哈萨克斯坦北特鲁瓦油田“一体化”井钻井液技术

焦小光

（中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井液公司，北京 100101）

0 引言

哈萨克斯坦北特鲁瓦油田地质构造位于滨里海盆地东部边缘，属低渗透复杂碳酸盐岩油藏，包括KT-I和KT-II两套含油层系[1]。2011年正式投产以来，油气产量整体下滑较快，单井采收率逐年降低。为此，北特鲁瓦油田甲方提出“一体化”作业方案，即涵盖地质研究、钻井工程、油藏工程、完井改造、采油工程等各个环节并整体考虑，将承包商效益与油井产量挂钩，以期达到提高采收率、实现油田高效开发的目的。

这一钻井模式的改变，特别是甲方为提高单井油气产量，将水平段长由常规的400 m延伸到700～1 000 m，增大了井眼轨迹和井身质量控制难度，对各专业尤其是钻井液技术提出了挑战[2-3]。笔者经过充分的调研和论证，研发了适用于北特鲁瓦地层特性的钾基饱和盐聚磺钻井液技术和氯化钾聚合物屏蔽暂堵钻井液技术。在长城钻探承钻的首口“一体化”井的应用结果表明，上述钻井液技术成功解决了盐岩层缩径、垮塌，泥岩灰岩互层定向钻进井壁失稳、掉块，以及水平段储层保护问题，实现了钻井提速提效。

1 地质工程概况

北特鲁瓦油田埋深950 m之下主要是新生代、中生代砂岩、泥岩、粉砂岩互层，容易发生井漏。950～1 550 m之间为上二叠统砂岩、泥岩，泥岩致密，且有黏土层，需防泥包、防卡钻。1 500～2 000 m之间为下二叠统孔谷阶盐岩与盐膏不等厚互层，盐岩呈白色，晶状，有黏土夹层或间层。2 000～2 400 m主要是下二叠P1s-a泥岩和粉砂岩，泥岩呈灰色或黑色，易垮塌、掉块。2 400 m之下至目的层（3 200～3 500 m）主要是石炭系灰岩，偶有泥岩。石灰岩呈浅褐灰色、灰色小晶粒，中等强度隐晶质结构。北特鲁瓦油田原始地层压力24.14 MPa，最大压力梯度出现在孔谷阶盐层下部，总体属于正常压力系统。垂深2 390 m处地层原始温度为52.93 ℃，为中等地温系统。

该油田典型的井身结构如表1所示。

表1 北特鲁瓦油田典型井身结构

2 钻井液技术难点分析

1）二开上部盐岩层和盐膏层发育，厚度通常在400～500 m之间。大量NaCl和其它无机盐溶解于钻井液中，使钻井液的黏度、切力升高，滤失量剧增，对钻井液性能造成破坏；同时，盐的溶解使上部泥岩、砂岩失去依托，容易造成井塌和井径扩大。另外，盐膏地层在地应力作用下容易发生蠕变，引起缩径；也会吸水膨胀，进一步加剧缩径。

2）二开下部定向钻进时存在泥岩和石灰岩交界面，且井斜较大（通常在70°～80°之间），容易因地层不均一和井斜过大造成井壁掉块、垮塌，引起起下钻遇阻，井眼不畅等复杂情况，需要提高钻井液的抑制性和携砂能力。

3）水平段长度较常规设计延伸至少300 m，除携岩、润滑性问题以外，为更好保护油气层，需要从钻井液角度增强体系储层保护性能，为后期完井阶段射孔酸化工艺打下良好基础，这是“一体化”井能否成功的关键。

4）目前的钻井设计，二开需要钻至出现油层后才下技术套管，造成同一井眼内上部盐层和下部油层存在两套压力系统，下部压力系数较低的石灰岩储层易发生井漏。

3 钻井液体系研究与评价

3.1 饱和盐聚磺钻井液体系

经实践，采用饱和、欠饱和盐水钻井液，是解决钻进巨厚盐层时盐膏溶解、塑性蠕变及地层非均质性带来的垮塌、缩径问题的首要选择[4-7]。针对北特鲁瓦油田盐岩层特点，室内研究形成了一套饱和盐聚磺钻井液基本配方，配方如下。

