油基鉆井液應(yīng)用中存在的問(wèn)題分析及對(duì)策

劉振東

中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院

油基鉆井液應(yīng)用中存在的問(wèn)題分析及對(duì)策

劉振東

中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院

勝利油田羅家區(qū)塊和喬莊地區(qū)沙三段油、泥頁(yè)巖裂縫發(fā)育，在該區(qū)塊鉆井具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，使用油基鉆井液可以很好地解決此問(wèn)題。目前，油基鉆井液已在多口井進(jìn)行了應(yīng)用。在對(duì)油基鉆井液性能進(jìn)行介紹的同時(shí)，對(duì)在渤頁(yè)平1井、渤頁(yè)平2井及梁頁(yè)1井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了歸納分析和探討，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。

油基鉆井液 泥頁(yè)巖 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 乳液穩(wěn)定性 封堵性

勝利油田已完成渤頁(yè)平1井、渤頁(yè)平2井及梁頁(yè)1HF井三口頁(yè)巖油水平井的鉆井施工。從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，除了泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性給鉆井液施工帶來(lái)的挑戰(zhàn)之外，油基鉆井液本身的性能調(diào)控對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工也有一定的影響。因此，在對(duì)鉆井液配方進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況進(jìn)行了歸納，同時(shí)，對(duì)這些現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討，目的是提高油基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性，為頁(yè)巖油藏的勘探開發(fā)提供更好的技術(shù)方案[1-5]。

1 油基鉆井液應(yīng)用概況

油基鉆井液在渤頁(yè)平1井、渤頁(yè)平2井及梁頁(yè)1井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，表現(xiàn)出了良好的頁(yè)巖抑制效果，潤(rùn)滑能力以及井眼清潔能力。

1.1 渤頁(yè)平1井

渤頁(yè)平1井是中石化集團(tuán)公司部署在濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷羅家鼻狀構(gòu)造帶的第一口深層頁(yè)巖油開發(fā)水平井，也是勝利油田第一次針對(duì)非常規(guī)頁(yè)巖油氣藏采用長(zhǎng)水平段開發(fā)的重點(diǎn)施工井。該井采用三開井身結(jié)構(gòu)，完鉆井深4 335.54 m，垂深2 969.75 m，水平段長(zhǎng)1 174.05 m。

本井三開所鉆井段為油泥巖、油頁(yè)巖，裂縫發(fā)育，極易出現(xiàn)坍塌掉塊。使用油基鉆井液鉆進(jìn)期間，鉆屑上返及時(shí)、均質(zhì)、棱角分明，無(wú)掉塊返出，電測(cè)井段井眼擴(kuò)大率≤3%，后期井壁失穩(wěn)后，在油氣顯示活躍條件下，優(yōu)質(zhì)的鉆井液保證了劃過(guò)井段井壁的穩(wěn)定性，為后期工程施工奠定下基礎(chǔ)。

1.2 渤頁(yè)平2井

渤頁(yè)平2井作為勝利油田第二口頁(yè)巖油水平井，該井三開采用油基鉆井液施工，無(wú)任何復(fù)雜事故發(fā)生。該井井徑規(guī)則，井眼擴(kuò)大率為2.3%，成功地解決三開井段泥頁(yè)巖井壁不穩(wěn)定，長(zhǎng)水平段井眼清潔等難題。該井水平位移1 329.75 m，水平段881.88 m，平均機(jī)械鉆速達(dá)到8.22 m/h，鉆井速度較渤頁(yè)平1井有了大幅度的提高。

1.3 梁頁(yè)1井

梁頁(yè)1HF井位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷利津洼陷帶南坡梁頁(yè)1HF塊較高部位。該井采用油基鉆井液施工，于2012年6月20日三開，2012年8月20日完鉆，完鉆井深3 961.97 m，水平段長(zhǎng)626.2 m，位移1 003.16 m。該井三開施工順利，無(wú)任何復(fù)雜事故，成功地解決了三開井段泥頁(yè)巖井壁不穩(wěn)定等難題。

