鋁胺基鉆井液在夏103-1HF井的應用

張 浩

（中石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司，山東臨邑251500）

夏103-1HF井是勝利油田在臨盤工區(qū)低孔低滲致密砂巖區(qū)塊部署的第一口實施水平段分段壓裂改造的重點井，目的層為沙3段上5砂組2號砂體，儲層具有低孔（平均孔隙度12.4%）、特低滲（1.36mD）、高溫（地層溫度144℃）、常壓的特點。鉆探目的是為了了解夏103塊沙3段上部油層分布，評價水平井產能。該井設計井深4 450.70m，垂深3 730.71m，水平位移942.08m。實鉆井深4 361.00m，垂深3 748.17m，水平位移863.72m。由鄰井資料可知，該井三開沙河街組地層存在大段泥巖、油頁巖和油泥巖等，長時間浸泡后極易垮塌及剝蝕掉塊。另外，該井在鉆井過程存在油氣層保護、潤滑防卡、井眼凈化、鉆井液流變性控制等技術難點。目前，國內外針對該類井的鉆探，多采用油基鉆井液和合成基鉆井液[1］，但是油基鉆井液或合成基鉆井液存在成本高、環(huán)保要求高等問題。為此，夏103-1HF井選用了具有強抑制性、強封堵性、潤滑性好、性能易于控制、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點的鋁胺基鉆井液[2-4］。筆者根據(jù)文獻調研和前人的經驗，通過優(yōu)選主要處理劑，確定了適用于夏103-1HF井的鋁胺基鉆井液配方，確保了夏103-1HF井三開井段的順利施工。

1 鉆井液技術難點

1.1 井壁失穩(wěn)

該井三開沙河街組地層存在大段泥巖、油頁巖、油泥巖等，且水敏性強，存在層理和微裂縫發(fā)育，長時間浸泡后易垮塌及剝蝕掉塊[5］。另外，隨著井斜角的增大，特別是水平段，極易發(fā)生井壁失穩(wěn)。

1.2 井眼凈化

在水平井鉆井過程中，在井斜角30°～60°的井段，極易在井眼低邊形成巖屑床，導致摩阻和扭矩增大、起下鉆不暢，甚至發(fā)生卡鉆事故[6］。因此，在水平井鉆井中，環(huán)空返速受到工程條件限制時，如何及時有效地將井底巖屑攜帶出來，保持井眼清潔，防止巖屑床的形成，是該井能否順利鉆進的關鍵。

1.3 潤滑防卡

該井井斜角大、水平位移長，在鉆井及其他作業(yè)中，鉆具、測井儀器等與井壁的接觸面積大，使摩阻和扭矩增大，因此鉆井液必須具有良好的潤滑性能，以防止托壓現(xiàn)象和粘附卡鉆事故的發(fā)生，確保鉆井和完井作業(yè)順利進行。

1.4 鉆井液流變性控制

該井目的層溫度144℃，因此，鉆井液應具有抗溫性，以便在高溫下能保持合理的流變性，從而減少壓力激動，防止引起井漏、井塌等井下復雜情況的發(fā)生。

1.5 油氣層保護

該井目的層為低孔、特低滲致密砂巖油層，鉆井液固相、濾液侵入后，易造成孔喉、孔隙的堵塞使儲層滲透率嚴重下降。因此，該井油氣層保護對后期開發(fā)至關重要。

2 配方優(yōu)選及性能評價

針對該井三開所面臨的鉆井液技術難點，經過調研大量文獻[2-9］，確定夏103-1HF井選用鋁胺基鉆井液。筆者根據(jù)前人的經驗，對鋁胺基鉆井液的配方進行了優(yōu)選，并對其性能進行了評價。

2.1 主要處理劑優(yōu)選

2.1.1 抑制劑

取夏32-斜715井沙3段（井深3 500.00m）油頁巖巖屑，進行巖屑滾動回收試驗（試驗條件在150℃下、滾動16h），結果見表1。從表1可看出，抑制劑SD-5的加量達到0.5%就能達到很好的抑制效果，且0.5%SD-5 與 0.5%PAM、1.5%DLP-1 和 2.0%SDJ-2復配使用，抑制效果更好。

表1 巖屑滾動回收試驗結果Table 1 Rolling test results of cuttings recovery

2.1.2 物理封堵劑

取粒徑為0.5～15.0μm的石英砂，選用常用物理封堵劑在150℃下進行砂床最大侵入深度試驗，結果見表2。從表2可看出，3.0%超細碳酸鈣與2.0%SDJ-2、3.0%GL-1復配使用，能得到更好的封堵效果。

表2 物理封堵劑評價試驗結果Table 2 Evaluation test results of physical plugging agents

2.1.3 降濾失劑

在5.0%淡水鈉膨潤土基漿和5.0%飽和鹽水鈉膨潤土基漿中分別加入常用降濾失劑，測量API濾失量和高溫高壓濾失量，結果見表3。由表3可看出，DR-10、KJ-3、DSP-2和SMP-2具有很好的降濾失效果，且抗溫、抗鹽能力強。另外，將其復配使用，降濾失效果更好。

