張文哲，李 偉，王 波，劉 云

（1.陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075；2.陜西省特低滲透油氣田勘探開發(fā)工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710077；3.延長油田股份有限公司勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西 延安 716099）

鄂爾多斯盆地三疊系致密油藏以延長組7 段（簡稱長7）頂部油頁巖、致密含油砂巖和延長組6段（簡稱長6）中部油層組致密含油砂巖最為典型［1-2］。致密含油砂巖由于其硬脆性、片理結(jié)構(gòu)，在鉆井過程中易發(fā)生坍塌掉塊、裂縫井漏等復(fù)雜情況，已成為延長油田鉆井，特別是水平井鉆井的一大難題，提高井壁穩(wěn)定性是解決這個問題的關(guān)鍵［3］。

以延長油田中生界延長組致密油藏長7 段為例，地層深度1400數(shù)2600 m，儲層巖性主要為褐色油頁巖、灰黑色泥巖、深灰色砂質(zhì)泥巖夾灰色泥質(zhì)砂巖、淺灰色細(xì)砂巖等。通過X射線衍射（XRD）分析巖樣中的黏土礦物組分，伊利石含量最高，約占40.1%數(shù)88.9%，伊蒙混層含量平均值為15.2%，綠泥石含量為4.9%數(shù)27.8%，離散性整體較大；儲層節(jié)理微裂縫發(fā)育、紋理清楚、水化膨脹不均勻，屬非膨脹型破碎性（脆性）地層，膠結(jié)性差，井壁穩(wěn)定性較弱［4］，對鉆井液性能提出較高要求［5］。

由地層井壁不穩(wěn)定機(jī)理分析結(jié)果可知［6-8］，要保證井段的井壁穩(wěn)定，在設(shè)計防塌鉆井液時，在技術(shù)上除了要滿足合理的鉆井液密度、良好的潤滑性及流變性外，還必須滿足強(qiáng)抑制和強(qiáng)封堵特性。延長油田致密油水平井現(xiàn)階段主要使用的鉆井液體系為聚丙烯酰胺鉀鹽（K-PAM）聚合物鉆井液體系。該體系在流變性能、潤滑性能與井壁穩(wěn)定等方面還存在一些問題［9］?，F(xiàn)場主要技術(shù)難點(diǎn)有：坍塌、卡鉆等井壁失穩(wěn)現(xiàn)象普遍［10］，定向摩阻大托壓問題嚴(yán)重［11］，鉆井液攜巖性能欠佳［12］等。聚合物鉆井液體系的主要處理劑以K-PAM為主，配合聚合物降濾失劑等其他處理劑在水化好的膨潤土漿中共同作用。現(xiàn)場鉆井液處理劑種類和加量比較雜亂，急需一種適合延長致密油地層水平井的鉆井液體系和技術(shù)規(guī)范［13-14］。針對K-PAM 聚合物鉆井液體系流變性不佳、封堵和抑制性不足等問題，室內(nèi)對現(xiàn)場常用降濾失劑、抑制劑、潤滑劑等處理劑進(jìn)行優(yōu)選，制得適合于致密油藏的強(qiáng)封堵型納米聚合醇水基鉆井液，并在現(xiàn)場進(jìn)行了應(yīng)用。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

鈉膨潤土，宣化燕北礦業(yè)有限責(zé)任公司；燒堿、純堿、抗高溫抗鹽磺化降濾失劑SMPX、聚合物降濾失劑COP-FL、銨鹽頁巖抑制劑KD-40、無熒光防塌潤滑劑FT342、固體石墨類潤滑劑GRH-1、無水聚合醇WJH-1、納米乳液RL-2，勝利化工有限責(zé)任公司；增黏纖維降濾失劑SJL-1、陽離子乳化瀝青GD-SFT、聚胺類抑制劑SJA-1、重晶石，延安朝政泥漿有限公司；液體極壓潤滑劑JM-1，河南龍翔石油助劑有限公司；聚丙烯酰胺鉀鹽K-PAM，西安藍(lán)翔化工有限公司；抗溫型鉆井液分散劑SXY、增黏劑FV-5，四川光亞科技股份有限公司；自來水。

