适合小井眼水平井的水基钻井液体系研究

赵玲 董江洁

摘      要：通过分析小井眼水平井钻井液的技术特点，并结合处理剂的优选实验，研制一套适合小井眼水平井的水基钻井液体系，并对其综合性能进行了评价。结果表明：该钻井液体系具有良好的流变性能、滤失性能和耐温性能，经过150 ℃老化后，体系的黏度和切力变化不大，滤失量较小;体系具有良好的抑制性，对岩屑的滚动回收率可以达到90%以上;体系还具有良好的润滑性和抗污染性能，在体系中加入不同质量浓度的盐和岩屑后，体系的性能仍能保持稳定;另外，使用钻井液体系污染后的岩心，渗透率恢复值可以达到75%以上，而切除污染端面0.5 cm后，其渗透率恢复值可以达到95%以上，说明钻井液体系具有良好的储层保护性能，能够满足小井眼水平井钻井施工的要求。

关  键  词：小井眼;水平井;钻井液;抑制性;储层保护

中图分类号：TE254.3       文献标识码： A       文章編号： 1671-0460（2020）11-2519-04

Study on Water-based Drilling Fluid System Suitable

For Slim Hole Horizontal Wells

ZHAO Ling1， DONG Jiang-jie2

（1. Karamay Drilling Company of CNPC West Drilling Corporation， Karamay 834008， China;

2. The First Gas Production Plant of PetroChina Xinjiang Oilfield Company， Karamay 834000， China）

Abstract： A water-based drilling fluid system suitable for slim hole horizontal wells was developed by analyzing the technical characteristics of the drilling fluid and combining with the optimization experiment of treating agent， and its comprehensive performance was evaluated. The results showed that the drilling fluid system had good rheological properties， filtration and temperature resistance. After aging at 150℃， the viscosity and shear force of the system changed little， and the filter loss  was small; the system had good inhibition， and the rolling recovery rate of rock cuttings was more than 90%; the system also had good lubricity and pollution resistance， and after adding different mass concentrations of salt and cuttings to the system， the performance of the system still remained stable. In addition， the permeability recovery value of the core polluted by the drilling fluid system was more than 75%，and the permeability recovery value was more than 95% after 0.5 cm of the contaminated end face was removed， which showed that the drilling fluid system had good reservoir protection performance and met the requirements of drilling construction of small horizontal well.

Key words： Slim hole; Horizontal well; Drilling fluid; Inhibition; Reservoir protection

小井眼钻井技术最早始于20世纪40年代，经历了不同的发展阶段后，逐渐形成了比较成熟完善的钻完井理论。中国的小井眼钻井技术从20世纪70年代开始逐渐发展，起初主要用于老油田增产改造时进行侧钻开窗，后期逐渐发展至在浅层油藏、低渗油藏以及深井钻井中进行应用[1-3]。

钻井液技术作为小井眼钻井施工过程中的重要一环，其性能好坏对小井眼钻井施工的影响起到了至关重要的作用[4-7]。小井眼钻井由于具有井眼尺寸小、环空间隙小等特点，要求在钻井过程中必须控制好环空压耗，要求小井眼钻井液体系必须具有良好的携岩能力、良好的润滑性以及储层保护效    果[8-12]。因此，在分析了小井眼水平井钻井液技术特点的基础上，笔者通过大量室内实验，研究出了一套适合小井眼水平井的水基钻井液体系，并在室内评价了其流变性、滤失性、抗温性、抑制性、润滑性、抗污染性能以及储层保护性能，以期为小井眼水平井钻井的安全高效施工提供一定的技术支持。

1  小井眼水平井钻井液技术特点

1）钻井液应具有较低的固相含量。与常规井眼相比，小井眼的循环压力大多损失在环空中，如果在小井眼钻井液中加入过多的固相物质，势必会增大钻井液体系在环空中的流动阻力，从而造成钻井液的当量循环密度过大，容易引发井漏和井壁垮塌等复杂事故。