表3 降濾失劑優(yōu)選試驗結果Table 3 Test results of filtrate reducers

2.1.4 潤滑劑

在5.0%鈉膨潤土基漿中加入不同潤滑劑后，測其泥餅粘附系數(shù)Kf，結果見表4。由表4可以看出，15.0% 原 油 與 2.0%RH-2、5.0%SDJ-5（或HCR-108）復配能產生更好的潤滑效果。

表4 潤滑劑優(yōu)選試驗結果Table 4 Test results of lubricant selection

2.1.5 流型調節(jié)劑

在8.0%鈉膨潤土基漿中加入不同的流型調節(jié)劑，測其在室溫及150℃下老化16h后的性能，結果見表5。由表5可看出，加入很少的MSO就可達到很好的降黏效果，且具有明顯降濾失作用。

表5 流型調節(jié)劑優(yōu)選試驗結果Table 5 Test results of rheological regulators selection

2.2 性能評價

通過優(yōu)選主要處理劑，確定鋁胺基鉆井液的配 方為：5.0% 鈉 膨 潤 土 ＋0.5%PAM＋0.5%SD-5＋1.5%DLP-1＋3.0%超細碳酸鈣＋2.0%SDJ-2＋3.0%GL-1＋2.0%SMP-2＋2.0%DR-10＋1.5%DSP-2＋15.0%原油＋0.3%固體乳化劑SN-1＋2.0%RH-2＋1.0%MSO＋重晶石粉。

2.2.1 常規(guī)性能

表6為優(yōu)選出的鋁胺基鉆井液在常溫及120和150℃下老化16h的性能。從表6表明可看出，鋁胺基鉆井液流變性能合理，并具有良好的濾失性能、造壁性能、潤滑性能，且抗溫能力強，能很好地滿足該井鉆井需要。

表6 鋁胺基鉆井液抗溫性能評價試驗結果Table 6 Test results of temperature-tolerance properties evaluation of aluminum-amine drilling fluid system

2.2.2 抑制性能

分別取夏32-斜715井沙3段油頁巖巖屑和自制的泥頁巖巖心，進行巖屑滾動回收試驗（試驗條件在150℃下、滾動16h）和線性頁巖膨脹率試驗（室溫、8h），結果見表7。由表7可看出：巖屑在鋁胺基鉆井液中的一次、二次、三次回收率遠大于在清水中的回收率；巖心在鋁胺基鉆井液中的膨脹率也遠小于在清水中的膨脹率。這說明該鉆井液對油頁巖、泥頁巖具有很強的抑制能力。

表7 鋁胺基鉆井液抑制性能評價試驗結果Table 7 Test results of inhibition evaluation of the system

2.2.3 封堵性能

取粒徑為0.5～15μm的石英砂，在150℃下進行鋁胺基鉆井液的砂床最大侵入深度試驗，結果如圖1所示。由圖1可知，鋁胺基鉆井液的砂床最大侵入深度僅為0.9cm，這說明鋁胺基鉆井液封堵性能良好。

圖1 砂床侵入深度隨時間的變化曲線Fig.1 Curve of sand bed invasion depth with time

2.2.4 油氣層保護效果

按照中國石油天然氣行業(yè)標準SY／T 6540—2002《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》，測定鋁胺基鉆井液污染巖心的滲透率恢復率，結果見表8。試驗壓差為3.5MPa、溫度為150℃、污染時間為1.5h，其中4＃巖心的平均孔隙度為12.4%。由表8可看出，鋁胺基鉆井液污染巖心的滲透率恢復率均高達90%以上，說明該鉆井液具有很好的保護油氣層作用。

表8 鋁胺基鉆井液油氣層保護效果評價試驗結果Table 8 Test results of reservoir protection effectiveness evaluation of the system

3 現(xiàn)場維護處理措施

1）沙1段（2 432.00～2 660.00m）地層油泥巖裂縫較發(fā)育，要求鉆井液具有較好的防塌抑制性和一定的封堵能力。為此，在二開聚合物防塌鉆井液的基礎上，加入0.5%PAM＋0.5%有機胺SD-5，提高其抑制性；加入2.0%納米乳液SDJ-2＋膠乳瀝青FF-3與3.0%超細碳酸鈣（2 500目和4 000目）配合，提高其封堵性能；加入1.5%SMP-2＋1.5%DR-10（或 KJ-3）＋1.0%DSP-2，降低其濾失量。

2）沙2段（2 660.00～3 200.00m）地層相對較穩(wěn)定。在沙2段中下部加入1.5%鋁基聚合物DLP-1和2.0%～3.0%磺化瀝青粉GL-1（軟化點120℃左右）以強化封堵，為應對極易垮塌的沙3段奠定基礎。

