海洋环保型钻井液在南海乌石区块的应用

黄 臣，刘腾蛟，常 锋，刘相甫，李秋明，魏鑫程，魏尽然，金刘伟

（中石油集团渤海钻探泥浆技术服务分公司，天津 300280）

WS16-5-1d 井是部署在南海北部湾海域乌石16-5 凹陷东区反转构造带上的一口预探井，构造范围为东经109°34′～109°38′，北纬20°29′～20°34′海域，平均水深约23 m。乌石16-5 构造周边多口井已经在流沙港组钻遇油气层，2020 年完钻的WS16-1-13d、WS16-1-18 井在流一段、流二段、流三段均钻遇厚层油层，勘探证实该区流二段、流三段发育厚层优质储层，值得深入研究继续拓展勘探[1]。

WS16-5-1d 井是一口四开定向井，设计井深3 662.08 m，钻进至3 660 m 裸眼完井，井身结构为：φ660.40 mm×455 m+φ508 mm×455 m；φ444.5 mm×2 101 m+φ339.7 mm×2 101 m；φ311.10 mm×3 135 m+φ244.5 mm×3 136 m；φ215.90 mm×3 660 m。该井一开使用海水/膨润土浆、二开下洋组前使用海水/膨润土浆，进入涠洲组前转型为海洋环保型钻井液，三开、四开均使用该体系钻井液，实测完钻井底温度135 ℃，实钻地层及岩性（见表1）。目的层流沙港组坍塌压力较高，最大井斜25.68°，存在大段页岩、油页岩，加上断层影响需控制钻井液密度，所以流沙港组井壁失稳风险较高，在满足海洋环保要求的前提下对钻井液的抗温、防塌和抑制性有较高的要求。为解决这些问题，通过室内实验形成了一套适用于该区块的抗温防塌海洋环保钻井液配方，并在现场取得了良好的应用效果。

表1 实钻地层及岩性描述

1 钻井液技术难点

1.1 环保性能

WS16-5-1d 井作业区域为南海北部湾地区，钻井液要严格按《中华人民共和国海洋环境保护法（2017年修正）》、中国海洋石油有限公司健康安全环保管理体系、海洋石油相关标准以及中海油广东湛江分公司工程技术作业中心的有关规定执行，以保护海洋环境、保障人体健康、确保钻井作业的顺利。

1.2 地层稳定性

北部湾盆地流沙港组属于典型的硬脆性泥页岩地层，岩石弱结构面发育，且具有一定水化特性，从而导致其钻井过程中稳定井壁难度较大[2]。长期以来，北部湾盆地流沙港组钻进过程中井眼垮塌现象严重，井下复杂状况频发，使得钻井周期长、效率低、成本高，成为了制约该区块勘探开发的主要技术瓶颈[3]。

1.3 漏失

该井在流沙港组存在漏层，邻井在该层位曾多次发生井漏，影响了钻井时效。海洋环保型钻井液拥有良好的触变性，通过控制钻井液的流变性，降低循环压耗，进入漏层前在钻井液中加入随钻封堵剂，对该层位漏失起到预防作用[4]。

2 钻井液体系建立

参考区块已钻井资料，该区块的水基钻井液需要着重解决流沙港组划眼、阻卡等井壁稳定问题，在不使用褐煤、磺化沥青等“黑色”封堵、降滤失材料的前提，保证钻井液的封堵和抑制性[5]；海洋环保钻井液应具有良好环保性能，对环境无毒、无害，抗温能力和流变性应满足井下需要[6]。针对以上要求，以环保型包被抑制剂BZ-BYJ-1、环保型降滤失剂BZ-KLS-1 和KCl 形成基浆配方[7]，对封堵剂和复合润滑剂进行了优选，基浆配方为：400 mL 水（海水：淡水=3：1）+2%膨润土＋0.3%BZ-BYJ-1+0.2%BZ-HXC+2%BZ-KLS-1+0.3%NaOH+0.3%纯碱+3%复合超细碳酸钙（600 目：1 250目=1:1）。

2.1 封堵剂优选

对Green-Seal、PF-AQUAseal、BZ-DFT 及BZ-YFT共4 种环保防塌剂进行了室内评价，向基浆中分别加入不同质量分数的上述4 种防塌剂，测定滤失量的变化，结果（见表2）。由表2 可以看出，其中同浓度下BZ-YFT 滤失量最低，在体系内的降滤失效果最好，当其加量为2%时降滤失效果较好。

表2 环保防塌剂降滤失性能评价

2.2 复合润滑剂优选

由于海洋钻井中对岩屑低含油量要求，钻井液需要控制油类润滑材料的加入量。聚合醇是近些年常用的新型处理剂，具有抑制黏土分散、降低钻井液滤失量、提高钻井液润滑能力的作用，常规润滑效果更好[8]。对聚合醇类材料BZ-YRH 与环保型润滑剂BZ-RH-1分别按照加量3%和1%进行复配，加入基浆中评价其润滑性能，基浆摩阻降低率可达77%。