2 應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題分析

2.1 乳液穩(wěn)定性

油基鉆井液在使用過(guò)程中，必須確保乳液的穩(wěn)定性。當(dāng)鉆遇水層引起地層水侵入，或當(dāng)大量鉆屑進(jìn)入鉆井液，乳化劑和潤(rùn)濕劑在鉆屑表面的吸附導(dǎo)致其過(guò)量消耗而未能及時(shí)加以補(bǔ)充時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性變差，鉆井液破乳電壓下降，鉆井液性能出現(xiàn)極大波動(dòng)等問(wèn)題。此時(shí)，需要及時(shí)補(bǔ)充乳化劑和潤(rùn)濕劑，并注意調(diào)整好油水比，盡快恢復(fù)原有穩(wěn)定性。

2.2 封堵性

盡管油基鉆井液具有很強(qiáng)的抑制性，但對(duì)于一些層理和微裂縫發(fā)育的硬脆性和破碎性地層，鉆井液較低的濾失量仍然會(huì)帶來(lái)地層的不穩(wěn)定因素。硬脆性泥頁(yè)巖含有很多微裂縫，在高圍壓下，這些裂縫被壓閉合。當(dāng)井眼打開后，由于二次應(yīng)力分布，上述裂縫張開，鉆井液首先沿這些裂縫進(jìn)入，易造成近井壁帶水化坍塌。因此，有必要提高鉆井液的封堵性，阻止鉆井液中水相對(duì)泥頁(yè)巖的侵入，避免由此帶來(lái)的泥頁(yè)巖井壁的不穩(wěn)定性。

2.3 原油污染

當(dāng)鉆遇油層時(shí)，原油會(huì)溶于油基鉆井液，對(duì)油基鉆井液流變性有較大影響，導(dǎo)致鉆井液流變性變差。渤頁(yè)平1井鉆進(jìn)時(shí)，發(fā)生了原油侵入的情況，導(dǎo)致鉆井液黏切上升，性能波動(dòng)較大，對(duì)鉆井液的井眼清潔能力產(chǎn)生了一定的不良影響。因此，在采用油基鉆井液鉆開稠油層時(shí)，必須重視原油污染的預(yù)防和處理工作。

2.4 油基鉆屑及鉆井液回收處理

油基鉆屑及鉆井液的排放會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。因此，必須對(duì)鉆屑和鉆井液做到有效的管控?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)建立一套完整的回收處理工藝，達(dá)到油基鉆井液安全環(huán)保的要求。

3 對(duì)策探討

3.1 乳液穩(wěn)定性問(wèn)題

油基鉆井液在使用過(guò)程中，必須確保乳液的穩(wěn)定性。目前，衡量乳液穩(wěn)定性的主要指標(biāo)是破乳電壓。

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，破乳電壓隨井深呈上升趨勢(shì)。其原因是，因?yàn)樗鄄粩嗟募羟凶饔檬沟闷迫殡妷翰粩嗌摺D1中，梁頁(yè)1HF井破乳電壓的下降是因?yàn)榘l(fā)生漏失后大量補(bǔ)充新配制鉆井液導(dǎo)致的。

導(dǎo)致破乳電壓變化的因素除了剪切時(shí)間，鉆井液中加入親水固體也是一個(gè)重要原因，如加重等施工往往會(huì)使乳液穩(wěn)定變差。其原因是，當(dāng)大量親水固體進(jìn)入鉆井液時(shí)，親水固體會(huì)吸附乳化劑和潤(rùn)濕劑，從而導(dǎo)致其過(guò)量消耗，使乳液穩(wěn)定性變差。為保證油基鉆井液的乳化穩(wěn)定性，需要及時(shí)補(bǔ)充乳化劑及潤(rùn)濕劑，并注意調(diào)整好油水比，盡快恢復(fù)原有穩(wěn)定性。