水 +（3%～4%）膨 润 土 +（0.2%～0.3%）NaOH+（0.2%～0.3%）FA-367+（0.1%～0.2%）XY-27+（0.2%～0.3%）PAC-LV+（0.1%～0.2%）PAC-RL+3%SMP-2+（2%～3%）SPNH+25%NaCl

该基本配方矿化度高，抗污染能力强，可有效解决盐和石膏等对钻井液性能造成的破坏。又可将盐层溶解降至最低程度，避免大肚子井眼现象[8]。后期可在基本配方的基础上，加入5%KCl和防塌剂，形成钾基饱和盐水聚磺体系，进一步增强抑制性和防塌能力，解决下二叠统泥岩掉块、坍塌等井壁失稳问题。该配方性能评价结果如表2所示。

表2 饱和盐聚磺钻井液性能

3.2 氯化钾聚合物屏蔽暂堵钻井液技术

通过调研分析北特鲁瓦油田储层物性特点可知，其主力油层属孔隙-裂缝型灰岩储层，孔隙度和渗透率较高，易形成固相堵塞，污染油层[9-11]。为此，采用了保护油气层的屏蔽暂堵技术。该技术是通过分析固相粒子堵塞油层孔喉（裂缝）的机理和规律，向钻井液中加入与储层孔喉大小相匹配的可酸溶、可油溶的分散刚性和可变形粒子，在井筒压差作用下，在油层近井壁带快速形成渗透率几乎为零的封堵层，阻止钻井液中固相颗粒及滤液向油层的进一步渗透，从而降低固相颗粒及液相对油层的污染，而此暂堵层在后期的完井作业中可解堵，保持储层原始的孔渗状态[12-14]。

室内首先优选出2种屏蔽暂堵材料， 即：ZD-1和EP-1，并通过岩心渗透率恢复实验评价其储层保护性能[15-16]。ZD-1是一种可酸溶刚性粒子，EP-1是一种油溶性可变形颗粒，2者粒径与油层孔喉尺寸匹配。采用模拟岩心，钻井液经100 ℃，16 h老化后，在90 ℃下测试煤油驱替岩心渗透率，结果如表3所示。可以看出，加入2%EP-1和3%ZD-1的暂堵剂，钻井液体系的渗透率恢复值有了较大提高，超过了85%的控制指标，满足现场施工要求。

表3 钻井液加入屏蔽暂堵材料前后的岩心渗透率实验

同时对加入屏蔽暂堵材料前后的钻井液性能做了测试，结果见表4。可以发现，加入屏蔽暂堵材料后对钻井液流变性能略有影响，黏度、切力有小幅上升，API滤失量和HTHP滤失量均有所降低，总体未对钻井液性能造成较大影响，可正常使用。

表4 在KCl聚合物基浆中加入屏蔽暂堵材料前后的性能

4 现场应用

4.1 施工情况

长城钻探首口“一体化”井H817，井深为3 261 m，水平段长730 m，是一口北特鲁瓦油田地质特征非常典型的水平井。该井二开先使用φ215.9 mm钻头施工导眼至井深2 590 m，之后测井、回填，然后侧钻施工二开φ311.2 mm主眼至2 530 m中途完钻。三开φ215.9 mm钻头钻进至井深3 261 m完钻。

二开主眼井段，是该井施工主要难点所在。上部进入盐岩层前，加入SMP-II和PAC-LV强化滤失性能并护胶，之后逐渐加入NaCl转化为饱和盐水聚磺体系，防止盐层溶解、垮塌。同时定期补充0.1%～0.3%纯碱，一方面化学除钙，防止钙离子污染，另一方面维持体系pH值在10左右。钻进时根据井下情况，维持钻井液合理密度，有效控制盐层蠕变，保证井壁稳定。该井盐岩层和盐膏层厚度约为400 m（1 500～1 900 m），饱和盐水聚磺体系性能保持稳定，顺利钻穿盐层。盐层段钻井液体系性能如表5所示。

