强抑制性防塌水基钻井液在水平井中应用探讨
发布时间：2020-07-30
摘要：长水平段水平井能够大大增加井眼与储层的接触面积，在稠油油气藏、低孔低渗油气藏、薄层油气藏开发中具有明显优势。但井壁失稳是长期困扰长水平段水平井钻井过程的重大工程技术难题。聚合醇钻井液抑制性比较突出，该钻井液体系能够有效的抑制易坍塌层段泥页岩水化膨胀，满足长水平段水平井钻井施工对井壁稳定的需要。
关键词：水平井;聚合醇钻井液;抑制性能
1前言
水平井技术作为提高油气产量、加大油气采收率和节约油气开发投资的关键措施，已在我国油田开发中获得普遍实施。水平井钻井技术可以迅速发展的最重要缘故是因为此项技术可以带来明显经济效益。根据大量的施工案例统计，常规水平井的投资成本只有普通直井的一半，但产量却能达到直井的三到五倍，甚至更多。
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长水平段水平井与常规水平井相比，较长的水平段长度可在更大程度上提高储层的暴露面积，从而提高产量。对于稠油油气藏、低孔低渗油气藏、薄层油气藏，长水平段增加了渗流面积，提高了产量;垂直裂缝性油气藏，长水平段可垂直钻穿多条裂缝，使多条裂缝同时产油产气;边底水、气顶油气藏，长水平段可以减缓水、气的锥进问题，提高油气产量;天然气藏在高渗透层水平段可以降低近井区域的产气速度，降低近井地区的紊流现象，改善高渗气层的产能;注水注气井，长水平段能够增加注入流体的波及体积，延伸到油气层深部，提高注水气井的效果。此外，同直井和一般的水平井相比，长水平段水平井节省了井场用地、钻机搬迁安装等费用。
井壁失稳是长期困扰水平井钻井过程的重大工程技术难题。井壁失稳会造成井下复杂情况，影响钻井施工进度，严重时可能导致井眼报废，造成巨大的经济损失。井壁稳定是实现安全、快速、优质钻井的前提，保持井壁稳定是钻井液设计的首要因素。
2 长水平段水平井对钻井液性能要求
为了满足水平井钻井和完井全过程的各种需要，确保水平井的钻成并保护好油气层，工程和地质两方面都对水平井钻井液完井液提出了特殊要求，钻井液体系的选择需要综合考虑地层岩性、地层压力、储层特性、井身结构、钻井参数、设备条件、经济的合理性以及环境保护等因素。在钻井施工过程中，钻井液还必须解决井眼净化、井壁稳定、摩阻控制、防漏堵漏、储层保护等5个技术难题。在钻进不同地层时，这些难题有时是共存的，有时表现的严重程度不完全相同。
从钻井液类型选择上看，大体分成油基钻井液和水基钻井液。油基钻井液主要用于最易出现井眼稳定问题的夹有裂缝性页岩的储层、易受损害的砂岩储层以及大位移或超长水平段的水平井。水基钻井液在抑制性、润滑性、保护储层等技术方面均不及油基钻井液。随着钻井液技术的发展，现已研制成功一些新型处理剂和新型水基钻井液体系，新体系很大程度地克服了原有水基钻井液的上述弱点，基本上能够满足水平井钻井的需要。水平井钻井液类型的选择必须按照储层的性质分别对待，在问题获得解决的前提下，经济效益是选择方案的根本原则，以最低的代价取得最好的效果才是先进技术的体现。
3 聚合醇钻井液特点
聚合醇属于非离子聚合物，具有“浊点”效应。它的亲水性受温度的影响，当温度低于一个临界值时，聚合醇溶于水，显水溶性;当温度高于临界值时，聚合醇在水中分散，表现出憎水的特性。在钻井作业中，随着井深的增加，井温不断升高，可利用井温的变化和聚合醇的浊点效应来实现预定的技术思路，根据这种设想研制出聚合醇类防塌水基钻井液。聚合醇分子链束在钻屑表面附着而形成一层憎水膜，抑制钻屑的水化分散，提高地面的固控效率，维护钻井液流变性的稳定。分子链束在钻具、套管和井壁上附着，形成一层类似于油基钻井液半渗透膜的憎水性分子链束膜，提高井壁稳定性。当钻井液返回到地面时，因温度降到临界点以下，聚合醇又恢复其水溶性，使分子链束膜从钻屑表面脱附而进入钻井液体系，降低处理剂损耗。
4 聚合醇钻井液性能评价
聚合醇钻井液的醇浊点效应能有效封堵黏土层片之间的缝隙，同时改变滤液性质来降低滤液活性，降低泥页岩水敏性。正电聚醇钻井液中的多元聚合稳定剂和乳液大分子在页岩上吸附包被，阻止或延缓水分子与粘土表面接触; K+ 利于降低粘土水化能，改善粘土晶格结构，增强稳定性，形成具有比普通正电醇更好防塌效果。
4.1 聚合醇钻井液常规性能
大庆油田使用的正电聚醇钻井液体系典型配方为: 3%膨润土+ 2%正电聚醇+0.3%HF-PS(高分子絮凝剂)+1%降粘降滤失剂+ 3%正电护壁剂。
经测定，该聚合醇钻井液常规性能为：密度1.05 g/cm3，黏度45 s，API 失水4.7 mL，塑性黏度21mPa·s，动切力5 Pa，初切力2Pa，终切力6Pa，pH值7.5，性能符合水平井钻井要求。
4.2 聚合醇钻井液抑制性能
(1)岩屑回收率。为了测试聚合醇钻井液抑制岩屑水化分散的能力。将嫩江组易坍塌层段的岩屑样品过6~10目筛，称取50g ，置于装有350ml钻井液的不锈钢高温罐中，在100℃下连续热滚16h 后，冷却高温罐，将滚动后的岩样过40目筛。筛余在105℃下烘干，冷却后测其回收质量，求出回收率。回收率按下式计算:
R=m2/m1×100%
式中: R—岩屑的回收率，无量纲;m1—滚动实验前岩屑的质量，g; m2— 滚动实验后岩屑的质量，g。
经测定正电聚醇钻井液的页岩回收率达到85.4% ，表明正电聚醇钻井液对所钻遇的泥岩水化分散的抑制性较强。
(2)页岩浸泡线性膨胀量实验。将嫩江组易坍塌层段的岩屑样品，磨成干粉，过100筛。在压力机上加压4.0M Pa 并保持5min制得实验岩心。然后将岩心分别浸泡在清水和各种水基钻井液中，使用页岩膨胀性测试仪测定页岩的24h线性膨胀量。试验结果如下图1所示：
人工合成岩心样品在聚合醇钻井液体系中刚开始阶段膨胀速度比较快，但经过24h 后，其线性膨胀值仅为1.33mm，表明聚合醇钻井液体系有较强的抑制泥页岩水化膨胀的性能。
5 结束语
目前水平井使用的水基钻井液能满足施工需要。在钻井施工过程中，钻井液与工程技术联系更加紧密，要打好水平井，从设计开始，如井眼轨迹、井身结构、钻具组合，直至施工中各个环节，如排量、固控设备、动力钻具等，都与钻井液使用效果相关。因此水平井钻井更加强调各专业的协调配合，把安全放在重要位置。
聚合醇钻井液抑制性比较突出，该钻井液体系能够有效的抑制易坍塌层段泥岩水化分散，防止泥岩膨胀剥落，能够满足长水平段水平井钻井施工对井壁稳定的需要。——论文作者：袁西望