接觸角主要用于評(píng)價(jià)鉆井液潤(rùn)濕性，也可間接反映乳液穩(wěn)定性的好壞?？衫盟魏豌@井液浸泡處理后的頁(yè)巖巖心所形成的接觸角來(lái)評(píng)價(jià)鉆井液潤(rùn)濕性。鉆井過(guò)程及性能調(diào)整過(guò)程中的接觸角變化如圖2～圖4所示。

從圖4可看出，加入適量的乳化劑和潤(rùn)濕劑可以很好地改善鉆井液的性能，提高乳化穩(wěn)定性，在加入1%(w)乳化劑和0.5%(w)潤(rùn)濕劑后，鉆井液接觸角基本恢復(fù)到初始?？梢?，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，要隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能，及時(shí)加入乳化劑和潤(rùn)濕劑，保持乳液的穩(wěn)定性。

3.2 封堵性問(wèn)題

盡管油基鉆井液具有很強(qiáng)的抑制性，但對(duì)于一些層理和微裂縫發(fā)育的硬脆性和破碎性地層，較低濾失量的鉆井液仍然是地層的不穩(wěn)定因素。硬脆性泥頁(yè)巖含很多微裂縫，在高圍壓下，這些裂縫被壓閉合。當(dāng)井眼打開后，由于二次應(yīng)力分布，這些裂縫張開，鉆井液首先沿這些裂縫進(jìn)入，然后造成近井壁帶水化坍塌。因此，有必要提高鉆井液的封堵性，阻止鉆井液中水相對(duì)泥頁(yè)巖的侵入，避免由此帶來(lái)的泥頁(yè)巖井壁的不穩(wěn)定性。

本實(shí)驗(yàn)采用新型納微相封堵顆粒提高鉆井液封堵性，最大程度地減少水相對(duì)泥頁(yè)巖的侵入(表1)。

利用激光粒度儀對(duì)添加不同封堵劑的溶液的粒度分布進(jìn)行了分析(表2)。實(shí)驗(yàn)表明，鉆井液D50值在5 μm左右，D90值在20～30 μm，粒度分布較為合理，有利于對(duì)頁(yè)巖地層的微小裂縫和孔隙進(jìn)行封堵，提高鉆井液的封堵效果。

表1 鉆井液封堵劑優(yōu)選Table4 Optimizationofpluggingagentfordrillingfluid序號(hào)配方FLHTHP/mL1#基油+25%(w)CaCl2+2%～3%(w)乳化劑EMUL+1%～3%(w)潤(rùn)濕劑WET-1+2%～3%(w)有機(jī)土+2%(w)降濾失劑CFA+2%(w)CaO+重晶石132#1#溶液+2%(w)超細(xì)碳酸鈣(粒徑lt;25μm)7.83#1#溶液+2%(w)NFD(納米級(jí))3.84#1#溶液+2%(w)乳化瀝青5

表2 鉆井液粒度分布值Table5 Sizedistributionofdrillingfluid配方D50值/μmD90值/μm2#溶液5.3721.32

渤頁(yè)平1井鉆井液配制過(guò)程中通過(guò)添加一系列封堵和降濾失材料，將新配制油基鉆井液的API濾失量控制在1 mL以內(nèi)，高溫高壓濾失量控制在5 mL以內(nèi)。鉆進(jìn)期間又多次補(bǔ)充封堵劑和降濾失材料，將鉆井液的高溫高壓濾失量降至3 mL以內(nèi)。該井鉆井液封堵性良好，保證了井壁穩(wěn)定，鉆井過(guò)程中起下鉆順暢。梁頁(yè)1井利用納米封堵材料將鉆井液高溫高壓濾失量一直控制得非常低，性能穩(wěn)定，阻止了水對(duì)頁(yè)巖的侵入，保證了井壁穩(wěn)定。該井鉆進(jìn)至3 526 m時(shí)，工程實(shí)施短起下作業(yè)時(shí)出現(xiàn)漏失，堵漏過(guò)程中井壁穩(wěn)定，未出現(xiàn)任何掉塊、坍塌等情況，表明鉆井液具有強(qiáng)封堵性。從圖5也可以看到，鉆井液高溫高壓濾失量一直處于2～3 mL之間，反映了油基鉆井液的強(qiáng)封堵能力。