表5 H817井盐层钻进时泥浆性能

下部进入下二叠泥岩后，泥岩吸水膨胀，并且定向钻进井斜较大（60°～80°），同时泥岩灰岩交界处井壁容易垮塌。因此体系中维持5%以上含量KCl，增强对泥页岩的抑制能力，形成钾基饱和盐水聚磺体系。同时视井下情况加入2%沥青防塌剂HY-217稳定井壁。控制钻井液API滤失量在4 mL以下，HTHP滤失量在15 mL以内，保证井壁形成薄而韧的滤饼。逐步加入液体润滑剂，至中途完钻液体润滑剂含量维持在5%～6%。井斜超过60°后，可少量、多次添加固体石墨润滑剂，进一步增强润滑性。二开中途完钻后，下套管一次成功。

三开水平段岩性为灰岩，地层较稳定。钻塞后，全井替换为KCl聚合物钻井液，不将上开钻井液稀释使用。进入油层前，在保证井壁稳定前提下，尽量降低钻井液密度（该井在1.12 g/cm3左右）。同时，充分利用四级固控设备，降低钻井液有害固相，防止堵塞油流通道。严格控制滤失量，中压滤失量低于4 mL，高温高压滤失量低于12 mL。之后加入3%酸溶性暂堵剂ZD-1和2%油溶性暂堵剂EP-1，形成屏蔽暂堵钻井液体系，提升储层保护能力。岩屑携带方面，保持较高黏度和切力，同时工程上采取大排量钻进，双管齐下增强携岩能力。完钻后，井浆中加入2%液体润滑剂封井，之后电测、下套管顺利。完井电测曲线显示，水平段井径规整，平均井径扩大率仅3.84%，见图1。

图1 H817井水平段井径曲线图

4.2 应用效果

与同区块其他井相比，钾基饱和盐聚磺钻井液技术的应用，大幅降低了井下复杂情况，提高了机械钻速。平均钻井周期由原来的63 d缩短至55 d，机械钻速提升15.2%。尤其是盐层钻进时，有效控制盐膏溶解、蠕变缩径等井壁失稳问题，平均井径扩大率控制在8%以内。

应用保护油气层的屏蔽暂堵钻井液技术，油保作用明显。在现场开展油保和油气层损害矿场评价，结果表明，屏蔽暂堵钻井液技术满足碳酸盐岩孔隙型、微小裂缝型储层保护要求，可在10 min内形成有效封堵层，滤失量小于2 mL，暂堵环抗压强度高达20 MPa，但解除突破压力低。采用不稳定试井法，对该井进行油层损害评价，计算得表皮系数处于0～2之间，属轻微损害，远低于同区块其它井。该井经测试，日最高产原油达138 t，目前稳定在日产原油110 t，产油量较邻井提升26.4%。

5 结论与认识

1. 饱和盐聚磺钻井液抗污染能力强，性能稳定，可解决北特鲁瓦油田下二叠孔谷阶盐岩层缩径、垮塌问题。KCl与饱和盐复配后，抑制能力进一步增强，解决了下二叠泥岩膨胀、掉块问题。

2. 优选的酸溶性暂堵剂和油溶性暂堵剂与储层孔喉匹配，应用在KCl聚合物钻井液中可在近井壁地带形成有效屏蔽暂堵层，阻止固相颗粒和滤液进一步向油层渗透，显著增加体系储层保护能力。

3. 鉴于滨里海盆地具有很强的地层规律性，饱和盐聚磺钻井液和KCl聚合物屏蔽暂堵钻井液技术的成功应用具有较强的指导和借鉴意义，可在北特鲁瓦油田推广应用。