李 強(qiáng)

尼日爾Agadem油田鉆井液技術(shù)研究現(xiàn)狀及建議

李 強(qiáng)

（中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司鉆井液公司，遼寧 盤(pán)錦 124010）

隨著CNPC進(jìn)入尼日爾Agadem油田，該區(qū)的勘探水平不斷提高，鉆井液體系研究逐步深入。綜述了尼日爾Agadem油田地質(zhì)、鉆井難點(diǎn)，介紹了該區(qū)使用的氯化鉀硅酸鹽體系和聚胺鉆井液體系研究進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了聚胺鉆井液在使用中需要注意的問(wèn)題，并對(duì)今后的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提出了建議。

尼日爾；Agadem油田；聚胺；研究進(jìn)展；應(yīng)用現(xiàn)狀

尼日爾Agadem油田勘探開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)70年代，整體位于尼日爾東南部，屬于Termit盆地。Termit盆地沉積地層自下而上依次為白堊系Donga組、Yogou組、Madama組、古近系Sokor1組、LV shales、Sokor2 組以及新近系和第四系，最大沉積厚度超過(guò)12 000 ｍ。油層發(fā)育為上白堊系與古近系兩套成藏組合，其中古近系是主力成藏組合[1-4]。2008年，CNPC和尼日爾政府簽訂了開(kāi)發(fā)當(dāng)?shù)亍癆gadem石油勘探區(qū)塊”合作協(xié)議。隨著CNPC進(jìn)入尼日爾Agadem油田，該區(qū)的勘探水平不斷提高，鉆井液體系研究逐步深入，相繼出現(xiàn)氯化鉀聚合物、氯化鉀聚合醇和氯化鉀硅酸鹽等體系。目前，隨著聚胺抑制劑的應(yīng)用推廣，室內(nèi)研究的聚胺（高性能）具有較大的應(yīng)用前景。本文介紹了尼日爾Agadem油田地質(zhì)、鉆井難點(diǎn)，分析了井壁失穩(wěn)問(wèn)題，介紹了近年使用的氯化鉀硅酸鹽體系和正推廣應(yīng)用的聚胺體系，分析了聚胺鉆井液在使用中需要注意的問(wèn)題，并對(duì)今后的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提出了建議。

1 尼日爾Agadem油田概況

1.1 難點(diǎn)分析

根據(jù)地層的復(fù)雜程度以及鉆井液要求的難易程度將Agadem區(qū)塊分為3大部分，整體上呈現(xiàn)“北易、中平、南難”的特點(diǎn)，其中Sokor、Gami油田地質(zhì)最為復(fù)雜，鉆井液服務(wù)難度最大，要求最高鉆井液密度在1.25~1.30 g·cm-3。在鉆探中發(fā)現(xiàn)，Sokor泥巖、Sokor低速泥巖地層的井壁失穩(wěn)縮徑、坍塌問(wèn)題是Agadem油田的井壁失穩(wěn)的主要表征，對(duì)典型區(qū)塊Gololo W-1地層泥頁(yè)巖進(jìn)行理化性能分析，其組成大致是：伊-蒙混層占53%，高嶺石占44%，伊利石占3%。伊-蒙混層中，伊利石占的比例是60%，蒙脫石的比例是21.2%。這種巖性組分決定了該地區(qū)的地層不容易分散，造漿性能不強(qiáng)，容易膨脹。當(dāng)鉆井液密度不能平衡坍塌壓力時(shí)，硬脆性泥頁(yè)巖地層表現(xiàn)為掉塊、坍塌，軟泥巖地層表現(xiàn)為縮徑，即表現(xiàn)為Sokor泥巖地層井壁的掉塊、坍塌，Sokor低速泥巖井壁的坍塌、縮徑[5-9]。。

1.2 儲(chǔ)層特點(diǎn)