3 钻井液性能评价

通过室内正交实验和钻井液防塌剂、润滑剂优选结果形成的环保型海洋钻井液体系基本配方如下：海水+2%膨润土＋0.3%NaOH+0.3%纯碱+0.3%BZ-BYJ-1+0.2%BZ-HXC+2%～3%BZ-KLS-1+2%～4%BZ-YFT+3%BZ-YRH+1%BZ-RH-1+3%～5%复合超细碳酸钙（600 目：1 250 目=1:1）+9%～12%KCl+重晶石。

3.1 常规性能

测量不同密度的海洋环保型钻井液在室温和经140 ℃热滚24 h、48 h、72 h 后的常规性能，结果（见表3）。从表3 可以看出，海洋环保钻井液的抗温性能、长期抗温稳定性良好，老化后的流变性和滤失性能均能满足钻进需要。

表3 海洋环保钻井液性能评价

3.2 钻井液生物毒性

根据SY/T 6787-2010《水溶性油田化学剂环境保护技术要求》对海洋环保钻井液及处理剂进行室内实验[9]，结果（见表4），处理剂及钻井液均无生物毒性显示，满足相关要求。

表4 生物毒性评价

3.3 钻井液生物可降解性

根据HJ 505－2009《水质五日生化需氧量（BOD5）的测定稀释与接种法》、HJ 828－2017《水质化学需氧量（CODCr）的测定重铬酸钾法》对海洋环保钻井液及配方浓度处理剂进行室内实验，结果（见表5）。根据检测结果所示，海洋环保钻井液所用处理剂均能满足，钻井液也可满足生物降解要求。

表5 生物降解性评价

3.4 抑制性

使用抗温140 ℃、密度1.45 g/cm3海洋环保钻井液配方对大港油田沙河街页岩岩样进行滚动回收实验，取20 g、6 到10 目的页岩岩样，分别用清水和钻井液在140 ℃下，进行16 h 滚动，测量岩心回收率（见表6）。表6 结果表明环保钻井液具有良好的抑制性。

表6 岩屑滚动回收实验

3.5 封堵性

将配制好的海洋环保钻井液经140 ℃老化16 h后，使用OFITE 渗透性封堵仪对其封堵性进行评价。评价前将10 D，40 mD 的人造砂盘浸泡在7%氯化钾溶液中至充分饱和，在压差6.9 MPa，温度140 ℃条件下进行评价，实验结果（见表7）。

表7 高温高压渗透性封堵测试结果

结果显示，钻井液在细目钙、防塌封堵剂的协同作用下，对低、中渗砂盘均能形成有效地封堵，可以在易塌地层上快速形成滤饼，针对该地层的孔隙进行有效封堵，有利于井下稳定、防止地层坍塌。

4 现场应用

4.1 二开

二开钻遇灯楼角组、角尾组、下阳组、涠洲组。上部使用海水/膨润土体系，下部转为海洋环保型钻井液体系。

其配方如下：海水+3 kg/m3BZ-BYJ-1+0.3%BZBYJ-1+0.2%BZ-HXC+2%BZ-KLS-1+1%BZ-YFT+2%BZ-YRH+9%KCl，重晶石加重至1.32 g/cm3。

钻井液维护措施如下：（1）采用海水开路钻水泥塞，钻进至460 m 后转为闭路钻进，灯楼角组维持黏度30～35 s，每柱垫般土浆15 m3后接立柱；740 m 进角尾组后改为开路钻进，每柱扫般土浆10 m3。

（2）钻至1 100 m 改为闭路钻进，同时混入聚合物降滤失剂BZ-KLS-1 胶液，转型为海水聚合物钻井液；钻进过程中使用BZ-HXC 逐步提高黏度至32～36 s，并每钻进1 柱扫稠浆10 m3；钻至1 400 m 按照配方浓度加入处理剂，泥浆转型为海洋环保型钻井液体系。

（3）通过包被抑制剂BZ-BYJ-1、KCl、封堵防塌剂BZ-YFT 提高泥浆的抑制性，从而保证井壁的稳定性，使用BZ-HXC 调整泥浆黏度，保证泥浆拥有良好悬浮携砂性能，提高钻井液密度至1.23 g/cm3；进入涠洲组后，使用BZ-KLS-1 逐步降低API 失水至10 mL，提高钻井液黏切至45 s，提高钻井液密度至1.32 g/cm3；钻至中完井深后扫稠浆20 m3。