ZNN-D6型電動六速旋轉(zhuǎn)黏度計、ZNS-2A型中壓濾失儀、GS-42型高溫高壓濾失儀、NP-03型多聯(lián)智能膨脹量測量儀、NZ-3A型黏滯系數(shù)測定儀、EP-2型極壓潤滑儀，青島海通達(dá)專用儀器有限公司。

1.2 實驗方法

參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16783.1—2014《石油天然氣工業(yè)中鉆井液現(xiàn)場測試（第1部分：水基鉆井液）》測試鉆井液性能，評價鉆井液流變性、失水造壁性（中壓、高溫高壓）、抑制性、封堵性和潤滑性，測試溫度為室溫。鉆井液老化條件為：80℃（地層溫度）熱滾24 h。參照石油與天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5613—2000《泥頁巖理化性能試驗方法》測定線性膨脹率，采用宣化鈉膨潤土制造人工巖心（壓力14 MPa，穩(wěn)壓時間5 min）進(jìn)行模擬，記錄巖心在鉆井液中浸泡16 h 的線性膨脹率。滾動回收率實驗選取定邊羅龐塬致密油區(qū)羅平X井洛河組地層巖屑（深度約350 m），在熱滾溫度80℃下一次滾動時間16 h、二次滾動48 h，測定鉆井液滾動回收率。鉆井液封堵性測試首先配制封堵評價用標(biāo)準(zhǔn)漿，在自來水中依次加入10%鈉膨潤土、0.5% Na2CO3、1.5%SXY、0.5%FV-5和0.7%重晶石攪拌而成，通過高溫高壓濾失實驗制備具有地層特性的厚泥餅，通過測量鉆井液通過其產(chǎn)生的濾失量，利用達(dá)西滲透率公式計算厚泥餅滲透率，根據(jù)加入封堵劑前后滲透率變化（滲透率降低率）來表征封堵效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 降濾失劑優(yōu)選

延長油田致密油區(qū)塊目前使用的主要降濾失劑有SMPX、COP-FL、SJL-1等。將現(xiàn)場取得的上述降濾失劑樣品加入基漿（4%鈉膨潤土+0.2%純堿+0.4%K-PAM）中，分別配制成3 種鉆井液體系（1#：基漿+2% SMPX，2#：基漿+2% COP-FL，3#：基漿+2% SJL-1），80℃熱滾24 h 老化后測得鉆井液的流變性能見表1。對比老化后鉆井液API 中壓、高溫高壓濾失量，COP-FL聚合物降濾失劑優(yōu)于SJL-1降濾失劑；比較3種鉆井液的高溫高壓濾餅可見，1#泥餅虛厚，呈淡黃色，不致密，光滑性較弱；2#泥餅呈灰褐色，薄且致密、較光滑；3#泥餅呈灰黑色，致密性好且光滑，但稍厚。綜合考慮濾失量和泥餅質(zhì)量，選擇COP-FL聚合物降濾失劑（以水解聚丙烯腈銨鹽為主的聚合物），增強(qiáng)鉆井液結(jié)構(gòu)性和增加濾液黏度，顯著提高體系失水造壁性。

表1 加入不同降濾失劑后鉆井液的性能*

2.2 抑制劑優(yōu)選

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前延長油田致密油區(qū)使用的鉆井液抑制型處理劑為FT342、KD-40、GD-SFT 和 SJA-1 4 種。在 2.1 節(jié)基漿中加入 4 種處理劑形成強(qiáng)抑制劑體系（1#：基漿+1.5%KD-40，2#：基漿+1.5% FT342，3#：基漿+1.5% GD-SFT，4#：基漿+1.5%SJA-1），通過測定鈉膨潤土線性膨脹率和鉆井液一次、二次滾動回收率評價其抑制黏土水化膨脹和水化分散的能力。抑制劑對鉆井液線性膨脹率的影響見圖1。銨鹽頁巖抑制劑KD-40和陽離子乳化瀝青GD-SFT 的抑制效果相當(dāng)，但均弱于無熒光防塌潤滑劑FT342。清水、1數(shù)4#強(qiáng)抑制劑體系的一次滾動回收率分別為43.16%、76.50%、90.64%、77.48%、88.48%，二次滾動回收率分別為27.18%、67.34%、89.67%、73.37%、87.65%。胺類抑制劑（4#）與無熒光防塌潤滑劑（2#）的二次滾動回收率較高，說明抑制性較強(qiáng)且穩(wěn)定。綜合成本考慮，優(yōu)選出的抑制劑為無熒光防塌潤滑劑FT342。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該處理劑由苯酚、甲醛、硝基腐殖酸鉀等聚合而成，所含苯環(huán)可在黏土表面多層吸附，鑲嵌覆蓋和堵塞致密泥頁巖的層理和微裂縫，防止濾液進(jìn)入，減少水化膨脹。