3）沙3段（3 200.00～4 361.00m）地層油泥巖（油頁巖）、泥巖裂縫發(fā)育，是該井防塌重點井段。該井段采取“強封固-強抑制-低濾失-合理密度-合理鉆井工藝”協(xié)同防塌：a.加入1.5%DLP-1、3.0%超細碳酸鈣（2 500目和4 000目）、2.0%SDJ-2和2.0%～3.0%GL-1，封堵地層層理和微裂隙；b.加入0.5%PAM和0.5%SD-5，提高鉆井液濾液的抑制性；c.加入2.0%SMP-2、2.0%DR-10（或 KJ-3）和1.5%DSP-2等抗鹽抗溫降濾失劑，降低濾失量；d.選擇適當?shù)你@井液密度（1.30g／cm3左右），提供正壓差，防止井壁物理坍塌，減輕壓力沿微裂縫的傳遞；e.盡可能減少起下鉆及開泵壓力激動，減小鉆具對井壁擾動或撞擊，采用合理流變參數(shù)和排量，避免水力沖蝕井壁。

4）定向鉆進前，一次性混入10.0%原油和0.3%固體乳化劑，使原油充分乳化，并定期補充原油，同時配合加入2.0%固體防塌潤滑劑RH-2提高潤滑效果，保持泥餅粘附系數(shù)小于0.1。定向井段和水平段鉆進過程中，原油含量達到15.0%后，可以根據(jù)井下摩阻、扭矩情況，改用5.0%SDJ-5（或HCR-108）。

5）在鉆井液黏度升高幅度較大時，可加入1.0%有機硅稀釋劑MSO調節(jié)流型，使其維持合適的黏度和切力，以滿足攜巖要求。

6）油層段維持合理的鉆井液密度，并適當加大抑制劑、封堵劑和降濾失劑的加量，以增強鉆井液的抑制性和封堵性。

7）由于鋁胺基鉆井液具有強抑制特點，鉆進過程中地層中的黏土顆粒被抑制不能對鉆井液中的黏土成分進行補充。因而，應定期補充水化好的膨潤土漿。

8）合理有效地使用固控設備清除有害固相，提高泥餅質量。

4 應用效果

該井三開鉆至井深3 845.00m時，因地震資料失真導致設計目的層已被鉆遇，于是打水泥塞封井，在井深3 220.00m開始側鉆，鉆至井深4 361.00m完鉆。該井三開鉆井液性能穩(wěn)定，鉆進、起下鉆、開泵均十分順利，完鉆電測和完井電測均一次成功，油層套管的下入和固井均十分順利。

4.1 井壁穩(wěn)定

完鉆電測顯示該井三開井段井徑比較規(guī)則，平均井徑擴大率為2.0%（見圖2）。而未使用鋁胺基鉆井液的夏104井三開井段平均井徑擴大率為13.4%，最大井徑擴大率超過了40%。

圖2 夏103-1HF井三開井段井徑曲線Fig.2 Caliper curve of the 3rd spud section of Well Xia 103-1HF

4.2 井眼清潔

該井三開井段鉆井液有較高的動塑比，基本上一直保持在0.5左右（見表9），既滿足了攜巖要求，又避免了高黏鉆井液導致的壓力激動和鉆屑粘附井壁現(xiàn)象的發(fā)生。

表9 夏103-1HF井三開井段鉆井液性能Table 9 Drilling fluid performance in the 3rd spud section of Well Xia 103-1HF

4.3 潤滑效果好

該井在定向造斜段和水平段鉆進過程中，鉆進順利，無托壓、粘附和扭矩增大現(xiàn)象，工具面擺放正常，無阻卡，尤其是在水平段起下鉆均暢通無阻，開泵正常，電測、下套管均順利。

4.4 鉆井液流變性穩(wěn)定

從表9可以看出，漏斗黏度、塑性黏度及動切力隨井深增加均有所增大，而后基本趨于穩(wěn)定，說明鋁胺基鉆井液的流變性易于控制。

4.5 油氣層保護效果好

該井自井深3 713.00m進入油層后鉆至井深4 221.00m出油層。該井進入油層后，鉆井液密度最高密度為1.32g／cm3（見表9），遠小于鄰井夏103井的1.49g／cm3和夏105井的1.52g／cm3，且鋁胺基鉆井液的API濾失量控制在2.4mL以內，高溫高壓濾失量控制在8.0mL以內（見表9）。鉆井液中加入了超細碳酸鈣、瀝青粉GL-1和納米乳液SDJ-2等多種油層保護材料，避免和減少了油氣層的固相侵入和水敏傷害，有利于對油氣層的保護。

5 結論與建議

1）利用鋁胺基鉆井液具有的強抑制、強封堵、低濾失等特點，配合合理的鉆井液密度和技術措施，成功解決了夏103-1HF井大段泥頁巖、油泥巖、油頁巖的垮塌問題。

2）鋁胺基鉆井液具有強抑制性、強封堵性、優(yōu)良的潤滑性和流變性，且油氣層保護效果好，可以推廣應用到其他非常規(guī)大斜度井和水平井中。

3）鋁胺基鉆井液雖應用效果顯著，但其成分仍較為復雜，維護處理工作量較大。因此，應對其進行進一步研究，如研制同時具有封堵、抑制及降濾失等多種功能的處理劑等。

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