气显示，并在试油阶段获得了高产的工业油流。

关键词改性天然高分子钻井液；井眼稳定；地层损害；抑制性；封堵性

DS4井是位于渤海湾盆地辽东湾坳陷辽中凹陷走滑断裂带东升4号构造东升4断块的1口预探井，目的是为了预探该区块馆陶组和东营组地层的油气情况。该井为二开定向井，二开设计裸眼段长2 677 m、井底位移为686 m，且二开井段涵盖了明化镇组、馆陶组和东营组3个地层，裸眼段长且钻遇多个油气层，海洋钻探安全风险大；同时二开井段对钻井液的油层保护、携砂、润滑提出了更高的要求。因此，以提高现有的天然高分子钻井液的抑制性和封堵性为重点，通过优选抑制剂和改善滤饼封堵剂，形成了改性天然高分子钻井液技术。DS4井应用该钻井液技术，在二开裸眼段加深至3 131m以及井斜为34.5°的情况下，顺利地实现了二开中途电测和完井电测一次到底，同时在东营组地层取得了良好的油气显示[1-5]。

1　室内实验

1.1作用机理

改性天然高分子钻井液以提高现有天然高分子钻井液的抑制性和封堵性为重点，优选抑制剂AP-1和改善滤饼封堵剂DLP来提高钻井液的抑制防塌性能，形成了改性天然高分子钻井液技术，其作用机理如下。

1）抑制剂作用机理。AP-1通过—O—、—OH、—NH等吸附基吸附在黏土表面，R基伸向外面，形成疏水膜，减少水进入地层。AP-1具有独特的分子结构，使其能很好地镶嵌在黏土层间，并将相邻的黏土层紧紧束缚在一起，通过压缩双电层作用，减少黏土的层间距，控制黏土水化膨胀和分散。

2）封堵剂作用机理。铝基聚合物DLP在适当的条件下，铝元素会生成一种两性氢氧化物。在pH值较高时，它会生成水溶性的四羟基铝阴离子，而当pH值在5～6之间时，它又会生成氢氧化铝沉淀，可以利用铝基聚合物的这种性质来稳定井壁。钻井液一般呈碱性，故当在钻井液中加入铝基聚合物时，它是以溶解的络离子形式存在，而当铝离子随钻井液滤液进入地层时，遇到地层水（pH值一般在5～6之间），即会生成氢氧化铝沉淀。利用氢氧化铝在页岩孔喉内或微裂缝内的沉积作用，可显著增强井壁稳定性。

3）保护油气层作用机理。AP-1能控制黏土水化膨胀、分散，减少由于黏土水化膨胀、分散而造成对油层的堵塞，保护油气层；AP-1具有表面活性，能降低表面张力，有效控制水锁。

1.2天然高分子钻井液配方的优化

在原有天然高分子钻井液的基础配方上分别加入AP-1、DLP以及XC，测定钻井液主要参数变化，结果见表1。表中钻井液配方如下。

1#3%海水膨润土浆+2%降滤失剂NAT20+ 3%NFA-25+2%PGCS-1+0.3%IND30

2#1#+0.5%AP-1

3#1#+1.0%AP-1

4#1#+0.5%AP-1+1%DLP

5#4#+0.2%XC

表1　天然高分子钻井液配方优化实验

由表1可知，在天然高分子钻井液基础配方中加入AP-1之后，钻井液流变参数和滤失量变化不大；在加入DLP之后，钻井液的流变参数变化不大，封堵性有所增强，高温高压滤失量有所降低，同时泥饼黏滞系数得到了降低，泥饼质量得到了改善。由此可以看出，AP-1、DLP与原天然高分子钻井液形成良好的配伍；同时加入少量XC可以提高钻井液的切力和动塑比，从而提升钻井液的携砂性能。