油層總體孔隙度為12.0%~25.0%，平均滲透率2.92×10-2~2.501×10-1um2，屬中高孔、中低滲儲(chǔ)層。毛鳳軍等通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析表明，Termit盆地上白堊統(tǒng)儲(chǔ)層的巖石類(lèi)型主要為石英砂巖，成分成熟度高，以石英為主，占比達(dá)86%以上[3]。根據(jù)膠結(jié)物及黏土礦物分析，油層可能存在一定程度的速敏、水敏、酸敏。實(shí)驗(yàn)表明，儲(chǔ)層水敏損害程度中等偏弱，臨界礦化度825 mg·L-1，注入水礦化度控制在臨界礦化度以上；儲(chǔ)層堿敏為中等偏弱，臨界pH值為10，入井液pH應(yīng)控制在10以下；儲(chǔ)層為強(qiáng)酸敏，應(yīng)避免進(jìn)行酸化，或者進(jìn)行酸化時(shí)應(yīng)采取必要的油層保護(hù)措施[10]。

2 井壁失穩(wěn)機(jī)理分析及解決方法

2.1 井壁失穩(wěn)機(jī)理分析

尼日爾Agadem油田井壁失穩(wěn)的機(jī)理主要集中在鉆井液密度、井眼裸露時(shí)間、鉆井參數(shù)和井身結(jié)構(gòu)等方面。

2.1.1 鉆井液密度的影響

據(jù)分析，Agadem油田地層坍塌壓力普遍高于地層孔隙壓力，因此只有鉆井液密度高于地層坍塌壓力當(dāng)量密度時(shí)，才能保持較好的井壁穩(wěn)定性?，F(xiàn)場(chǎng)所用鉆井液密度最高為1.25，而最大坍塌壓力當(dāng)量密度基本都在1.30以上，Sokor泥巖地層坍塌壓力當(dāng)量密度最高達(dá)到1.37 g·cm-3。鉆井液密度偏低，不能平衡地層坍塌壓力，導(dǎo)致了力學(xué)上的不穩(wěn)定性，鉆井過(guò)程中易出現(xiàn)疏松泥巖砂巖的坍塌、泥巖縮徑等復(fù)雜問(wèn)題。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，二開(kāi)施工比較順利的井，所用鉆井液密度均高于或接近于地層坍塌壓力當(dāng)量密度。

2.1.2 井眼裸露時(shí)間的影響

Agadem油田采用二開(kāi)次井身結(jié)構(gòu)，裸眼井段長(zhǎng)，Sokor泥巖和Sokor低速泥巖地層伊-蒙混層含量高。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間浸泡，井壁泥巖水化膨脹嚴(yán)重，在水化應(yīng)力和強(qiáng)度降低的雙重作用下，坍塌壓力越來(lái)越大，液柱壓力難以維持井壁的穩(wěn)定性，從而引起井壁坍塌、縮徑，造成鉆具難以下入、劃眼困難等。

2.1.3 鉆井參數(shù)的影響

泵壓、排量影響鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度和井底壓力，不當(dāng)操作引起的液柱壓力波動(dòng)會(huì)造成井壁失穩(wěn)，環(huán)空流速過(guò)大，沖刷井壁，會(huì)影響井壁穩(wěn)定。

2.1.4 井身結(jié)構(gòu)的影響

合理的井身結(jié)構(gòu)可以減少鉆井液浸泡時(shí)間和事故處理時(shí)間，對(duì)比Agadem油田開(kāi)發(fā)初期采用三開(kāi)井和二開(kāi)井施工情況，發(fā)現(xiàn)二開(kāi)井?dāng)U劃眼時(shí)間大于三開(kāi)井[5-6]。

2.2 穩(wěn)定井壁方法及下步趨勢(shì)探討

目前，穩(wěn)定井壁的主要方法包括力學(xué)平衡、化學(xué)抑制和物理封堵。因甲方為提高油氣層發(fā)現(xiàn)率，嚴(yán)格控制鉆井液密度，導(dǎo)致鉆井液密度存在不足，達(dá)不到力學(xué)平衡，這就須要加大化學(xué)抑制和物理封堵能力。在鉆遇Sokor泥巖前加入足量、復(fù)配的封堵材料和抑制劑，密度執(zhí)行上限；同時(shí)控制失水，保證泥餅薄而致密。

