超低滲透鉆井液體系利用特殊的聚合物處理劑,在井壁巖石表面濃集形成膠束,依靠聚合物膠束或膠粒界面吸力及其可變形性,封堵巖石表面較大范圍的孔喉,在井壁巖石表面形成致密超低滲透封堵薄膜,有效封堵不同滲透性地層和微裂縫泥頁巖地層。超低滲透鉆井液使用同一配方就能有效封堵不同滲透性地層,具有自適應廣譜防漏堵漏效果。

 

  超低滲透鉆井液封堵薄層形成速度快,且位于巖石表面上,沒有滲入巖石深處,所以在消除過平衡壓力后,封堵膜的作用就會消弱;只要有反向流動,封堵膜就會被清除。因此,在完井和生產過程中,封堵層易于清除,不會產生永久堵塞,損害儲層。超低滲透鉆井液封堵隔層承壓能力強,能提高漏失壓力和破裂壓力梯度,相當于擴大了安全密度窗口,能較好地協同解決以往鉆長裸眼多套壓力層系或壓力衰竭地層時易發生的漏失、卡鉆、坍塌和油層損害等共存技術難題。不同于常規鉆井液的泥餅,超低滲透鉆井液井壁表面封堵層很薄,且阻隔壓力傳遞能力強,因此,能有效地避免泥餅壓差卡鉆。

 

  提高地層承壓能力及防漏堵漏機理.

 

  在鉆井施工過程中,如果無法減弱和消除對地層的過平衡壓力,勢必會造成井壁坍塌和鉆井液嚴重濾失。超低滲透鉆井液具有很好的封堵性能,它可將過平衡壓力消除到零,壓力不被傳送到地層,通過有效地封堵地層,鉆桿不會由于過平衡壓力而沖擊井壁。在這種情況下,由過平衡壓力產生的摩擦力被削減到零,故而不會造成井壁坍塌和鉆井液嚴重濾失。超低滲透鉆井液膠束在弱地層原生的裂縫處形成一個屏障,膨脹變大限制滲透,在摩擦系數大于井眼壓力處的深度時,薄片吸入液體后膨脹,在漏失處鎖住堵漏材料,壓力從顆粒中擠出濾液,由于堵漏材料的去水化作用,所以在漏失處封堵效果更好。

 

  配制不同脹流性鉆井液其添加劑的量也不同,水基鉆井液中的濃度為142.5 kg/m3,油基或合成基鉆井液中的濃度為199.5 kg/m3。鉆井液的脹流性使其粘在一起,當脹流性鉆井液進入濾失區時,隨流速增加,其粘度進一步增大。通過在濾失區的增稠,滲漏進入地層的一小部分鉆井液停留在原地。其結果基金項目:中國石油天然氣集團公司應用基礎研究項目(No.04A20203)資助。

 

  第一作者簡介:孫金聲,高級工程師,1988年畢業于南開大學有機化學專業并獲碩士學位,西南石油學院在讀博士,現任中國石油勘探開發研究院鉆井所鉆井液室主任。地址:北京市910信箱鉆井所;郵政編碼100083;電話(010)62097980。是架橋的固體可抗6.9 MPa的壓差。此外,超低滲透鉆井液含有氣泡和泡沫,這些氣泡和泡沫可使過平衡壓力降到最低,并且氣泡和泡沫可橋塞各種孔徑的喉道,阻止了鉆井液的滲漏,防止了地層層理裂隙的擴大和井下復雜情況的發生[3,4]。

 

  室內試驗.

 

  配伍性試驗.

 

  在配制好的鉆井液(基漿1:4%膨潤土+0.5%FA367+0.8%NPAN+0.3%XY27+1%FT-1+0.3%CSW-1+5%BaSO4)中,加入一定量的零濾失井眼穩定劑,室溫養護24 h,以及勝利油田車272-2井井深2600 m處井漿(基漿2)加入1.5%零濾失井眼穩定劑YW-1、YW-2前后鉆井液各項性能的測試結果。由表1可知,2種零濾失井眼穩定劑均具有一定的降濾失作用,在加量小于1.5%時對鉆井液的其他性能影響較小。

 

  中壓砂床封堵試驗.

 

  在可視式砂床中壓濾失儀的圓柱筒中加入350cm3粒徑為0.45~0.90 mm經清水洗凈后烘干的砂子,壓實鋪平,慢慢加入500 mL鉆井液,按測試API濾失量同樣方法加壓測試7.5 min濾失量或測量濾液進入砂床的深度[2]。

 

  表2是遼河油田常用的3種鉆井液體系(1#為聚合物鉆井液、2#為聚合醇鉆井液、3#為硅氟鉆井液)的現場井漿中加入不同量的零濾失井眼穩定劑前后,砂床濾失量的測試結果。

 

  由表2可知:在3種水基鉆井液體系中加入零濾失井眼穩定劑,可以將其轉化為超低滲透鉆井液體系,實現近零濾失。隨著零濾失井眼穩定劑加量的增加,鉆井液進入砂床的深度變淺。

 

  鉆井液體系零濾失井眼穩定劑封堵裂縫試驗.