（4）开钻使用100 目筛布防止跑浆，钻进至涠洲组大段砂岩后使用120 目筛布，防止有害固相进入泥浆中，密度上涨过快，合理利用振动筛和除泥器以及离心机，最大程度减少泥浆中的有害固相。

4.2 三开

三开钻遇流一段、流二段，使用海洋环保型钻井液，钻井液配方如下：海水+0.2%纯碱+0.2%NaOH+2%膨润土+0.3%BZ-BYJ-1+0.2%BZ-HXC+3%BZ-KLS-1+3%BZYFT+3%BZ-YRH+1%BZ-RH-1+5%超细碳酸钙（600目：1 250 目=1:1）+9%KCl+重晶石加重至1.45 g/cm3。

工程概况及泥浆维护：（1）开钻前，配制150 m3海洋环保型钻井液，充分循环均匀，排放清洗沉砂池，钻水泥塞期间将150 m3新浆与老浆混合均匀。

（2）钻进过程中维持黏度50～60 s，及时补充新配制胶液，防止黏切上涨，根据地层变化，及时调整密度。配制胶液使用BZ-KLS-1 控制失水小于5 mL，保持KCl 含量不低于9%，防止泥岩吸水膨胀；逐步提高封堵防塌材料BZ-YFT 含量、加入适量复合超细碳酸钙，改善泥饼质量，在井壁形成优质泥饼。

（3）钻进至流二段前将密度提至1.40 g/cm3，中完前逐步提高密度至1.45 g/cm3，钻遇地质提示断层前通过稀胶液调整好钻井液流变性，降低循环压耗，加入5%浓度复合抄袭碳酸钙，同时加入适量纤维类随钻堵漏剂BZ-SDL，增强主动防漏能力；保持3%BZ-YRH和1%BZ-RH-1 含量，提高泥浆润滑能力，减少摩阻。

（4）钻进至3 135 m 中完，循环至返出干净，起钻（裸眼段倒划起出，期间返出少量页岩掉块），下钻至井底，循环至返出干净，加入BZ-YRH 1 t、BZ-YFT 1 t 封闭裸眼井段，起钻正常，下套管固井正常。

4.3 四开

四开钻遇流三段，使用海洋环保型钻井液，钻井液配方如下：海水+0.2%纯碱+0.2%NaOH+2%膨润土+0.3%BZ-BYJ-1+0.2%BZ-HXC+3%BZ-KLS-1+3%BZYFT+3%BZ-YRH+1%BZ-RH-1+3%超细碳酸钙（600目：1 250 目=1：1）+12%KCl+重晶石加重至1.47 g/cm3。

钻井液维护措施如下：（1）钻进过程中，利用高浓度胶液持续提高钻井液高温稳定性，维持降滤失剂及封堵防塌材料BZ-YRH、BZ-YFT、BZ-KLS-1至配方浓度，改善泥饼质量，使API 滤失量＜3 mL，HTHP＜10 mL；逐步提高KCl 浓度至12%，确保泥浆良好的抑制性；

（2）钻进至井深3 226 m 钻时慢（0.8 m/h），怀疑钻头泥包，扫稀塞、海水各一次未见效果，继续钻进至井深3 233 m 钻时变快（30 m/h），后续钻进期间钻时时快时慢，通过调节固控设备及胶液加入量使钻井液保持密度1.47 g/cm3，黏度50 s，维持性能稳定，直至完钻井深3 660 m。

5 应用效果

WS16-5-1d 井在钻进过程中，封堵性强，井壁稳定效果好，钻井液性能良好（见表8），在不同井段均有较低的滤失量，钻遇断层前通过主动加入复合随钻堵漏剂，防止了井漏的发生。体系流变性能良好，对各类岩屑、掉块携带良好，钻进期间扭矩波动正常，施工安全平稳。该井钻井液施工中配套措施完善，满足了现场安全、优质施工的要求，钻完井作业顺利，未发生任何事故复杂，圆满完成了设计勘探任务。

表8 WS16-5-1d 井三、四开钻井液性能

6 结论

（1）室内评价结果表明，海洋环保型钻井液对环境无污染，抑制性、封堵性强。在现场应用中钻井液API滤失量＜3 mL，HTHP 滤失量＜10 mL，流变性满足井下需要，表现出了良好的应用效果。

（2）海洋环保型钻井液在WS16-5-1d 井的成功应用表明，针对流沙港组泥页岩地层，应从提高钻井液抑制性、封堵能力、严控滤失量、控制合理密度等多方面入手，协同解决该地层的易塌易卡问题，钻遇断层前通过流变性调控，提前加入复合随钻堵漏剂防止了井漏的发生。

（3）该钻井液具有环保可排放流变性良好，滤失量稳定可控，并具有良好的抑制性和胶体稳定性，较好地解决了流沙港组页岩稳定问题。在环保要求日益严峻的环境下，具有很好的推广应用前景。