要維持井壁穩(wěn)定，必須通過(guò)提高鉆井速度、減小完井周期，或設(shè)計(jì)合理井身結(jié)構(gòu)盡快鉆穿Sokor泥巖和Sokor低速泥巖地層，并完成完井作業(yè)。要想達(dá)到這個(gè)條件，應(yīng)綜合協(xié)調(diào)施工各方，盡量保證施工順利。同時(shí)，隨著勘探的深入，定向井、大斜度井會(huì)增多，后期可能出現(xiàn)水平井，相應(yīng)會(huì)出現(xiàn)定向托壓、潤(rùn)滑防卡、井眼清潔等問(wèn)題，給施工增加難度。后續(xù)應(yīng)持續(xù)完善整體技術(shù)模板，加大抑制、防塌鉆井液的研究。

目前，很多地區(qū)已開(kāi)展深井二開(kāi)完井方案，如遼河沈北地區(qū)已有近4 000 m井采用二開(kāi)完鉆的情況。Agadem油田完鉆井深在3 000 m以內(nèi)，甲方會(huì)普遍采用二開(kāi)完井，調(diào)整井身結(jié)構(gòu)的困難較大，也不易實(shí)現(xiàn)，可能在后期以深部地層為主，即穿過(guò)Yogou組、Madama組地層，以下部Donga組或下白堊系預(yù)測(cè)儲(chǔ)層為主、井深較深時(shí)，可能會(huì)實(shí)施三開(kāi)井。

3 鉆井液體系研究進(jìn)展

3.1 鉆井液使用情況

Agadem油田在鉆探時(shí)使用KCl聚合物體系，相繼出現(xiàn)氯化鉀聚合醇、氯化鉀硅酸鹽等體系[5-9]。根據(jù)資料[5]，為提高Agadem油田的井壁穩(wěn)定性，在原有KCl聚合醇鉆井液體系的基礎(chǔ)上引入了硅酸鹽防塌劑，優(yōu)化形成了強(qiáng)抑制KCl硅酸鹽鉆井液體系，利用K+、硅酸鹽和聚合醇的協(xié)同作用機(jī)理，進(jìn)一步提高鉆井液的防塌性能，使該體系對(duì)易失穩(wěn)的Sokor泥巖和Sokor低速泥巖地層具有強(qiáng)抑制能力，從而達(dá)到進(jìn)一步穩(wěn)定井壁、降低密度的目的。優(yōu)化后的鉆井液性能如下：密度1.12~1.7 g·cm-3，漏斗黏度45~55 s，塑性黏度15~25 mPa·s，動(dòng)切力5~10 Pa，初/終切力（1.5~5）Pa/(6~12) Pa，濾失量≤4 mL，高溫高壓濾失量≤8 mL，pH=9.5~11，Cl-質(zhì)量濃度 7 500~35 000 mg·L-1，膨潤(rùn)土質(zhì)量濃度10~35 g·L-1。

而隨著Agadem二期的開(kāi)發(fā)，為進(jìn)一步提高鉆井時(shí)效和產(chǎn)能建設(shè)，韋風(fēng)云等開(kāi)展了Agadem二期開(kāi)發(fā)的高性能鉆井液研究[11]。該高性能鉆井液體系以聚胺（也稱胺基抑制劑）為核心構(gòu)建的體系。體系構(gòu)建為：優(yōu)選胺基抑制劑C和乳液大分子為高性能水基鉆井液的包被抑制劑主劑，配合使用KCl提高體系的抑制劑；優(yōu)選液體封堵劑提高體系的封堵防塌性能，使用XC提高體系的黏度和切力，采用改性淀粉和PAC-LV協(xié)同作用降低體系的濾失量，使用高效潤(rùn)滑劑提高體系的潤(rùn)滑防卡性能，構(gòu)建了一套高性能水基鉆井液體系。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，體系動(dòng)塑比高，攜巖能力強(qiáng)，配方簡(jiǎn)單，去磺化類(lèi)和黑色處理劑，較為環(huán)保，具有巨大的應(yīng)用前景。