 

  在配制好的基漿中,分別加入各種配比的零濾失井眼穩定劑及其它處理劑,水化3~4 h,裝入DLM-01型堵漏裝置(華北石油管理局鉆井工藝研究院生產),并按照其操作規程,考察鉆井液在不同溫度下封堵裂縫的效果,見表3。表3中基漿配方如下。

 

  4.0%膨潤土+0.5%FA367+0.8%NPAN+0.3%XY27+1%FT-1+0.3%CSW-1+15%重晶石3.2 mm的核桃殼, HTK3為0.9 ~ 3.2 mm的核桃殼,HTK4為0.9~4.0 mm的核桃殼。

 

  22                鉆 井 液 與 完 井 液          2005年7月由表3可知,加入1.5%零濾失井眼穩定劑能夠封堵小于1 mm的裂縫,抗溫達150e;對于大于2 mm的裂縫,用適量的零濾失井眼穩定劑配合適量粒徑大小合適的核桃殼等架橋粒子,就能達到堵漏效果,抗溫達150e;而僅用核桃殼無法達到堵漏效果。

 

  巖心承壓能力實驗.

 

  用巖心承壓能力評價儀器進行高壓(3.5 MPa)巖心濾失試驗[2],把測試巖心濾失量后的巖心取下,輕輕刮下巖心表面的濾餅,重新裝入巖心夾持器中,將鉆井液杯中的鉆井液換成清水,加壓,開啟平流泵,逐漸加壓直至濾液接收杯中有液滴流出時,此時平流泵壓力即為巖心的承壓能力。幾種鉆井液對巖心承壓能力的影響結果見表4。鉆井液配方如下。

 

  聚合物鉆井液 4%鈉膨潤土+0.3%80A51+2%FT-1+2%SPNH+0.5%NPAN正電膠鉆井液 4%鈉膨潤土+0.4%MMH+2%FT-1+2%SPNH+0.5%DFD表4 鉆井液對巖心承壓能力的影響巖心鉆井液濾液侵入巖心深度/cm巖心承壓能力MPa1聚合物鉆井液3.4 3.61聚合物鉆井液+1%JYW-1 1.2 14.81正電膠鉆井液3.8 4.11正電膠鉆井液+1%JYW-1 1.0 15.62聚合物鉆井液4.6 3.22聚合物鉆井液+1%JYW-2 1.0 10.6注:1為孔隙度200Lm2的天然巖心,2為裂縫寬度為30Lm的泥巖。

 

  由表4可知,零濾失降濾失劑可以降低鉆井液侵入巖心的深度并且可以封堵裂縫。通過增強巖心內泥餅強度,大幅度提高巖心甚至裂縫性巖心的承壓能力。在現場應用中,該劑能有效封堵不同滲透性地層和微裂縫泥頁巖地層,提高地層的漏失壓力和破裂壓力梯度,擴大安全密度窗口。

 

  現場應用.

 

  大港油田.

 

  大港油田官字井的生物灰巖井段(1950~2055m)幾乎每口井都發生嚴重漏失,常規方法堵漏效果差,導致井下復雜情況多,嚴重影響該地區的開發速度。官23-50井是一口定向生產井,設計井深為2400 m,1950~2055 m井段為生物灰巖,鉆至井深1950 m發生井漏,漏速為10~15 m3/h,強行鉆至井深2055 m,配制30 m3超低滲透鉆井液打入井底起鉆,漏失停止,下鉆后沒有出現漏失及滲漏現象,順利鉆至設計井深。而鄰井23-49井設計井深為2357 m,在井深1938 m發生井漏,漏速為10~15m3/h,用常規方法堵漏,漏速雖減小(4~5 m3/h),但無法完全堵住,只好邊鉆邊漏邊補充新漿,直到鉆至完鉆井深。

 

  遼河油田.

 

  該油田目前常用的3套鉆井液體系使用情況為:0~2000 m井段使用聚合物不分散鉆井液,1800~3000 m井段用聚合醇降粘劑鉆井液,2400~4300m井段用硅氟(SF)鉆井液。3種鉆井液在砂床濾失儀上試驗,0.7 MPa下30 s左右全部漏失。

 

  該劑先后在歐51井、小22平1井、歡612平1井上進行了試用。

 

  ①歐51井是一口探井,技術套管下入火成巖裂縫油藏頂部(遼河稱為粗面巖),該油藏壓力低,時有井漏發生。為了防止鉆入井深2834 m粗面巖發生井漏卡鉆,加入了JYW-1、JYW-2各0.5 t(加入前測定鉆井液中壓砂床濾失量時30 s全部漏失,加入后侵入深度為7.2 cm),鉆穿粗面巖,中途完鉆,電測一次成功,下套管固井施工順利。三開順利鉆至井深3398 m完井。

 

  ②小22平1井是目前遼河油田最深的一口水平井,目的是開發火成巖(粗面巖)裂縫油藏,使用SF鉆井液,在井深2600 m開始造斜,至井深3067m時井斜為88b,中途完鉆,順利下入技術套管。該段鉆穿煤層、觸變玄武巖等復雜地層。為了防止井漏劃眼,鉆井液密度控制為1.28 g/cm3左右,但進入粗面巖后裂縫發育且壓力低,鄰井井漏嚴重,密度為1.08 g/cm3時液面在179 m,更有一口井液面在900 m,采用泡沫等鉆井液仍未能建立循環,后來有進無出地鉆了150 m完井。本井只有300 m表層套管,為了防止發生井漏卡鉆,加入JYW-1、JYW-2各1 t,當鉆入粗面巖后,有輕微滲漏,漏速為0.5~1.0 m3/s,順利中途完鉆,下入技術套管。現在該井水平段施工鉆進到井深3376 m,正在進行完井電測,該井試用見到了明顯防漏效果。