朱寬亮 盧淑芹 邢韋亮 徐同臺(tái) 郝宏忠

(1.中國石油冀東油田公司 鉆采工藝研究院，河北 唐山 063004；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司 老干部局，北京 102200；3.中國石油冀東油田公司 勘探開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目部，河北 唐山 063200)

南堡 1-3 人工島是冀東南堡灘海地區(qū)的一座固定式海上平臺(tái)，主要勘探開發(fā)南堡1號(hào)構(gòu)造 1-5 區(qū)塊，該區(qū)塊是南堡油田2009年整體部署整體開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)塊和產(chǎn)能建設(shè)的主力區(qū)塊。該島主要采用“普通鉆機(jī)+井叢排”的“一拖四”叢式井方式鉆井，所鉆井大部分為大位移井。

南堡1號(hào)構(gòu)造 1-5 區(qū)塊從上到下依次發(fā)育的地層有平原組(Qp)、明化鎮(zhèn)組(Nm)、館陶組(Ng)和東營組(Ed)，東營組東1段為主力開發(fā)儲(chǔ)層。根據(jù)勘探分析，東1段儲(chǔ)層屬強(qiáng)敏感性儲(chǔ)層，且被一層厚厚的玄武巖地層覆蓋。該玄武巖地層存在大量裂縫，坍塌壓力較高，早期鉆井過程中維持正常鉆進(jìn)的鉆井液密度為1.25～1.30 kg/L，但在鉆進(jìn)中多次發(fā)生井漏事故并使儲(chǔ)層受到污染。為高效開發(fā)南堡1號(hào)構(gòu)造 1-5 區(qū)塊，要求所使用的鉆井液既要能確保安全快速鉆進(jìn)又要能保護(hù)儲(chǔ)層。為此，筆者在分析該區(qū)塊儲(chǔ)層傷害因素的基礎(chǔ)上，優(yōu)選出了KCl成膜封堵低侵入鉆井液。

1 儲(chǔ)層特性及傷害因素分析

1.1 儲(chǔ)層特性分析

南堡 1-5 區(qū)東1段為辮狀河三角洲相砂泥巖沉積。儲(chǔ)層以巖屑砂巖為主，其次為長石巖屑砂巖；碎屑顆粒主要為石英、長石和巖屑。填隙物有雜基及膠結(jié)物兩類，總量在2%～31%之間不等。測(cè)井解釋儲(chǔ)層孔隙度為9.17%～30.20%，平均為15.66%，滲透率為(15.94～478.31)×10-3μm2，平均為51.40×10-3μm2，屬中孔中滲儲(chǔ)層。縱向上，該段儲(chǔ)層有Ed1Ⅰ、Ed1Ⅱ和Ed1Ⅲ三個(gè)油組,各油組物性分布范圍大、差異大，但Ed1Ⅱ物性略好于其他兩個(gè)油組。各油組在橫向上孔隙度相對(duì)較均勻，平均為20%～27%，但滲透率為(3.1～594.0)×10-3μm2，總體來說儲(chǔ)層物性在縱橫向、組內(nèi)、組間均存在較大差異。儲(chǔ)層黏土礦物總量為4%～20%，平均為7.2%～10.6%，其主要成分為高嶺石(含量達(dá)41.30～86.45%)，部分井蒙脫石含量也相對(duì)較高(39.8%～47.1%)，黏土礦物含量不均質(zhì)較明顯。敏感性分析表明，儲(chǔ)層總體表現(xiàn)為強(qiáng)鹽敏和中等偏強(qiáng)水敏，臨界礦化度為10 000 mg/L，還存在一定的酸敏和速敏。儲(chǔ)層壓力系數(shù)0.98～1.02，溫度為85～102 ℃，屬正常溫度和壓力系統(tǒng)。

1.2 玄武巖地層特性分析

根據(jù)南堡 1-5 區(qū)塊已完鉆資料，東1段儲(chǔ)層頂部玄武巖厚度約220.00～792.00 m，平均厚度464.20 m，其中純玄武巖地層平均厚度220.00 m。全巖及黏土礦物分析表明，該套玄武巖地層部分巖樣黏土礦物含量高達(dá)45%以上，其中伊蒙間層含量高達(dá)60%～80%，水敏性較強(qiáng)，易膨脹造成垮塌。同時(shí)玄武巖地層非均質(zhì)性強(qiáng)，疏松多孔、硬而脆、松而軟的巖石交互出現(xiàn)，杏仁氣孔、裂縫較為發(fā)育，而杏仁體的硬度與玄武巖的硬度差別較大，在鉆井過程中由于地層應(yīng)力的釋放或激動(dòng)壓力過大以及機(jī)械碰撞作用，極易在杏仁體等處產(chǎn)生應(yīng)力集中，而導(dǎo)致玄武巖地層垮塌掉塊。力學(xué)分析表明，玄武巖地層的坍塌壓力系數(shù)為1.22～1.28，裂縫的存在又容易發(fā)生井漏。