3.2 氯化鉀聚胺體系需要注意的問(wèn)題

目前使用的聚胺是指重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中含有獨(dú)立胺基的聚合物，主要為(端)胺基聚醚和(端)胺基聚醇。形成的聚胺體系具有流變性能好、膨脹降低率高、巖屑回收率高等優(yōu)點(diǎn)，其抑制巖屑分散能力與油基鉆井液接近[12-14]。所以，現(xiàn)場(chǎng)會(huì)呈現(xiàn)出鉆屑返出規(guī)則、完整，井徑擴(kuò)大率??；處理過(guò)量后有可能導(dǎo)致巖屑極硬，排量不足易形成砂橋；相應(yīng)固控設(shè)備升級(jí)會(huì)引起處理劑使用效率降低的情況。

KCl體系具有一定的腐蝕效果，要求設(shè)備及篩布耐腐蝕[15]。同時(shí)，鉆井設(shè)備（尤其是鉆具）在使用一定時(shí)間后應(yīng)進(jìn)行探傷檢查。

KCl體系中K+是穩(wěn)定井壁的關(guān)鍵離子，應(yīng)保持適度濃度。但在鉆遇泥巖地層時(shí)，會(huì)出現(xiàn)消耗快的問(wèn)題，可以適當(dāng)增加KCl的加量，配膠液時(shí)按濃度上限配制。在返出泥巖呈膨松、軟、吸水明顯時(shí)（硬脆泥巖整體吸水），此時(shí)若情況較嚴(yán)重，可選擇適當(dāng)干加KCl，并提高膠液KCl濃度。通過(guò)研究，聚胺在碳質(zhì)泥巖、易水化泥巖、硬脆性泥巖、砂巖上的吸附性依次降低，說(shuō)明碳質(zhì)泥巖地層消耗聚胺抑制劑最多，其次是泥巖，砂巖消耗較少[16]。

KCl鉆井液濾液黏度很低，接近水的黏度，不能堵塞孔隙吼道，也不能改變泥頁(yè)巖的滲透性。此時(shí)需要針對(duì)微裂隙發(fā)育情況，復(fù)配應(yīng)用微納米封堵劑，提高封堵能力，降低濾液侵入。

KCl體系具有明顯的抑制頁(yè)巖膨脹的效果，且濃度越大，抑制效果越明顯。室內(nèi)試驗(yàn)表明，當(dāng)膨潤(rùn)土加量達(dá)到20%時(shí)，KCl實(shí)驗(yàn)漿的3讀數(shù)才迅速升高，且7.0%KCl實(shí)驗(yàn)漿的3讀數(shù)始終小于3.0%KCl實(shí)驗(yàn)漿的3讀數(shù)，表明提高KCl濃度可以進(jìn)一步提高K+固定膨潤(rùn)土晶格作用，有效抑制膨潤(rùn)土的水化作用[17]。所以，在鉆遇Sokor泥巖和Sokor低速泥巖之前可增加KCl濃度，配合封堵劑抑制防塌。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）聚胺鉆井液體系抑制能力極強(qiáng)，在現(xiàn)場(chǎng)施工中會(huì)形成較規(guī)則井眼，井徑擴(kuò)大率小，需要足夠的排量，防止形成砂橋；更換鉆具前后，鉆具剛性不易改變過(guò)大。

2）聚胺鉆井液體系在調(diào)配好后基本不存在懸?guī)r攜巖問(wèn)題，返出巖屑規(guī)則、完整，可見(jiàn)明顯的鉆頭切削痕跡，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)注意巖屑情況，提高塌塊和巖屑的辨認(rèn)程度。

3）鉆屑返出宜“軟硬適度且完整”，不宜過(guò)硬或過(guò)軟。巖屑過(guò)軟為抑制能力不足，鉆屑有分散情況；過(guò)硬說(shuō)明KCl加量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致：①鉆井液礦化度高，地層失水變脆；②巖屑過(guò)硬，易在曲率不好處堆積，形成砂橋；③增加材料消耗。

4）膠液的使用保證了鉆井液性能的穩(wěn)定，提高了處理劑的功效，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，建議使用膠液維護(hù)處理鉆井液。

