（中油遼河油田遼河技術(shù)工程處，遼寧 盤錦 121209）

1 前言

隨著遼河油田勘探開發(fā)進(jìn)入中后期，修井工程施工的難度越來越大，大位移井、水平井越來越多，這給鉆井液工作者提出了更高的要求，要求鉆井液具有良好的潤(rùn)滑性能。在國(guó)內(nèi)，鉆大位移井和水平井一般采用水包油、油包水或全油鉆井液體系，而采用水基鉆井液體系的井往往因?yàn)殂@井液潤(rùn)滑性能不佳給施工帶來一定困難。本課題分析了大位移井鉆井施工中鉆井液方面的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：（1）降低摩阻技術(shù)；（2）井眼清洗技術(shù)；（3）井壁穩(wěn)定技術(shù)，通過分析各關(guān)鍵技術(shù)難題的原因我們找到解決辦法，并制定了相關(guān)的試驗(yàn)方案，研制了一種適合水基鉆井液的新型高效潤(rùn)滑劑，解決了水基鉆井液體系的潤(rùn)滑性能問題，同時(shí)確定了一種較穩(wěn)定的油包水鉆井液配方，為下一步的科技發(fā)展貯備。

2 關(guān)鍵技術(shù)難題原因分析

2.1 高摩阻產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生高摩阻的主要原因是：（1）隨著井斜的增大，鉆柱對(duì)井壁的載荷增大，增大了鉆柱的移動(dòng)阻力；（2）液柱壓力與地層壓力差大，易形成壓差粘壓；（3）洗井效果差，井筒內(nèi)巖屑層形成嚴(yán)重，井壁坍塌，易產(chǎn)生砂橋粘滯；（4）井眼周圍應(yīng)力不平衡引起井眼變形，增大起下鉆阻力和鉆井摩擦[1]。

2.2 井眼清洗困難的原因

在正常延伸井修井過程中，巖屑和沙子碎片很容易偏離并在鉆井液的流動(dòng)井下壁沉積，巖屑沉積物層墻傾斜井將在泵停止時(shí)向下滑動(dòng),很難把巖石清理，容易導(dǎo)致粘砂橋。在斜井段容易形成穩(wěn)定的碎屑沉積，其厚度隨著井斜角的增大而增大。隨著井斜的增大，巖屑的移動(dòng)方向逐漸偏離軸向，向徑向靠攏，形成巖屑層。同時(shí)，隨著井斜的增大，鉆柱偏心位于井筒的井壁上，鉆柱下部的環(huán)空間隙變小，使得巖屑床的移除更加困難。

2.3 井壁不穩(wěn)定的原因

鉆完井后，地層原有的應(yīng)力平衡被破壞，地層周圍的應(yīng)力重新分布。新的應(yīng)力平衡受時(shí)間、鉆井液化學(xué)性質(zhì)、地層力學(xué)性質(zhì)等因素的影響。井眼失穩(wěn)既是一個(gè)機(jī)械問題，又是一個(gè)化學(xué)問題。

3 關(guān)鍵技術(shù)難題解決辦法

3.1 選擇合適的鉆井液體系

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，世界上大多數(shù)大位移井采用的是油基或合成基鉆井液。這兩種鉆井液均具有良好的潤(rùn)滑性能和抗坍塌性能，但成本較高，有時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染。水基鉆井液在潤(rùn)滑性、防塌性和緩蝕性方面有一定的局限性，一般用于水平驅(qū)替量小于5000m 的大位移井。

3.2 改善鉆井液的潤(rùn)滑性

大位移井對(duì)鉆井液潤(rùn)滑的基本要求是:鉆井液潤(rùn)滑系數(shù)小于0.15，濾餅?zāi)Σ料禂?shù)小于0.1。研究表明，油水比對(duì)鉆井液的潤(rùn)滑性有很大的影響。例如，油水比為90:10 的油基鉆井液的摩擦系數(shù)比油水比為68:32 的油基鉆井液的摩擦系數(shù)低40%以上。對(duì)于水基鉆井液，可以添加極壓潤(rùn)滑劑、多元醇等處理劑，改善鉆井液的潤(rùn)滑性能，降低鉆井摩擦。

3.3 調(diào)節(jié)鉆井液的其它性能

使用合理的劑量和各種過濾損失減速器和調(diào)整鉆井液中的固體顆粒的分布可以提高泥餅質(zhì)量,降低濾餅的厚度,并降低濾餅的包容區(qū)域鉆柱,以減少鉆柱之間的接觸面積和濾餅。此外，短時(shí)間內(nèi)形成的低滲透餅降低了流體柱與地層之間的壓差對(duì)裸眼段鉆柱的影響，減少了壓差卡鉆的機(jī)會(huì)。加強(qiáng)井筒穩(wěn)定措施，提高井筒清潔效率，確保井筒規(guī)律，減少塊體收縮和坍塌，避免起下鉆時(shí)鉆柱與井壁劃傷。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)清井措施，提高井眼凈化程度，減少巖屑層的形成，減少起下鉆和鉆井[2]的摩擦。