1.3 儲(chǔ)層傷害因素及對(duì)策

根據(jù)儲(chǔ)層物性分析，固相傷害是東1段儲(chǔ)層損害的主要因素之一，因此，要求鉆井液中的固相能與儲(chǔ)層的孔喉合理匹配，以滿足不均質(zhì)儲(chǔ)層保護(hù)的需要。水敏和鹽敏也是傷害儲(chǔ)層的主要因素，鉆井中應(yīng)提高鉆井液的抑制性，確保濾液礦化度大于鹽敏的臨界礦化度，實(shí)現(xiàn)不同井區(qū)的黏土礦物穩(wěn)定。根據(jù)玄武巖特性，一旦玄武巖地層井壁失穩(wěn)會(huì)造成嚴(yán)重的儲(chǔ)層傷害，鉆井中應(yīng)注重提高鉆井液的封堵性和抑制性，使鉆井液濾液盡可能少地侵入地層和提高地層承壓能力[1]，抑制其水化膨脹，防止井壁坍塌掉塊和漏失復(fù)雜情況的發(fā)生[2]。另外儲(chǔ)層還存在一定的酸敏和速敏，應(yīng)選擇合理的鉆井液酸堿度，并避免鉆井過程中出現(xiàn)壓力激動(dòng)。

2 鉆井液體系的優(yōu)選與性能評(píng)價(jià)

2.1 鉆井液優(yōu)選

針對(duì)南堡 1-5 區(qū)儲(chǔ)層強(qiáng)水敏、強(qiáng)鹽敏、嚴(yán)重不均質(zhì)及玄武巖地層易塌易漏的特點(diǎn)，在總結(jié)南堡1號(hào)構(gòu)造前期鉆井液體系應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從提高抑制性和強(qiáng)化封堵方面對(duì)鉆井液體系做了進(jìn)一步優(yōu)化，并根據(jù)成膜封堵保護(hù)儲(chǔ)層這一思路，將隔離膜、超低滲和固體聚合物等處理劑進(jìn)行復(fù)配和反復(fù)試驗(yàn)，組成新型復(fù)合油層保護(hù)劑和玄武巖井壁穩(wěn)定劑來保證鉆井液的強(qiáng)抑制性和強(qiáng)封堵性[2]，優(yōu)選出了高性能KCl成膜封堵低侵入鉆井液體系[3-4]，其典型配方為：基漿+0.3%～0.5%抗鹽聚合物+2.0%～3.0%SMP-Ⅰ+0.2%XC+2.0%NFA25/磺化瀝青+2.0%～3.0%潤滑劑+3.0%～5.0%KCl+2.0%～4.0%復(fù)合型油層保護(hù)劑。

2.2 性能評(píng)價(jià)

2.2.1 常規(guī)性能評(píng)價(jià)

分別對(duì)南堡油田早期平臺(tái)鉆井用的海水聚合醇鉆井液和陸地鉆井用的聚合物低滲透鉆井液進(jìn)行了常規(guī)性能測(cè)試，結(jié)果見表1。從表1可以看出，各種鉆井液均具有較好的流變性、較強(qiáng)的攜巖能力，API濾失量均低于4 mL,高溫高壓濾失量小于15 mL,但其中KCl成膜封堵低侵入鉆井液濾失量最低,高溫高壓濾失小于10 mL。為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)鉆井液的泥餅質(zhì)量、封堵性和非滲透性，也對(duì)高溫高壓濾失后形成的泥餅進(jìn)行了清水滲透性能評(píng)價(jià)(結(jié)果見表1)。結(jié)果表明，KCl成膜封堵低侵入鉆井液滲透濾失僅為其他鉆井液的1/2～1/3，封堵性更強(qiáng)。

表1 鉆井液常規(guī)性能評(píng)價(jià)

2.2.2 抑制性評(píng)價(jià)

分別選用南堡油田1號(hào)構(gòu)造 1-5 區(qū)館陶組玄武質(zhì)泥巖和東營組泥巖進(jìn)行了抑制性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。從表2可以看出，KCl成膜封堵低侵入鉆井液對(duì)玄武巖和泥巖均具有較強(qiáng)的抑制性，回收率和膨脹率均顯著高于其他兩種鉆井液體系。另外，從圖1、圖2也可以看出，玄武質(zhì)泥巖見水立即水化膨脹剝落，而在KCl成膜封堵低侵入鉆井液中基本保持穩(wěn)定。