3.3 油基鉆井液鉆遇原油發(fā)生污染問(wèn)題

鉆遇油層時(shí)，原油會(huì)溶于油基鉆井液，導(dǎo)致鉆井液流變性變差。因此，在采用油基鉆井液鉆開油層時(shí)，必須重視原油污染的預(yù)防和處理工作。渤頁(yè)平1井在鉆進(jìn)至4 264.86 m后,多次出現(xiàn)油氣侵現(xiàn)象，地層油氣不斷侵入鉆井液中，造成鉆井液黏切上升。故油基鉆井液配方必須有較好的抗原油污染的能力，在研究鉆井液配方時(shí)，這是很重要的一點(diǎn)。從室內(nèi)研究來(lái)看，研制的油基鉆井液可以抗18%(w)的原油污染，抗原油污染效果比較理想(見表3)。

表3 鉆井液抗原油污染性能評(píng)價(jià)Table6 Performanceevaluationofdrillingfluidresistancetorawoilpollution配方PV/(mPa·s)YP/PaΦ6/Φ3Gel/PaEs/VFLHTHP/mL原始配方+10%(w)原油熱滾前3087/62.8原始配方+10%(w)原油熱滾后3275/42/47083.0原始配方+15%(w)原油熱滾前339.57.5/63.5/4.514933.2原始配方+15%(w)原油熱滾后3596/53/4.56963.4原始配方+18%(w)原油熱滾后3698/63.5/56283.5

另外，現(xiàn)場(chǎng)可采用基油稀釋的辦法調(diào)節(jié)黏切，并通過(guò)加入適當(dāng)?shù)娜榛瘎┘皾?rùn)濕劑來(lái)保證鉆井液流變性和乳化穩(wěn)定性。渤頁(yè)平1井在井深4 236.00 m至下套管期間，多次發(fā)生地層流體的侵入，對(duì)鉆井液性能產(chǎn)生了一定的影響(圖6和圖7)。

為恢復(fù)鉆井液性能，保證其具有較好的流動(dòng)性和井壁穩(wěn)定效果，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的CaCl2鹽水調(diào)整鉆井液油水比，增加鉆井液體系中的乳滴含量，使其能夠在泥頁(yè)巖微裂縫處形成有效的封堵層，減少濾失量。同時(shí)補(bǔ)充基漿，溶解原油中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)成分，防止這些組分影響體系的整體穩(wěn)定。根據(jù)需要，補(bǔ)充適當(dāng)?shù)娜榛瘎┘皾?rùn)濕劑，保證鉆井液的乳化封堵效果和潤(rùn)濕性，提高鉆井液體系的乳液穩(wěn)定性。如圖6和圖7所示，破乳電壓、黏度變化比較平穩(wěn)，保持在一個(gè)比較合理的范圍內(nèi)。說(shuō)明在整個(gè)處理過(guò)程中，鉆井液體系表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗污染性能和井壁穩(wěn)定效果。

3.4 油基鉆屑及鉆井液回收處理問(wèn)題[6-7]

雖然現(xiàn)在使用的是白油基的低毒油基鉆井液，但鉆井液中的芳烴物質(zhì)對(duì)環(huán)境仍有污染。因此，需要對(duì)油基鉆屑和鉆井液進(jìn)行處理，保證其使用過(guò)程的安全環(huán)保。目前，在現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)鉆屑及鉆井液全回收處理的辦法解決鉆井液的環(huán)境友好性問(wèn)題，也可以使用油基鉆屑的隨鉆處理裝置，通過(guò)對(duì)鉆屑的清洗，達(dá)到安全排放的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，對(duì)油基鉆井液進(jìn)行回收處理，重復(fù)利用，這樣可以大大提高油基鉆屑的處理速度，簡(jiǎn)化油基鉆井液處理工藝和操作程序(見圖8)。