圖1 抑制劑對鉆井液線性膨脹率的影響

2.3 潤滑劑優(yōu)選

固體石墨類潤滑劑GRH-1 和液體極壓潤滑劑JM-1 是延長致密油區(qū)目前普遍使用的兩種鉆井液用潤滑劑。前者是將井壁和鉆柱間的滑動摩擦改為滾動摩擦提高井眼潤滑性，后者是通過增加兩者間的潤滑膜厚度和強(qiáng)度實現(xiàn)降摩減阻。室內(nèi)通過測定鉆井液的極壓潤滑系數(shù)和HTHP泥餅黏滯系數(shù)來評價體系的潤滑性。通過EP 極壓潤滑儀測得基漿+2% COP-FL、基漿+2% COP-FL+1.0% GRH-1、基漿+2% COP-FL+1.0% JM-1 的潤滑系數(shù)分別為0.30、0.25、0.17。加入兩種潤滑劑后，鉆井液的潤滑性均有提升，但液體極壓潤滑劑JM-1提升效果更為顯著。液體潤滑劑通過提高接觸潤滑膜厚度和強(qiáng)度對致密油層優(yōu)快鉆井更有效。采用GS-42型高溫高壓濾失儀，在80℃下進(jìn)行鉆井液濾失實驗，制得鉆井液HTHP 泥餅?；鶟{+2% COP-FL+1.0%GRH-1 體系泥餅稍厚，呈深灰色，膜表面帶有不溶性小顆粒，韌性不夠，泥餅黏滯系數(shù)為0.1235；基漿+2%COP-FL+1.0%JM-1體系泥餅薄且致密，呈灰白色，膜表面光滑，泥餅質(zhì)量整體優(yōu)于加入GRH-1 的體系，泥餅黏滯系數(shù)為0.0798。從極壓潤滑系數(shù)和高溫高壓鉆井液泥餅黏滯系數(shù)綜合測試可以看出，選用JM-1 的整體潤滑效果優(yōu)于GRH-1，因此，適宜的潤滑劑為液體極壓潤滑劑JM-1。

2.4 封堵劑優(yōu)選

國內(nèi)外研究中，沒有從本質(zhì)上解決致密油儲層鉆井液封堵問題，封堵性差導(dǎo)致的坍塌、泥包和卡鉆等復(fù)雜問題較為嚴(yán)重。筆者根據(jù)延長油田致密油儲層納、微米級巖石孔縫特性，優(yōu)選出適合該地區(qū)的封堵劑體系。將陜北致密油區(qū)現(xiàn)場常用的工業(yè)級納米乳液RL-2 和無水聚合醇WJH-1 兩種封堵劑單劑復(fù)配后，加入鉆井液基漿中，通過高溫高壓濾失實驗測量滲透率降低率來評價封堵效果［15］，結(jié)果見表2。根據(jù)表2結(jié)果，優(yōu)選出適合致密油區(qū)鉆井液的封堵劑體系為：5%WJH-1+3%RL-2。實驗用無水聚合醇WJH-1的濁點(diǎn)為80℃，溫度超過其濁點(diǎn)時發(fā)生相分離，析出大小可變的膠體粒子在孔隙中堵塞微細(xì)孔道［16］；納米乳液RL-2 因壓差、溫度變形成為小顆粒進(jìn)入泥餅的小空隙中起到封堵作用，使泥餅滲透率和失水量降低［17］。加入封堵劑體系的滲透率降低率（封堵性）相比原鉆井液提高51.7%，井壁穩(wěn)定性增強(qiáng)。

