孫云超

雷家地區(qū)全油基鉆井液技術

孫云超

（中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程技術研究院，遼寧 盤錦 124010）

在裂縫性頁巖鉆井過程中，如果出現井壁失穩(wěn)現象，單純提高鉆井液密度重新使井眼達到穩(wěn)定狀態(tài)，會造成如壓差卡鉆、降低鉆進速度等一系列工程問題，更嚴重的是如已揭開油氣層，會對油氣層造成嚴重的傷害。針對遼河油田雷家地區(qū)井壁失穩(wěn)現象突出的問題，利用自主研發(fā)的處理劑形成了一套全油基鉆井液體系，通過頁巖膨脹率、滾動回收率、砂床實驗以及三軸壓縮實驗等方法對全油基鉆井液的抑制性、封堵性及保持頁巖強度能力進行了評價。結果表明：自主研發(fā)的全油基鉆井液體系能夠有效抑制頁巖水化膨脹，封堵地層微裂縫，對頁巖強度有很好的保持能力。在高28井施工過程中，全油基鉆井液性能穩(wěn)定，井壁穩(wěn)定，符合現場施工要求。

井壁穩(wěn)定；性能評價；三軸壓縮實驗；巖石強度；全油基鉆井液

遼河油田雷家地區(qū)是遼河油田致密油勘探的主戰(zhàn)場之一，已累計上報近億噸儲量，屬于勘探領域的“潛力股”[1]。目前，在已部署的探井中，雷88井日產油41.6 m3，雷99井日產油19.2 m3,雷家地區(qū)致密油有望成為遼河油田重要的規(guī)模儲量區(qū)和戰(zhàn)略接替區(qū)。然而，該地區(qū)鉆探目的層沙四段油頁巖、碳酸鹽巖發(fā)育，常用的鉆井液體系在鉆井過程中經常出現掉塊、井徑擴大等現象，嚴重影響了鉆井質量和鉆井速度，并給優(yōu)化鉆井設計帶來了困難[1-4]。為了加快該地區(qū)致密油勘探開發(fā)，提高鉆井質量及鉆井速度，利用自主研發(fā)的油基鉆井液處理劑[5，6]，建立了一套適合雷家地區(qū)致密油勘探的全油基鉆井液體系。

1 雷家地區(qū)鉆井工程問題分析

雷家地區(qū)自上而下為館陶組、東營組、沙河街組。沙河街組地層易發(fā)生井塌，主要巖性為泥巖、碳酸鹽巖互層，以泥巖為主，泥巖主要成分為蒙脫石，蒙脫石造漿強，易發(fā)生水化膨脹、分散，造成井壁坍塌。該地區(qū)主要應用聚合物水基鉆井液體系，密度在1.05~1.75 g/cm3，目的層泥頁巖鉆遇率高，鉆井液抑制性差導致泥巖水化分散膨脹，是致使井壁失穩(wěn)的主要原因。

該區(qū)塊高古14井鉆至2 143 m時發(fā)生井塌，其中2 149~2 159 m井徑擴大率為143%，2 185~2 195 m劃眼7天；雷88H-1井3 000~3 025 m發(fā)生井塌，井徑擴大率最大為130.2%，全井共回填3次，損失工期56天，應用的KCl聚合物鉆井液，密度最高達1.75 g/cm3；雷平2井多次發(fā)生掉塊、卡鉆及劃眼等復雜情況，平均井徑擴大率25.8%。

2 全油基鉆井液體系研究

利用自主研發(fā)的有機土、有機土激活劑、聚合物降濾失劑、增粘提切劑及封堵劑建立了適合雷家地區(qū)的全油基鉆井液配方。

配方（1.33 g/cm3）：基漿（3#白油+2%有機土+0.3%有機土激活劑+ 2%聚合物降濾失劑+0.5% CaO +0.1%增粘提切劑+1%潤濕劑+重晶石）+5% CaCO3+1.5%封堵劑。

2.1 抑制性能評價

采用頁巖膨脹率法和滾動回收率法對全油基鉆井液體系進行了評價。

2.1.1 頁巖膨脹率評價實驗

據泥頁巖理化性能測試方法，對比該地區(qū)常用的聚合物鉆井液、有機硅鉆井液及蒸餾水，利用頁巖膨脹儀對全油基鉆井液體系對雷家地區(qū)頁巖進行膨脹率實驗。結果表明：雷家地區(qū)頁巖在全油基鉆井液中的膨脹率僅為1.3%，遠小于蒸餾水中的22%、有機硅鉆井液中的17.5%和聚合物鉆井液中的15%，體現了較強的抑制頁巖膨脹的能力。

2.1.2 頁巖回收率評價實驗

據泥頁巖理化性能測試方法，對雷家地區(qū)頁巖進行了巖屑滾動回收率實驗。巖屑在蒸餾水、有機硅鉆井液、聚合物鉆井液及全油基鉆井液中的滾動回收率分別為8.5%、67.5%、84.2%及98.6%。證明了全油基鉆井液具有良好的抑制頁巖水化分散的能力，能夠滿足該地層對鉆井液抑制性的要求。

2.2 封堵性能評價

對于裂縫發(fā)育的頁巖，濾液在壓差作用下沿裂縫侵入到巖石弱面，引起裂縫延伸、擴展，導致井壁失穩(wěn)甚至井漏。因此，要求鉆井液具有良好的封堵性及較低的濾失量。

2.2.1 砂床實驗

在FA型鉆井液濾失儀中加入180 cm烘干的20~40目砂子，測定老化前后的基漿及鉆井液在0.69 MPa壓差下30 min的侵入深度[7]。結果表明：全油基鉆井液侵入深度為4.5 cm，具有良好的封堵性。