5）體系抑制性強(qiáng)，巖屑返出規(guī)則、完整，有條件情況下，盡量提高振動(dòng)篩篩布目數(shù)和一體機(jī)底篩篩布目數(shù)，清除有害固相。

［1］付吉林，孫志華，劉康寧.尼日爾Agadem區(qū)塊古近系層序地層及沉積體系研究[J].地學(xué)前緣，2012，19（1）：58-67．

［2］Genik G J. Petroleum geology of cretaceous-tertiary rift basins in Niger, Chad, and Central African Republic[J]., 1993, 77(8):1405-1434．

［3］毛鳳軍，劉邦，劉計(jì)國(guó)，等.尼日爾Termit盆地上白堊統(tǒng)儲(chǔ)層巖石學(xué)特征及控制因素分析[J].巖石學(xué)報(bào)，2019，35（4）：1257-1268．

［4］單祥，季漢成，劉計(jì)國(guó)，等.尼日爾Agadem區(qū)塊古近系Sokor1組低阻油層成因[J].2014，38（2）：27-34.

［5］孫榮華，趙冰冰，王波，等.尼日爾Agadem油田井壁穩(wěn)定技術(shù)對(duì)策[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，16（6）：24-29．

［6］戴愛(ài)國(guó)，陳以文.尼日爾Agadem油田地層失穩(wěn)機(jī)理研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2018（9）：82-83．

［7］趙光輝.尼日爾Imari區(qū)塊復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（16）：125．

［8］劉軍，宋榮超.尼日爾Agadem區(qū)塊Kaola-1D井井壁失穩(wěn)分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014（6）144-145．

［9］邱正松，韓祝國(guó)，徐加放，等.KCl/聚合醇協(xié)同防塌作用機(jī)理研究[J].鉆井液與完井液，2006，23（2）：25-29．

［10］樂(lè)濤濤.尼日爾A油田儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)[J].化學(xué)工程與裝備，2019（11）：108-109.

［11］韋風(fēng)云，史凱嬌.尼日爾Agadem油田高性能鉆井液室內(nèi)研究[A]. 2019年度全國(guó)鉆井液完井液學(xué)組工作會(huì)議暨技術(shù)交流研討會(huì)論文集[C]. 北京: 石油工業(yè)出版社，2019.

［12］儲(chǔ)政.國(guó)內(nèi)聚胺類(lèi)頁(yè)巖抑制劑研究進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2012，33（2）：1-4.

［13］趙素娟，游云武，劉浩冰，等.涪陵焦頁(yè)18-10HF井水平段高性能水基鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2019，36（5）：564-569

［14］DEVILLE J P, FRITZ B, JARRETT M. Development of water-based drilling fluids customized for shale reserviors[C].SPE 140868，2011.

［15］張姣姣，龔厚平，陳李，等.氯化鉀鉆井液緩蝕劑的研究[J].鉆井液與完井液，2017，34（3）：54-58

［16］郭建華，馬文英，劉曉燕，等.聚胺抑制劑的測(cè)定方法及最佳用量的確定[J].鉆井液與完井液，2016，33（3）：35-40.

［17］褚奇，李濤，王棟，等.龍鳳山氣田強(qiáng)抑制封堵型防塌鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2016，33（5）：35-40.

Research Status and Suggestions on Drilling Fluid Technology in Agadem Oilfield of Niger

（CNPC Greatwall Drilling Company Drilling Fluids Branch, Panjin Liaoning 124010, China）

With CNPC entering Niger's Agadem oilfield, the exploration level in this area was constantly improving, and the research of drilling fluid systems was gradually deepened. In this paper, the geology and drilling difficulties of Agadem oilfield in Niger were reviewed.The research progress and application status of the potassium chloride silicate system and the polyamine drilling fluid system used in this area were summarized. Some problems in drilling with polyamine drilling fluid system were analyzed, some suggestions for future development and application were put forward.

Niger; Agadem oilfield;Polyamine; Research progress; Application status

2020-04-29

李強(qiáng)（1988-），男，四川省宜賓市人，工程師，碩士，2011年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，研究方向：鉆井液技術(shù)。

TE254.3

A

1004-0935（2020）09-1162-04