全油合成基钻井液在永3-侧平×井的应用

孙荣华

(中石化新疆新春石油开发有限责任公司)

永3-侧平×井位于准噶尔盆地南缘。近些年的研究认为[1]，永进地区属于天山山前构造带，为挤压地应力环境，深部地层保持了较强的地应力状态，地层坍塌压力全井段基本高于地层孔隙压力，决定井筒稳定的关键压力参数是地层坍塌压力；通过储层岩心黏土含量及电镜图片分析表明,黏土矿物含量低，伊蒙混层占有一定比例，水化应力不均易导致井壁失稳；层理、孔隙及微裂缝发育，黏土矿物充填其中，水化后胶结强度降低，外力作用下易坍塌。使用合成基油作为连续相的全油合成基钻井液体系，具有油基钻井液的特性以及很强的抑制能力，最适合钻水敏地层；其润滑性能和抗污染能力强，特别适合斜井和水平井；同时具有良好的流动性、环保性能等优点。全油合成基钻井液体系[2-3]在保持原有合成基体系性能不变的基础上，最大限度地提升合成基油在体系中的含量，减少水的含量。配合现场维护工艺，使用全油合成基钻井液体系成功解决了永3-侧平×井钻井施工中的井壁失稳问题，满足了施工要求。

一、钻井液技术难点

永3-侧平×井是位于新疆维吾尔族自治区昌吉市永3井套管开窗、侧钻的一口水平井，为中石化总部2017年部署在永进油田的一口重点先导试验水平井，旨在探索永进油田超深层特低渗油藏经济有效动用技术。本井于2018年3月27日开窗侧钻，侧钻点5 355 m，开窗后用Ø149.2 mm钻头侧钻，于9月14日完钻，完钻深度6 111 m，侧钻进尺756 m，完钻层位为侏罗系西山窑组。根据邻井资料，该井存在的主要钻井液难点为：

(1)清水河组地层含大段泥岩及砂泥岩互层，矿物组成主要为伊/蒙有序间层和伊利石构成，微裂缝发育，极易吸水膨胀分散，剥落垮塌；西山窑组地层存在煤质夹层，煤岩中黏土矿物主要为高岭石、绿泥石、伊利石和少量伊蒙混层，结构不均匀，节理、微裂缝发育，极易发生垮塌，要求钻井液必须具有极强的抑制性。

(2)受山前构造带高地应力影响，清水河组、西山窑组呈现异常高压状态，如永3井地层压力系数达1.86，且地层坍塌压力大于地层孔隙压力，硬脆性泥页岩地层井壁失稳严重，要求钻井液具有较高的密度和良好的封堵性能。

(3)本井为深井小井眼施工，环空间隙小、循环压耗大，排量与携岩矛盾突出，要求钻井液有较好的悬浮性能和流动性。

(4)小井眼侧钻水平井，定向施工难度大，需要较低的摩阻，对钻井液润滑性要求高。

二、全油合成基钻井液体系研制与评价

1.全油合成基钻井液体系配方研制

基于永进油田钻井液技术难点，研发了新型全油合成基钻井液体系，其具有较高的闪点和苯胺点，黏度受温度变化影响小，几乎不含芳香烃。具有抑制性强、润滑性能好、抗污染能力强、热稳定性能好等特点，能有效抑制泥页岩水化膨胀，防止水敏性地层井壁失稳[4-5]，解决了永进油田清水河组、西山窑组井壁失稳问题。

全油合成基钻井液体系基本不含水，滤液为油，最大程度地减少了清水河组硬脆性泥岩的水化膨胀；增加了新型封堵剂封堵西山窑组的裂缝、纹理，其润滑性、抑制性能使其通过西山窑组地层时对岩石造成的物理、化学影响最小；为平衡地层异常高压，研制的体系具备高密度、低黏特征，流变性好(见表1)，提高了钻井设备的效率。

基本配方：合成基液+(1%～5%)有机土+(1%～4%)乳化剂+(1%～4%)辅乳化剂+(1%～6%)润湿剂+(3%～6%)降滤失剂+(1%～3%)防塌剂+(3%～5%)封堵材料。

主要助剂：乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、降滤失剂、防塌剂、封堵材料、加重剂等。

表1 全油合成基钻井液体系性能

注：HTHP为150℃/3.5 MPa

2.全油合成基钻井液体系评价

2.1 不同钻井液体系的岩屑浸泡试验

将全油合成基钻井液与其它钻井液体系进行岩屑浸泡试验对比，所采集的岩屑为永3井清水河组、西山窑组岩屑，实验结果可以看出，合成基钻井液、全油合成基钻井液体系浸泡后岩屑保持原状，明显优于水基钻井液体系，说明其对岩屑的抑制性作用很强。

2.2 页岩岩屑滚动回收率及页岩线性膨胀高度试验

页岩线性膨胀高度在NP-01线性膨胀仪上进行，所用岩样为钙质蒙脱土压制成的人造岩样。实验首先称取10 g干燥膨润土，将此膨润土在配套的膨胀钢筒内用2.8 MPa压力压制5 min制得人造岩心，分别将不同钻井液滤液加入压有人造岩心的膨胀钢筒内，开始计量膨胀高度随时间的变化，并以8 h岩样膨胀高度作为页岩膨胀高度的评价指标。