2.2.2 高溫高壓實驗

將配制的基漿和全油基鉆井液分別倒入PPA滲透堵漏儀中，采用滲透率為100 mD的巖心板，在120 ℃、15 MPa條件下測量鉆井液濾失量。結果表明：全油基鉆井液濾失為零，具有較好的封堵性能，能夠封堵巖心微裂縫。

2.3 鉆井液對頁巖強度影響研究

本文采用三軸壓縮實驗對研制的全油基鉆井液體系進行評價。通過三軸壓縮實驗應力-應變曲線得出鉆井液浸泡前后頁巖巖石的三軸抗壓強度、靜態(tài)楊氏彈性模量及靜態(tài)泊松比的變化,來評價鉆井液對頁巖強度的影響[8]。

為保證測試的巖樣物性盡可能相似,以達到橫向測評的目的,利用多頻超聲波測試儀對巖樣的密度及聲波時差進行了測試，選取的巖心密度在2.46~2.55 g/cm3之間,聲波時差分布范圍為228.42~240.65 μs/m之間。實驗結果見表1。

表1 三軸壓縮實驗數據表

通過原巖及鉆井液浸泡后巖樣數據對比顯示，該鉆井液對巖石強度有很好的保持能力，同時使巖樣的塑性有所提高。

3 現場應用

高28井構造位于遼河坳陷西部凹陷雷家高古2塊，目的層巖性為碳酸鹽巖、油頁巖互層，平均孔隙度約為10%，完鉆井深2 460 m，井斜76°。

鉆井施工中，鉆水泥塞至1 838 m后，替入密度1.33 g/cm3的全油基鉆井液，下鉆順利到底，未出現開泵泵壓異常及井底重晶石沉淀現象。

隨著井深的增加，全油基鉆井液流變性性能穩(wěn)定，濾失量穩(wěn)定在2 mL左右，整個井段平均井徑擴大率僅為6.25%，無掉塊、垮塌現象發(fā)生。表明全油基鉆井液能夠保持碳酸鹽、油頁巖地層井壁穩(wěn)定，滿足鉆井液施工要求。

4 結 論

（1）雷家地區(qū)鉆探目的層泥巖鉆遇率高，井壁失穩(wěn)現象突出，應用的聚合物水基鉆井液抑制性差，難以滿足鉆井工程的需求；

（2）利用自主研發(fā)的處理劑，形成了適合雷家地區(qū)的全油基鉆井液體系，該體系具有良好的抑制性、封堵性能及對巖石強度有較好的保持能力；

（3）全油基鉆井液體系在高28井應用過程中流變性能穩(wěn)定、濾失量低，未發(fā)生井壁失穩(wěn)現象。

［1］宋陽．雷家地區(qū)致密油工程地質一體化技術研究與應用[J].中國石油和化工標準與質量，2014（14）：64．

［2］汪少勇，李建忠，王社教，等．遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段油氣資源結構特征[J].天然氣地球科學，2016, 27 (9)：1728-1741．

［3］單俊峰，周艷，康武江，等．雷家地區(qū)碳酸鹽巖儲層特征及主控因素研究[J].特種油氣藏，2016, 23（3）：4-10．

［4］劉世瑞，李楊，張子明.雷家地區(qū)沙四段致密油儲層改造因素分析[J].特種油氣藏，2016, 23（1）：58-61.

［5］錢志偉，吳嬌陽，李建成，等．全油基鉆井液在油頁巖地層鉆井中的應用[J].大慶石油地質與開發(fā)，2016, 335 (1) ：170-174．

［6］錢志偉，吳嬌陽，余婧．全油基鉆井液降濾失劑的研制與性能評價[C].全國鉆井液完井液技術交流研討會論文集，2014：330-336．

［7］趙雄虎，崔勝元．砂床法評價鉆井液濾失性可性能研究[J].西部探礦工程，2009,21（5）：83-85．

［8］劉向君，羅平亞．巖石力學與石油工程[M].北京:石油工業(yè)出版社, 2004.

All Oil-base Drilling Fluid Technology for Leijia District

（GWDC Engineering Research Institute, Liaoning Panjin 124010,China）

If sidewall instability phenomenon appears in the process of fissured shale drilling, simply raising drilling fluid density to make the hole reach stable state will cause some engineering problems such as differential pressure sticking and the drilling speed reducing, even will cause serious damage to the oil and gas layers. Aiming at prominent borehole wall instability phenomenon in Liaohe oilfield Leijia area, a set of all oil-base drilling fluid system was developed with a self-made treating agent. Inhibition, sealing ability and the ability to keep the shale strength of the all oil-base drilling fluid system were evaluated by shale inflation rate, rolling recovery rate, sand bed and triaxial compression tests. The results show that, the oil-base drilling fluid can effectively inhibit shale hydration expansion, plug formation micro cracks and maintain shale strength. In Gao28 Well construction process, all oil-base drilling fluid performance was stable; the borehole wall stability met the requirements of the site construction.

wellbore stability；performance evaluation；triaxial compression test；rock strength；all oil-base drilling fluid

國家科技重大專項（2016ZX05020-004）及中國石油天然氣集團公司重點科技攻關項目“高溫高密度鉆井液與可排放海水基鉆井液 成套技術研發(fā)(2013E-3802)”資助。

2017-04-24

孫云超（1983-），男，工程師，山東青島人，2006年畢業(yè)于中國石油大學（華東）石油工程專業(yè)，從事鉆井液技術研究與支持。

TE 254

A

1004-0935（2017）07-0677-03