4 結(jié) 論

(1) 剪切作用及鉆屑等親水固體侵入會(huì)導(dǎo)致油基鉆井液乳液穩(wěn)定性變差。此時(shí)，可通過(guò)添加適量的乳化劑和潤(rùn)濕劑來(lái)恢復(fù)乳液穩(wěn)定性。

(2) 納微相顆粒對(duì)泥頁(yè)巖有較好的封堵作用，可通過(guò)加入該種封堵劑提高鉆井液的封堵能力，保證井壁的穩(wěn)定性。

(3) 在油基鉆井液配制時(shí)，可通過(guò)添加封堵劑和降濾失劑將濾失量降至較小，以減少鉆井液在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)濾液對(duì)泥頁(yè)巖的侵入。

(4) 發(fā)生油氣侵時(shí)，可通過(guò)加入CaCl2鹽水調(diào)整鉆井液油水比，采用基油稀釋的辦法調(diào)節(jié)黏切，并加入適當(dāng)?shù)娜榛瘎┘皾?rùn)濕劑來(lái)保證鉆井液流變性和乳化穩(wěn)定性。

(5) 建議用更先進(jìn)的方法研究泥頁(yè)巖水化穩(wěn)定性機(jī)理，以指導(dǎo)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的勘探開發(fā)，實(shí)現(xiàn)泥頁(yè)巖地層的優(yōu)質(zhì)快速鉆井。

[1] 舒福昌, 岳前升, 黃紅璽， 等. 新型無(wú)水全油基鉆井液[J]. 斷塊油氣田, 2008,15(3)： 103-104.

[2] 安文忠, 張濱海, 陳建兵. Versa Clean低毒油基鉆井液技術(shù)[J]. 石油鉆探技術(shù), 2003, 31(6)： 33-35.

[3] 岳前升, 向興金, 李中. 油基鉆井液的封堵性能研究與應(yīng)用[J]. 鉆井液與完井液, 2006, 23(5)： 40-42.

[4] HERZHAFT B， ROUSSEAU L， NEAU L， et al. Influence of temperature and clays/emulsion microstructure on oil-based mud low shear rate rheology[J]. SPE Journal， 2003， 8(3)： 211-217.

[5] O′BRYAN P L， BOURGOYNE A T， Jr.Swelling of oil-based drilling fluids resulting from dissolved gas[J]. SPE Drilling Engineering， 1990， 5(2)： 149-155.

[6] 陳永紅, 劉光全, 許毓. 化學(xué)破乳法處理廢棄油基泥漿室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 石油與天然氣化工, 2012， 41(5): 522-525.

[7] 夏家祥, 劉宇程, 徐俊忠， 等. 聲化破乳-離心分離處理廢棄油基鉆井液實(shí)驗(yàn)研究[J]. 石油與天然氣化工, 2013, 42(3): 306-310.

Problemanalysisandcountermeasureoftheapplicationofoil-basedrillingfluid

LiuZhendong

(DrillingTechnologyResearchInstituteofShengliOilEngeeringCompanyLimited,Sinopec,DongYing, 257000，China)

Drilling in Luojia block and Qiaozhuang area of Shengli Oilfiled has certain risk because of the crack development of oil and mud shale. Using oil-base drilling fluid could solve the problem well. At present, oil-base drilling fluid has been applied in several wells in these regions. In this paper, the applications of oil-base drilling fluid are summarized. Some problems existing in field application are concluded and analyzed, and some countermeasures are proposed.

oil-base drilling fluid, mud shale, field application, emulsion stability, sealing property

劉振東，高級(jí)工程師，碩士，2006年畢業(yè)于太原理工大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè)，現(xiàn)任職于勝利石油工程有限公司，從事鉆井液技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工作。E-maillzd7908@sina.com

TE254

B

10.3969/j.issn.1007-3426.2015.03.018

2014-08-05；編輯馮學(xué)軍