2）钻井液应具有良好的流变性。由于小井眼水平井的环空间隙较小，而钻井液的上返速度则较高，在此条件下，钻井液不需要特别高的黏度就可以达到携岩的要求，因此，控制好钻井液的流变性可以有效降低环空压降，避免井壁失稳的出现。

3）钻井液应具有较低的滤失量。如果钻井液体系的滤失量较高，会使小井眼井壁附近的地层被钻井液滤液浸泡，容易引起地层垮塌、剥落，还可能引起钻头泥包堵塞钻头水眼，从而影响钻井速度。

4）钻井液应具有良好的抑制性和润滑性。由于小井眼钻井时环空流速通常较高，钻井液对井壁的冲刷作用较强，在此情况下，要求小井眼钻井液体系必须具有更好的抑制性，以降低地层水化膨胀分散对钻井液性能影响;另外，小井眼环空间隙较小，使钻井过程中钻具粘卡现象的发生几率增大，因此要求小井眼钻井液体系必须具有良好的润滑行，以降低钻具与井壁之间的摩擦阻力。

2  主要处理剂优选及体系配方确定

2.1  增黏剂加量优选

室内对适合小井眼水平井水基钻井液体系的增黏剂ZNJ-3加量进行了优选评价，在基浆中加入不同加量的ZNJ-3，在常温下测定其黏度变化情况。基浆配方：水+0.2%NaOH+0.15%Na2CO3+3%降滤失剂HFT-1，实验结果见表1。

由表1结果可知，随着增黏剂ZNJ-3加量的增大，体系黏度逐渐增大，当其加量为0.3%时，体系具有良好的表观黏度、塑性黏度和动切力，再继续增大其加量，体系黏度则提升太高。因此，综合考虑经济成本等因素，选择增黏剂ZNJ-3的加量為0.3%为最佳。

2.2  抑制剂优选

室内采用离心法对适合小井眼水平井水基钻井液体系的抑制剂进行了优选评价，实验使用目标区块钻屑，经过粉碎后过筛，抑制剂加量均为2%，实验结果见图1。

由图1结果可知，抑制剂HEM-4的防膨效果最好，当其加量为2%时对目标区块储层钻屑的防膨率可以达到90%以上，因此，选择HEM-4作为小井眼水平井钻井液体系的抑制剂。

2.3  润滑剂优选

室内使用极压润滑仪对适合小井眼水平井水基钻井液体系的润滑剂进行了优选评价，基浆配方为：水+0.2% NaOH+0.15% Na2CO3+0.3%增黏剂ZNJ-3 +3% 降滤失剂HFT-1+2%抑制剂HEM-4，润滑剂加量均为1.5%，实验结果见图2。

由图2结果可知，在基浆中加入不同类型的润滑剂后，极压润滑系数均出现不同程度的下降现象，其中润滑剂HLB-1的效果最好，能使极压润滑系数降低至0.1以下，因此选择HLB-1作为小井眼水平井钻井液体系的润滑剂。

2.4  适合小井眼水平井的水基钻井液体系配方

通过对小井眼水平井钻井液技术特点的分析，并结合以上主要处理剂优选实验评价的结果，研制出一套适合小井眼水平井的水基钻井液体系，具体配方为：水+0.2% NaOH+0.15% Na2CO3+0.3% 增黏剂ZNJ-3+3%降滤失剂HFT-1+2% 抑制剂HEM-4 +1.5% 润滑剂HLB-1+甲酸钾加重至1.4 g·cm-3。

3  钻井液体系性能评价

3.1  流变性能及滤失性能

钻井液流变性能及滤失造壁性能是小井眼水基钻井液体系的基础性能，室内使用六速旋转黏度计、常温常压滤失仪和高温高压滤失仪测定了小井眼水基钻井液体系的黏度和滤失量大小，实验结果见表2。