页岩滚动回收率通过在不同钻井液中加入10～20目的页岩岩屑50 g，在150℃条件下高温陈化釜中热滚16 h后，用40目筛网回收岩屑并烘干至恒重，所回收的岩屑重量与初始页岩重量之比即为页岩一次回收率。将回收后的岩屑放入清水中，在150℃条件下在高温陈化釜中热滚2 h后，用100目筛网回收岩屑并烘干至恒重, 所回收的岩屑重量与初始页岩重量之比即为岩屑二次回收率。

表2 岩屑回收率、页岩8 h线性膨胀高度实验

注：全油合成基钻井液密度2.0 g/cm3；油水比：100 ∶0。

由表2可知，合成基钻井液和全油合成基钻井液8 h线性膨胀高度及一次和二次页岩回收率相差无几，线性膨胀高度越小,钻井液抑制页岩膨胀的能力越强；回收率越高,抑制岩屑分散的效果越好。合成基钻井液和全油合成基钻井液具有同等优异的抑制岩屑膨胀和分散的能力。

2.3 不同钻井液体系高温高压膨胀实验

将钠土烘干，在一定压力下压制成岩心后，用YPM-03型高温高压膨胀模拟试验仪测量其在不同钻井液体系滤液中的膨胀率大小，实验结果见表3。

表3 岩心在不同钻井液滤液中的高温高压膨胀实验

注：实验条件：3.5 MPa、100℃；全油合成基钻井液密度：2.0 g/cm3；油水比：100 ∶0。

表3可看出，全油合成基钻井液体系比合成基钻井液的抑制性能更好或相当，全油合成基钻井液具有优良的抑制性，可很好地稳定泥页岩，与水基钻井液相比，具有不可替代的优势。

三、全油合成基钻井液体系的现场应用

永进油田已完钻7口直井和1口水平井，主要采用的是以磺化处理剂为主的水基钻井液体系，其中6口井出现严重的井壁失稳和卡钻等事故。实践证明，研制的全油合成基钻井液体系在永3-侧平×井初次使用，基本解决了困扰永进油田十几年的井壁失稳难题。

1.施工维护工艺

(1)永3-侧平×井施工井段5 355～6 111 m，开窗侧钻前根据配方调整好钻井液性能，开窗后及时检测性能变化，依据配方调整钻井液性能，在易坍塌井段加大封堵材料加量，保证井壁稳定。

(2)钻井过程中，根据井下情况及地层坍塌压力调整密度，侧钻时钻井液密度1.70～1.85 g/cm3，钻进至油层前逐步提高到1.90～1.95 g/cm3。

(3)全油合成基钻井液的日常补充需根据推荐配方在配浆罐内配好后慢慢补充到循环系统，以保持钻井液量。

(4)每班监测全油合成基钻井液油水比，并根据实际情况进行调整，保持破乳电压≥500 V。

(5)岩屑上返异常、携岩困难，适当补充流型调节剂、乳化剂等，提高钻井液悬浮携带能力。

(6)若钻井过程中黏度上升，适当增加合成基基油；黏度下降，补充有机土、乳化剂的含量。

(7)若检测APIFL、HTHPFL增大，及时补充有机土、乳化剂和降滤失剂的含量，本井后期检测30 min的APIFL一直为0，130℃的HTHPFL小于2 mL。

(8)保证固控设备正常运转，由于全油合成基钻井液的抑制性强，返出来的钻屑完整性好，清洁器清除效率高，同时适当开启离心机，保持钻井液含砂量低，保证钻井液清洁。

2.效果分析

永3-侧平×井清水河组、西山窑组施工过程中，有少许掉块，为10～15 mm薄片状，全井未见较大掉块，扭矩正常，清水河组未无出现井下复杂情况，西山窑组复杂时效仅为18 h，达到了预期效果，钻井液性能如表4。

永3-侧平×井钻井周期171.25 d，处理复杂情况时间18 h，复杂时效0.44%。相比2009年完钻的永1-平1井，四开复杂时效1 183 h，永3-侧平×井复杂时间缩短1 165 h，复杂时效降低94.75%。永3-侧平×井顺利完井，投产日产30 t、不含水，打破了永进油田10年的沉寂，为勘探开发取得了成功经验，为邻井钻探提供了技术保障。

表4 永3-侧平×井钻井液性能

四、结论

(1)永进油田井壁失稳主要发生在清水河组和西山窑组，解决井壁失稳难题，必须提高钻井液的抑制性能和封堵性能、平衡地层的高坍塌应力。

(2)研制的高密度、低黏度全油合成基钻井液体系具有较强的抑制性和封堵性，成功解决了清水河组和西山窑组掉块难题，掉块较小。

(3)永3-侧平×井的顺利完钻，实现了永进油田钻井达成的目标，基本解决了工程技术瓶颈难题，为后期油田勘探开发提供了重要的技术保障。