表2 鉆井液抑制性評(píng)價(jià)

圖1 玄武質(zhì)泥巖在清水中浸泡

圖2 玄武質(zhì)泥巖在KCl成膜封堵侵入鉆井液中浸泡

2.2.3 動(dòng)濾失試驗(yàn)

為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)鉆井液的成膜性和封堵性，選用滲透率(324～367)×10-3μm2的儲(chǔ)層巖心進(jìn)行了3種鉆井液的巖心動(dòng)濾失試驗(yàn),結(jié)果見表3。從表3可以看出，在125 min之內(nèi)3種鉆井液的巖心動(dòng)濾失量均低于6 mL，但濾失量和濾失速率差異較明顯:聚合物低滲透鉆井液初始濾失量較低，濾失速率較大，濾失量也相對(duì)較大且隨時(shí)間繼續(xù)增大；海水聚合醇鉆井液動(dòng)濾失量最大，初始濾失量也較大，隨著時(shí)間增加濾失量會(huì)進(jìn)一步增大；KCl成膜封堵低侵入鉆井液則很快形成了封堵膜，50 min后濾失量增長速率接近于0。

表3 巖心動(dòng)濾失試驗(yàn)結(jié)果 mL

2.2.4 抗巖屑污染能力評(píng)價(jià)

表4為KCl成膜封堵侵入鉆井液抗巖屑污染的試驗(yàn)結(jié)果。從表4可以看出，當(dāng)巖屑加量高達(dá)30%時(shí)，該鉆井液仍保持穩(wěn)定的流變性能和較低的濾失量，表現(xiàn)出良好的抗巖屑污染能力。

表4 鉆井液抗巖屑污染試驗(yàn)結(jié)果

2.3 油層保護(hù)效果評(píng)價(jià)

選用南堡1號(hào)構(gòu)造東1段儲(chǔ)層巖心進(jìn)行了3種鉆井液滲透率恢復(fù)率評(píng)價(jià)試驗(yàn)，結(jié)果見表5。表5中前三組數(shù)據(jù)為用滲透率(324～367)×10-3μm2儲(chǔ)層巖心進(jìn)行的評(píng)價(jià)，可以看出3種鉆井液均具有較好的油層保護(hù)效果，達(dá)到或超過標(biāo)準(zhǔn)要求，但KCl成膜封堵低侵入鉆井液恢復(fù)率更高，油層保護(hù)效果更好。從表5還可以看出，對(duì)于不均質(zhì)儲(chǔ)層的巖心，KCl成膜封堵侵入鉆井液的巖心動(dòng)濾失量均低于7.5 mL，滲透率恢復(fù)率為97.6%～100%，說明KCl成膜封堵低侵入鉆井液對(duì)該區(qū)塊東1段3個(gè)主力油組均有較好的油層保護(hù)效果。

表5 鉆井液的油層保護(hù)效果評(píng)價(jià)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

南堡 1-3 人工島2009年共鉆井42口，其中水平井1口，定向井41口，平均完鉆井深3 303.00 m，最大完鉆井深4 052.00 m、最大水平位移2 642.00 m；定向井最大井斜角76.3°，水平井最大井斜角91.21°，所鉆42口井均采用KCl成膜封堵低侵入鉆井液,并都順利鉆至完鉆井深完井，且實(shí)現(xiàn)了良好的油層保護(hù)。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理措施

1) 鉆進(jìn)館陶組玄武巖以上地層時(shí)，鉆井液的處理與維護(hù)。上部井段井漿經(jīng)過離心處理后，加入0.1%～0.2%抗鹽聚合物，采用聚合物全絮凝鉆井液鉆至玄武巖地層以上250.00～300.00 m，以滿足地層造漿需要。造漿后加強(qiáng)固控設(shè)備的使用，適當(dāng)加入200～300 kg燒堿、300～400 kg NPAN進(jìn)行處理，以降低固相含量，保持鉆井液的流動(dòng)性；加入1.0%單向封堵劑和1.5%非滲透劑預(yù)防地層滲漏，并提高地層承壓能力。