3.4 加強(qiáng)固控

減少鉆井液中的有害固體，特別是那些小顆粒尺寸的鉆井液。因?yàn)槲⑿〉墓滔嗖粌H會(huì)對(duì)鉆井液的性能產(chǎn)生不利影響，而且還會(huì)使濾餅質(zhì)量惡化，增加鉆柱與井筒濾餅之間的粘附力，增加粘著的機(jī)會(huì)。

4 試驗(yàn)方案

4.1 高效潤(rùn)滑劑的研究

鉆井液潤(rùn)滑劑應(yīng)滿足幾個(gè)基本要求：潤(rùn)滑劑必須能夠潤(rùn)滑金屬表面，并在其表面形成邊界膜和二級(jí)結(jié)構(gòu)。與基漿配伍性好，對(duì)鉆井液流變性能和濾失性無不良影響。不降低巖石破碎效率;具有良好的熱穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性。不腐蝕金屬，不損壞密封材料;不污染環(huán)境，易生物降解，價(jià)格合理，來源充足;低熒光或無熒光。潤(rùn)滑劑有液體和固體兩種形式。液體型一般選用植物油，無熒光和毒性，易生物降解，來源廣泛。更適合做潤(rùn)滑劑的材料。植物油可選用大豆油、蓖麻油、亞麻油、棉籽油等。固體潤(rùn)滑劑也常用于鉆井液中。主要產(chǎn)品有塑料球團(tuán)、石墨、炭黑、玻璃球團(tuán)、堅(jiān)果球團(tuán)等。塑料球都是無毒、無味、熒光、壓縮阻力,耐酸性，耐堿性，減少摩擦效果好，但成本高，雖然玻璃珠也可以實(shí)現(xiàn)塑料球的效果，但是容易被摧毀和畸形，這種潤(rùn)滑劑是容易被固體控制設(shè)備除去，因此在使用時(shí)有一定的限制。石墨粉具有耐高溫、無熒光、減摩效果明顯、添加量少、不影響鉆井液流變性能等特點(diǎn)。最近，一種新型多功能固體潤(rùn)滑劑彈性石墨已在路易斯安那州、德克薩斯州、俄克拉荷馬州、墨西哥灣、北海等地區(qū)成功應(yīng)用。彈性石墨是無毒，無腐蝕性，不阻止鉆井泵在高濃度，并不影響鉆井液的性能，它可以牢牢地吸附在井筒的墻上和鉆井工具，減少摩擦，但也可以把井筒壁微孔隙，減少過濾損失和保護(hù)油層的作用。

基于以上要求，本課題決定通過對(duì)植物油的改性，增加吸附基，形成較強(qiáng)的吸附膜，從而增加其潤(rùn)滑、抗壓能力和穩(wěn)定性，達(dá)到滿足大位移井鉆井需要，同時(shí)植物油中的雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)而熒光性降低。

4.2 油基鉆井液的研究

根據(jù)現(xiàn)有的資料及文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，大位移井多數(shù)使用油基鉆井液或合成基鉆井液，雖然配制成本較高，但可以重復(fù)利用，并且具有良好的潤(rùn)滑性及抑制性，可減少井下復(fù)雜情況，機(jī)械鉆速比水基泥漿快50%以上，綜合鉆井成本并不比水基鉆井液高。油基鉆井液、合成基鉆井液也是當(dāng)今世界針對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的、鉆井難度較大的井應(yīng)用的主流體系，英國(guó)北海、挪威Statf 及中國(guó)南海西江等油田創(chuàng)世界紀(jì)錄的大位移井都是用這兩種鉆井液鉆成的。油基鉆井液一般以柴油和各種低毒礦物油作為基礎(chǔ)油，以含一定量CaCl2 或NaCl 的鹽水做油基鉆井液的水相，選用HLB 值（即親水親油平衡值）在3.5～6 之間的表面活性劑做乳化劑，選擇叔胺鹽或季胺鹽做潤(rùn)濕劑，選親油的有機(jī)土做親油膠體，用石灰控制pH 值。本項(xiàng)目通過對(duì)配漿土、乳化劑、降濾失劑的選擇和配比優(yōu)化，控制鉆井液的流變性，形成一套適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的鉆井液配方，達(dá)到滿足大位移井的施工要求。

5 結(jié)論

1.植物油經(jīng)過改性后潤(rùn)滑效果優(yōu)于原油品，1%加量相當(dāng)于2%原油品加量，且能抗120℃高溫。加濃硫酸時(shí)要緩慢，避免油品被濃硫酸碳化，若選用SO3做磺化劑效果可能更好，但試驗(yàn)裝置較復(fù)雜。