1.3改性天然高分子钻井液性能评价

为了进一步验证AP-1提升改性天然高分子钻井液抑制性的能力，在原天然高分子体系中加入抑制剂KCl、AP-1以及甲酸钾，分别进行24 h线性膨胀率和滚动回收率实验，结果见表2。由表2可知，天然高分子钻井液+1%AP-1的防膨性最高，24 h膨胀率降低率可达75.52%；天然高分子钻井液加入AP-1和KCl后，体系的抑制性有所提高，在加入1%AP-1的基础上再加入KCl对抑制性提高不明显。

油层保护实验。如表3所示，改性天然高分子钻井液在引入AP-1和DLP之后，仍然保持原有天然高分子体系的油层保护能力，同时AP-1的引入进一步提高了钻井液对油层的保护效果，实验数据进一步证明了该体系的油层保护能力，渗透率恢复值可高达93%以上。

表2　24 h线性膨胀率对比实验

表3　岩心渗透率恢复实验

2　现场应用

DS4井二开井段507～3 638 m使用改性天然高分子钻井液，该井最大井斜为34.5°，二开钻至井深2 134 m后改变原有轨迹进行二次造斜。钻井液维护和处理要点如下。

1）钻井液转型处理。二开上部地层为明化镇组地层，主要以细砂岩和中砂岩为主，为了减少钻进过程中振动筛跑浆，采用海水膨润土浆钻进至垂深1100 m后，转型至改性天然高分子钻井液。转型前通过开启固控设备和放浆稀释的方法将钻井液的膨润土含量控制在30～35 g/L，然后在第1个循环周补入1%的降滤失剂胶液进行护胶，第2个循环周均匀补入含有包被剂和AP-1的胶液。

2）提高钻井液的井壁稳定性。由于二开裸眼段长3 131m，涵盖了明化镇组、馆陶组和东营组3个地层，上部明化镇组和馆陶组有高渗漏的砂岩和砂砾岩，下部有东营组易造浆和坍塌的泥岩，因此钻井液在根据地层深度做好钻井液密度调整的同时，加入足量的DLP、AP-1、NFA-25、PGCS-1以及细目钙等处理剂，提高钻井液的抑制性和封堵性，减少钻井液滤液的侵入和对井壁的浸泡，确保井壁稳定。该井二开东营组钻井过程中，通过提高钻井液的抑制性，成功地将密度控制在1.18～1.20 g/cm3，相比陆上区块东营组钻井液密度1.25 g/cm3有所降低，有利于更好地发现和保护油气层。

3）提高钻井液的润滑性。在进入造斜点200 m前，加入NFA-25和PGCS-1，改善钻井液滤饼的同时，增强钻井液的润滑性。由于该井为预探井，地质录井对钻井液处理剂荧光级别要求不大于4级，现场钻井过程中通过加入足量的优选低荧光润滑剂，同时进一步提高AP-1的加量至1%，保证了二开井段定向过程中未发生严重托压和复合钻进过程中扭矩小于15 000 N·m。

4）调整钻井液的流变性。该井二开裸眼段长，东营组为大段的易造浆泥岩，且中途起下钻次数多，因此在转型钻井液之前要合理控制钻井液的膨润土含量，同时保证钻井液中AP-1和大分子包被剂的有效含量。定期以胶液的形式补充降滤失剂、抑制剂、封堵防塌剂等处理剂在钻井液中的有效含量，控制钻井液的黏度为45～60 s，API滤失量小于5 mL，膨润土含量小于50 g/L，高温高压滤失量小于12 mL，切力为（2～5）/（3～8）Pa/Pa。利用XC随时调整钻井液的动塑比和φ3、φ6的读值，保持钻井液有良好的流变性和携砂性能，同时结合超级清洁纤维对井眼进行不定期清扫。钻井过程中利用固控设备清除因机械分散进入钻井液的微小固相，控制钻井液的含砂量不大于0.2%。

3　应用效果

1）抑制性强、性能稳定、井径规则。二开φ241.3 mm井段在钻遇东营组大段强造浆泥岩和多次起下钻的情况下，钻井液能保持稳定的流变参数以及各项性能优良，全井没有因为流变性而置换钻井液，全井段井径规则，无大肚子井眼现象，使用改性天然高分子钻井液井段井眼扩大率仅为3.2%，为定向和导向钻进以及完井作业提供了保障，二开钻井液性能见表4，二开井径见图1。