2) 鉆進(jìn)玄武巖地層時(shí)，鉆井液的處理與維護(hù)。進(jìn)入玄武巖地層前200.00～250.00 m，加入調(diào)整流變性好的褐煤樹脂類降濾失劑、改善泥餅質(zhì)量的瀝青類防塌劑、提高封堵效果的復(fù)合封堵劑(復(fù)合油層保護(hù)劑)，調(diào)整好鉆井液性能后，再加入3%KCl提高其抑制性。以0.02 kg/L循環(huán)周的加重速率逐步提高鉆井液密度至設(shè)計(jì)密度低限，調(diào)整好性能后鉆進(jìn)玄武巖地層。

3) 鉆進(jìn)東1段地層和油層時(shí)，鉆井液的處理與維護(hù)。補(bǔ)充足量的復(fù)合油層保護(hù)劑和磺化瀝青、KCl，提高鉆井液的封堵效果和抑制性，加入降濾失劑控制濾失量；根據(jù)井斜角大小選用不同的潤滑劑:若井斜角小于40°，可選極壓潤滑劑和改性石墨作為防塌潤滑劑;若井斜角大于40°，采用原油作為潤滑劑；在確保玄武巖穩(wěn)定的情況下將鉆井液密度控制在低限。

4) 完井時(shí)，鉆井液的處理與維護(hù)[5]。完鉆前，采用硅氟稀釋劑調(diào)整鉆井液流變性，以清除粘附在井壁的細(xì)砂和虛泥餅，起鉆前加入2%塑料小球和1%石墨封館陶組以下地層，確保測(cè)井順利。若固井前油氣顯示活躍，可在固井前對(duì)部分鉆井液進(jìn)行加重處理，以保證固井質(zhì)量。

3.2 應(yīng)用效果分析

南堡 1-3 島42口井的應(yīng)用效果表明，KCl成膜封堵低侵入鉆井液完全滿足該區(qū)塊鉆井的要求，有效解決了玄武巖地層的垮塌和縮徑問題，東營組地層泥頁巖水化坍塌及剝蝕掉塊的問題，以及館陶組和東營組地層的井漏問題，保護(hù)了油氣層，保證了井下安全、起下鉆暢通、電測(cè)及下套管完井作業(yè)順利，提高了鉆井速度。

表6為該區(qū)塊采用KCl成膜封堵低侵入鉆井液前后的效果統(tǒng)計(jì)。從表6可以看出，使用KCl成膜封堵低侵入鉆井液，該區(qū)塊鉆井液密度由原來的1.25～1.30 kg/L降至1.20～1.21 kg/L，大大降低了大壓差引起的固相和液相對(duì)下部儲(chǔ)層的傷害，井徑擴(kuò)大率略有改善；在井深和井斜角都增加的條件下，鉆井周期與使用海水聚合醇鉆井液和聚合物低滲透鉆井液基本相當(dāng)或略有降低；巖心滲透率恢復(fù)率明顯提高，均一次自噴投產(chǎn)，表現(xiàn)出了良好的油層保護(hù)效果。

表6 鉆井液應(yīng)用效果分析

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) 進(jìn)行儲(chǔ)層縱橫向物性分布規(guī)律分析，有利于制訂針對(duì)性更強(qiáng)的鉆井保護(hù)油氣層方案，為高效開發(fā)提供更有力的技術(shù)支持。

2) KCl成膜封堵低侵入鉆井液體系具有良好的流變性和防塌抑制性能，較好地解決了玄武巖地層井壁穩(wěn)定和東營組儲(chǔ)層保護(hù)的問題。

3) 南堡 1-3 人工島鉆井實(shí)踐表明，提高鉆井液的抑制性和封堵性，能夠在一定程度上降低復(fù)雜巖性的坍塌壓力，提高井壁穩(wěn)定效果。

4) 高性能KCl成膜封堵低侵入鉆井液完全滿足南堡 1-5 區(qū)塊高效開發(fā)的需要。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 蔡利山，張進(jìn)雙，蘇長明.關(guān)于合理使用承壓堵漏技術(shù)指標(biāo)的建議[J].石油鉆探技術(shù)，2008，36(2)：84-86.

[2] 王富華，于敦遠(yuǎn)，萬緒新，等.防塌與保護(hù)氣層的鉆井液技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2006，34(5)：39-43.

[3] 徐同臺(tái)，馮京海，朱寬亮，等.成膜封堵低侵入保護(hù)油層鉆井液技術(shù)的研討[J].鉆井液與完井液，2006，23(3)：66-67.

[4] 盧淑芹，朱寬亮，吳曉紅，等.鉀鹽成膜封堵低侵入鉆井液在南堡油田的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2009，26(1)：29-31，41.

[5] 任中啟，李三杰，丁海峰，等.史深100油田鉆井液體系優(yōu)選與應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2006，34(4)：46-49.