2.以目前方法無法定量的檢測(cè)樣品熒光級(jí)別，只能用照熒光燈法判斷熒光性有無強(qiáng)弱。

3.油包水鉆井液的油水比和乳化劑還可以進(jìn)一步的優(yōu)化以增強(qiáng)體系穩(wěn)定性。

4.油包水鉆井液的濾失量較大，應(yīng)選擇一種合適的降濾失劑。

6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)對(duì)沈625、沈257 區(qū)塊資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出鉆速與鉆井液相關(guān)的因素有：般土含量、固相含量以及處理劑使用。結(jié)合磨溪提速經(jīng)驗(yàn)，沈625-平8 井采用以下工藝：

（1）應(yīng)用無粘土鉆井液。二開時(shí)放掉罐中鉆井液，徹底清洗罐內(nèi)殘留土粉和巖屑，打入清水，按配方加入處理劑，循環(huán)均勻，達(dá)到要求性能進(jìn)行二開作業(yè)，其中密度通過加入重晶石提供。（2）延長(zhǎng)不分散鉆井液的使用井深。眾所周知，不分散鉆井液的鉆速是常用體系中鉆速最快的，因?yàn)槠鋪單⒚最w粒含量最少。分散鉆井液主要使用稀釋劑來控制流變性，使粘土和鉆屑顆粒分散更細(xì)，不利于鉆速提高，但在保證井下安全，是有益的。處理劑使用得當(dāng)，性能控制的比較好，不分散鉆井液應(yīng)用井段長(zhǎng)。沈625-平8 改型井深為2200m，鄰井沈625-20-30 改型井深1831m，625-24-32 改型井深1860m。（3）強(qiáng)調(diào)多用大分子聚合物，少用稀釋劑。無論分散、不分散鉆井液，為避免粘土和鉆屑顆粒分散更細(xì)，使用大分子可以使細(xì)的粘土顆粒連接在一起變成大顆粒，通過固控設(shè)備除去。因此其比值在一定程度上可以衡量鉆速，大分子與稀釋劑比值高，鉆速越快，比值越低，鉆速越慢。在3100m 前，大分子與稀釋劑比值達(dá)到37.2%。（4）固控設(shè)備使用合理。沈625-平8 在二開至改型時(shí)，離心機(jī)使用時(shí)間占鉆井時(shí)間的60%以上，改型后，密度高時(shí)，也定期使用離心機(jī)。（5）在井下安全的情況下，密度、粘度執(zhí)行設(shè)計(jì)下限。（6）使用PDC 鉆頭應(yīng)考慮地層巖性，注意泥漿性能調(diào)整。純泥巖地層，抑制性是重點(diǎn)；砂泥巖地層，低失水薄泥餅是關(guān)鍵。在起鉆不好起時(shí)，考慮間斷大排量紊流洗井，降低泥餅厚度。

水平井的特點(diǎn)使得井壁穩(wěn)定問題更加復(fù)雜：（1）井斜大，在同一層位中與直井相比井段較長(zhǎng)；（2）巖屑床的存在導(dǎo)致環(huán)空有效空間變小，巖屑濃度大，液流阻力變大；（3）頻繁短起下鉆等作業(yè)造成井壁承受的壓力在不斷變化之中；（4）鉆速較慢，延長(zhǎng)了鉆井液對(duì)地層的浸泡時(shí)間，增加了井壁不穩(wěn)定性。

在井壁穩(wěn)定的力學(xué)方面，需要鉆井液保持合適的密度，同時(shí)施工操作上必須平穩(wěn)；在化學(xué)方面，使用硅氟混油鉆井液，優(yōu)選添加劑，降低濾失量并提高對(duì)泥頁(yè)巖水化分散的抑制力。通過對(duì)目前常用的幾種降濾失劑進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出降濾失性能好，有利于調(diào)整適合水平井特點(diǎn)的鉆井液流型的降濾失劑為硅氟混油鉆井液為主添加劑。

HA 樹脂、KH-931、SMP 和PSP 是目前廣泛用于深井的降濾失劑，與硅氟鉆井液有良好的配伍性。本課題針對(duì)水平井對(duì)鉆井液流型的要求，在硅氟鉆井液中對(duì)以上降濾失劑進(jìn)行評(píng)價(jià)遼河盆地深井鉆井中井壁穩(wěn)定問題一直是重點(diǎn)研究課題，沈北地區(qū)是一個(gè)比較典型的區(qū)塊，鉆深水平井比常規(guī)鉆井則使這些問題更加重要。造成井壁不穩(wěn)定的主要因素為：（1）裸眼井段長(zhǎng)，鉆井液與井壁接觸時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)井壁的浸泡時(shí)間長(zhǎng)；（2）鉆遇的地層復(fù)雜；同一井筒存在不同壓力層系，沈北地區(qū)東營(yíng)組軟泥巖發(fā)育，易縮徑，沙河街組沙一、二段有易塌的硬脆性泥巖地層，開發(fā)古潛山油藏還面臨潛山頂部風(fēng)化帶和裂縫性油藏特有的裂縫性漏失。