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(yīng)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(chǎn)過程中,封堵層易于清除,不會產(chǎn)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(dāng)于擴大了安全密度窗口,能較好地協(xié)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(fā)生的漏失、卡鉆、坍塌和油層損害等共存技術(shù)難題。不同于常規(guī)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(yán)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(chǎn)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(yán)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(shù)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(dāng)脹流性鉆井液進(jìn)入濾失區(qū)時,隨流速增加,其粘度進(jìn)一步增大。通過在濾失區(qū)的增稠,滲漏進(jìn)入地層的一小部分鉆井液停留在原地。其結(jié)果基金項目:中國石油天然氣集團(tuán)公司應(yīng)用基礎(chǔ)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(yè)于南開大學(xué)有機化學(xué)專業(yè)并獲碩士學(xué)位,西南石油學(xué)院在讀博士,現(xiàn)任中國石油勘探開發(fā)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(fù)雜情況的發(fā)生[3,4]。

 

  室內(nèi)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(wěn)定劑,室溫養(yǎng)護(hù)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(wěn)定劑YW-1、YW-2前后鉆井液各項性能的測試結(jié)果。由表1可知,2種零濾失井眼穩(wěn)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(jīng)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(jìn)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(xiàn)場井漿中加入不同量的零濾失井眼穩(wěn)定劑前后,砂床濾失量的測試結(jié)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(wěn)定劑,可以將其轉(zhuǎn)化為超低滲透鉆井液體系,實現(xiàn)近零濾失。隨著零濾失井眼穩(wěn)定劑加量的增加,鉆井液進(jìn)入砂床的深度變淺。

 

  鉆井液體系零濾失井眼穩(wěn)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(wěn)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(chǎn)),并按照其操作規(guī)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(wěn)定劑能夠封堵小于1 mm的裂縫,抗溫達(dá)150e;對于大于2 mm的裂縫,用適量的零濾失井眼穩(wěn)定劑配合適量粒徑大小合適的核桃殼等架橋粒子,就能達(dá)到堵漏效果,抗溫達(dá)150e;而僅用核桃殼無法達(dá)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(jìn)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(jié)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(nèi)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(xiàn)場應(yīng)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(xiàn)場應(yīng)用.

 

  大港油田.

 

  大港油田官字井的生物灰?guī)r井段(1950~2055m)幾乎每口井都發(fā)生嚴(yán)重漏失,常規(guī)方法堵漏效果差,導(dǎo)致井下復(fù)雜情況多,嚴(yán)重影響該地區(qū)的開發(fā)速度。官23-50井是一口定向生產(chǎn)井,設(shè)計井深為2400 m,1950~2055 m井段為生物灰?guī)r,鉆至井深1950 m發(fā)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(xiàn)漏失及滲漏現(xiàn)象,順利鉆至設(shè)計井深。而鄰井23-49井設(shè)計井深為2357 m,在井深1938 m發(fā)生井漏,漏速為10~15m3/h,用常規(guī)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(jìn)行了試用。

 

  ①歐51井是一口探井,技術(shù)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(fā)生。為了防止鉆入井深2834 m粗面巖發(fā)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(fā)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(shù)套管。該段鉆穿煤層、觸變玄武巖等復(fù)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(jìn)入粗面巖后裂縫發(fā)育且壓力低,鄰井井漏嚴(yán)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(huán),后來有進(jìn)無出地鉆了150 m完井。本井只有300 m表層套管,為了防止發(fā)生井漏卡鉆,加入JYW-1、JYW-2各1 t,當(dāng)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(shù)套管。現(xiàn)在該井水平段施工鉆進(jìn)到井深3376 m,正在進(jìn)行完井電測,該井試用見到了明顯防漏效果。