由表2结果可知，钻井液体系在老化前后的黏度和切力变化均不大，120 ℃老化后API滤失量为1.8 mL，而HTHP滤失量只有6.9 mL，滤失量较低，说明小井眼水平井水基钻井液体系具有良好的流变性能和较低的滤失量，能够满足小井眼水平井钻井的基本要求。

3.2  抗温性能

为满足不同地层温度对钻井液性能的要求，需要小井眼水基钻井液体系具有良好的抗温性能，为此，室内评价了小井眼钻井液体系在不同温度下老化后的流变性能和滤失性能，实验条件同3.1中所述，实验结果见表3。由表3结果可知，随着老化温度的升高，钻井液体系的黏度和切力有所下降，但变化幅度较小，钻井液体系的滤失量随温度的升高有所增大，体系经过150 ℃老化后，API滤失量和HTHP滤失量分别为3.2 mL和9.6 mL，滤失量较小，说明小井眼水平井水基钻井液体系具有良好的抗温性能，能够满足不同地层温度钻井施工的需求。

3.3  抑制性能

使用目标区块储层段岩屑对小井眼水平井水基钻井液体系的抑制性能进行了评价，实验采用滚动回收率方法，老化实验条件为120 ℃×16 h，实验结果见表4。

由表4结果可知，钻井液体系对岩屑的滚动回收率可以达到90%以上，说明小井眼水平井水基钻井液体系具有良好的抑制性能，能够有效降低钻井液滤液侵入地层引起的黏土水化膨胀、分散运移而导致的井壁失稳现象，提高小井眼水平井的钻井效率。

3.4  润滑性能

使用极压润滑仪和泥饼黏附系数测定仪对小井眼水平井水基钻井液体系的润滑性能进行了评价，实验结果见表5。

由表5结果可知，钻井液体系的极压润滑系数小于0.09，而泥饼黏附系数则小于0.03，说明小井眼水平井水基钻井液体系具有良好的润滑性能，能够有效降低钻具与井壁之间的摩擦阻力，保障小井眼水平井钻井施工中的安全。

3.5  抗污染性能

室内在小井眼水平井水基钻井液体系加入一定量的NaCl、CaCl2、MgCl2和储层岩屑，评价钻井液体系的抗污染能力，老化条件为120 ℃×16 h，实验结果见表6。

由表6结果可知，钻井液体系中分别加入5%NaCl、1.5%CaCl2、1.5%MgCl2和15%储层岩屑后，体系的黏度和切力均无明显变化，体系的滤失量稍微增大，但仍保持在较小的范围内，说明小井眼水平井水基钻井液体系具有良好的抗污染能力。

3.6  储层保护性能

室内按照石油天然气行业标准《钻井液完井液损害油层室内评价方法》（SY/T 6540—2002），评价了小井眼水平井水基钻井液体系的储层保护效果，实验结果见表7。

由表7结果可知，岩心使用钻井液体系污染后，渗透率有所降低，但渗透率恢复值仍能保持在75%以上，说明钻井液体系对岩心端面产生了一定的封堵，可以有效阻止钻井液滤液的大量侵入;在切除岩心污染端面0.5 cm后，岩心渗透率明显增大，渗透率恢复值可以达到95%以上，说明钻井液的污染可以通过后期完井射孔等方式来进行解除，进一步说明小井眼水平井水基钻井液体系具有良好的储层保护效果。

4  结 论

1）在分析了小井眼水平井钻井液技术特点的基础上，通过主要处理剂的优选评价实验，研制出一套适合小井眼水平井的水基钻井液体系，具体配方为：水+0.2% NaOH+0.15% Na2CO3+0.3% 增黏剂ZNJ-3+3% 降滤失剂HFT-1+2%抑制剂HEM-4 +1.5% 润滑剂HLB-1+甲酸钾加重至1.4 g·cm-3。

2）小井眼水平井钻井液体系综合性能评价结果表明，该体系具有良好的流变性能、滤失造壁性能、抗温性能、抑制性能、润滑性能、抗污染性能以及储层保护效果，能够满足小井眼水平井钻井施工时对钻井液性能的要求。

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