2）润滑性强、封堵能力强、全井无复杂事故。在该井施工过程中，没有发生任何的事故复杂，在中途改变井眼轨迹的情况下，定向过程顺利，不存在严重的托压现象，面对裸眼段长达3 131m、井底位移1060 m以及井斜34.5°的情况，中途电测和完井电测一次成功率100%，且后续完井作业均顺利完成。

表4　DS4井二开井段钻井液性能

图1　DS4井二开使用改性天然高分子钻井液井段井径

3）油层保护效果好。DS4井二开井段在东营组钻进过程中获得了良好的油气显示，试油阶段成功地实现了高产工业油流，充分显示了改性天然高分子钻井液优良的油气层保护能力，现场二开钻井液原始渗透率229.24×10-3μm2，渗透率恢复值为100%。

4　结论和认识

1.在改性天然高分子钻井液中引入强抑制剂AP-1、铝基聚合物DLP之后，很好地解决了DS4井东营组大段泥岩造浆和井壁失稳的问题。

2.改性天然高分子钻井液具有良好的抑制性和封堵性，防止了DS4井上部明化镇组、馆陶组高渗透地层的漏失，在较低的密度下确保了下部东营组泥岩地层的井壁稳定，实现了安全快速钻井。

3.改性天然高分子钻井液具有优良的润滑能力，在DS4井二开裸眼段长3 131m、位移大（1060 m）的情况下，实现了电测一次成功率100%。

4.改性天然高分子钻井液具有低荧光特性，能够及时地发现油气层；具有优良的油层保护效果，DS4井在东营组发现了良好的油气显示，并在试油阶段获得了高产的工业油流。

参考文献

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Modified Natural Polymer Drilling Fluid Used in Exploration Wells in the Gulf of Liaodong

HOU Yue, BAN Shijun, ZHAO Yunlong
(Tianjin China Petroleum Boxing Engineering Technology Co., Ltd., Tianjin 300451)

AbstractThe well DS4 is an areal exploration well located in the offshore Gulf of Liaodong in the north Bohai Sea. The well DS4, a long open-hole well, penetrated formations with complex geology and many oil and gas bearing zones. Based on the studies on the inhibitive capacity and plugging capacity of the drilling fuid，as well as reservoir protection mechanism，a modifed natural polymer drilling fuid was optimized. The results of the laboratory experiments have revealed that the inhibitive capacity and the plugging capacity of the drilling fuid are greatly enhanced after treatment with the strong shale inhibitor AP-1and the plugging agent DLP. Using this modifed natural polymer drilling fuid，mud losses previously occurred in drilling the highly permeable Minghuazhen formation and Guantao formation were minimized, and the borehole wall instability in drilling the lower Dongying formation (shales) was brought under control with lower mud weights，realizing safe and fast drilling. This drilling fuid has good lubricity； in the second interval，which has length of 3,131m, horizontal displacement of 1,060 m and well angle of 34.5 ℃, the wireline logging was 100% successful, with no repetition. The drilling fuid has low fuorescence，which is helpful in pinpointing pay zones accurately. The drilling fuid has good reservoir protection ability； the well DS4 had good oil shows，and high production rate was obtained during well testing.

KeywordsModifed natural polymer drilling fuid； Borehole wall stabilization； Formation damage； Inhibitive capacity； Plugging capacity

中图分类号：TE254.3

文献标识码：A

文章编号：1001-5620（2016）03-0060-04

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.03.012

第一作者简介：侯岳，工程师，1985年生，2007年毕业于中国石油大学（华东）应用化学专业，现从事现场钻井液技术服务工作。电话 13612172285；E-mail：hyue1985@163.com。

收稿日期（2015-11-22；HGF=1601N11；编辑王小娜）