以靖邊致密油區(qū)長7 為目的層的水平井為例，優(yōu)選出致密油水平井水平段強(qiáng)封堵型鉆井液體系基礎(chǔ)配方：4%鈉膨潤土+0.2%純堿+0.4% K-PAM+2% COP-FL+1.5% FT342+1.0% JM-1+5% WJH-1+3%RL-2，其他致密油區(qū)可在此配方基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整部分處理劑加量，處理和維護(hù)簡單。室內(nèi)實驗同時發(fā)現(xiàn)，該體系可用石灰石（120數(shù)150目）加重，且性能保持穩(wěn)定，滿足延長油田所有致密油區(qū)鉆井需要。

2.5 現(xiàn)場應(yīng)用

將優(yōu)化后的強(qiáng)封堵型鉆井液體系在延長油田致密油區(qū)杏平36井（東部淺層油區(qū)）、羅平16井（西部深層油區(qū)）兩口水平井進(jìn)行了應(yīng)用。

表2 封堵劑對鉆井液性能參數(shù)的影響*

2.5.1 杏平36井

杏平36 井位于鄂爾多斯盆地郝家坪南區(qū)鼻隆構(gòu)造內(nèi)，是典型的致密油區(qū)塊水平井，鄰井鉆進(jìn)過程中存在較為嚴(yán)重的漏失、托壓和掉塊等現(xiàn)象［18］。該井設(shè)計井深2745.75 m，造斜段和水平段（1350數(shù)2745 m）應(yīng)用該鉆井液體系。由鉆井液性能參數(shù)（表3）可見，該體系密度和黏切始終穩(wěn)定，動塑比（YP/PV）保持在0.25左右，流變性優(yōu)異，失水控制在6 mL 以內(nèi)，造壁性好?，F(xiàn)場施工過程中，該體系防漏失、封堵效果較好，井壁始終保持穩(wěn)定，機(jī)械鉆速相比鄰井提高37.5%。

2.5.2 羅平16井

定邊羅龐塬致密油區(qū)以長7 儲層為主要目的層；巖性主要為黑色油頁巖、暗色泥巖夾灰黑色細(xì)砂巖。該區(qū)在2017年水平井鉆進(jìn)過程中，多口井接連發(fā)生嚴(yán)重掉塊、井塌等復(fù)雜情況，最嚴(yán)重的填井、側(cè)鉆三次，是延長致密油區(qū)最為復(fù)雜的區(qū)塊之一［19］。羅平16井井深3342 m，水平段長達(dá)1200 m，該井鉆遇造斜段和水平段（2200數(shù)3500 m）時選用該鉆井液體系。由鉆井液性能參數(shù)（表4）可見，該體系密度在1.07數(shù)1.21 g/cm3范圍內(nèi)并可根據(jù)地層情況實時調(diào)整，性能穩(wěn)定，動切力YP＞6 Pa、攜巖流變性好，黏滯系數(shù)＜0.14、潤滑減阻性強(qiáng)。從應(yīng)用效果來看，鉆井液強(qiáng)封堵性和攜巖性能很好的解決該區(qū)塊出現(xiàn)的卡鉆、托壓等復(fù)雜問題，井下事故率相比鄰井降低85.7%，施工周期縮短35.1%，鉆井成本減少34.7%，整體應(yīng)用效果較好。

表3 杏平36井現(xiàn)場鉆井液性能參數(shù)*

表4 羅平16井現(xiàn)場鉆井液性能參數(shù)

3 結(jié)論

針對延長油田致密油區(qū)塊地層巖性和鉆井技術(shù)難點(diǎn)，對現(xiàn)場用主要處理劑（降濾失劑、抑制劑、潤滑劑、封堵劑）進(jìn)行了優(yōu)選，確定了適合該地區(qū)強(qiáng)封堵型鉆井液體系配方，封堵性相比優(yōu)化前提高51.7%，井壁穩(wěn)定性增強(qiáng)。優(yōu)化后的鉆井液體系在延長油田致密油2 口水平井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，施工過程中體系防漏失、封堵效果較好，機(jī)械鉆速相比鄰井提高30%，施工周期縮短35%，優(yōu)快鉆井效果顯著。