无固相全油基微泡沫钻井液在水平钻井中的应用

迟建功

（大庆油田有限责任公司大庆钻探工程公司，黑龙江 大庆 163000）

1 概述

水平井钻井技术是20世纪80年代国际石油界迅速发展并日趋完善的一项综合性钻井配套技术[1]。随着钻井技术的不断发展，水平井钻井技术取得了长足的进步，在非常规油气藏开发过程中，水平井钻井技术应用较为频繁，有效地提升了油气产量和采收率。水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的层维持一定长度水平井段的特殊井，水平井钻井技术是常规定向井钻井技术的延伸和发展。水平井钻井工艺复杂，水平井钻井施工中摩阻扭矩大，水平段易坍塌卡钻，需要钻井液性能稳定，抑制性强、流变性稳定、润滑性好等功能，无固相全油基微泡沫钻井液具有良好的润滑效果、携岩能力强、抑制性强、良好的防腐蚀能力、油气藏保护好等优点，该钻井液体系适合于水平井钻井施工，在水平井施工中应用越来越广泛。

2 油基微泡沫作用机理

2.1 微泡沫结构

油基微泡沫结构由流体和保护性外壳两部分组成。油基微泡沫钻井液是在连续相中加入表面处理剂、聚合物处理剂，通过物理、化学方式形成的气—液体系[2]。

2.2 作用机理

2.2.1 封堵性机理

该体系在温度和压力的共同作用下，依据地层通道实际尺寸，微泡沫的形状和体积会发生变化，从而达到对不同尺寸结构的孔隙进行封堵。作用机理如下所述。

2.2.2 较低的液柱压力

由于微泡沫钻井液体系钻井液密度相对较低，进而降低了井底的静液柱压力，在一定程度上，起到了预防井塌，制止井漏的目的[3]。

2.2.3 内部压力作用

当钻井液到达井底时，微泡沫中的空气被压缩，微泡沫体积缩小，致使内部压力升高。但当钻遇衰竭地层时，微泡沫会穿过低压的孔隙，导致储存在微泡沫中的部分能量释放，微泡沫开始膨胀，直到内外压力达到平衡状态。

2.2.4 高粘度性

由于微泡沫在流动时产生界面变形而吸收能量，相互粘滞，导致流动阻力增加。在易漏地层钻井液表观粘度随剪切率降低而增加，在井底钻遇低压或裂缝地层时，剪切率降低，粘度增加，从而加剧了微泡沫的聚集，增强了防漏堵漏的效果。

3 无固相全油基微泡沫钻井液配方

无固相全油基微泡沫钻井液在保护储层方面有着不可比拟的优势。现有的无固相全油基微泡沫钻井液体系一般分为1.03～1.90g/cm3的加重钻完井液体系，如卤水氯化钙无固相、甲酸盐无固相、有机盐无固相等，以及密度在1.00～1.03g/cm3的不用加重钻完井液体系等。卤水无固相钻井液体系中含有大量的无机盐对钻采设备有极强的腐蚀性，同时导电性好影响完井后测井的数据录取质量，且该体系对环境有着不利影响。应用甲酸盐和有机盐体系提升钻井液密度，又存在体系成本高的问题。为保证钻井液性能稳定，满足水平井施工要求，最大程度保护油气层，减少钻采设备腐蚀，降低施工成本，对体系进行试验优化，最终优选出下述配方。

无固相全油基微泡沫钻井液体系包括如下重量份成分：水50～90 份、生物聚醇盐10～50 份、无荧光白沥青2～3 份、生物聚合物0.1～0.3 份、KH-931 降滤失剂1～2份、Redul降滤失剂0.5～1份、聚合醇2～3份、超细碳酸钙4～6 份、HRA-D 防水锁剂0.4～0.6 份、聚胺聚合物0.4份。

无固相全油基微泡沫钻井液体系中水和生物聚醇盐总重量为100份。

4 无固相全油基微泡沫钻井液现场应用效果

4.1 安1-H5井概况

安1-H5井是沈阳采油厂的一口三开采油水平井，位于静安堡油田安1-安97潜山断块。本井三开完井，潜山面以上采用套管完井，技术套管下到潜山面以下垂深10m处，潜山大斜度段套管固井，水平井段采用筛管完井。本井水平井段2669～3453m，水平井段长784m，钻进施工中易发生由于井眼轨迹不断调整，从而造成托压和卡钻的情况发生。在三开井段使用了无固相全油基微泡沫钻井液体系，使用井段开泵正常，电测和下套管顺利，井径比较规则，该钻井液体系满足了保护油气层、安全钻井、钻具防腐、录井及环保等各项要求。

4.2 钻井液配制

在搅拌器中加入90份的清水，边搅拌边加入无荧光白沥青（NFA-25）3份，生物聚合物（嘉吉生物工程有限公司生产的生物聚合物XC）0.1份，2份降滤失剂KH-931，1份降滤失剂Redul，聚合醇JLX-A（汉科新技术有限公司）3份，搅拌均匀后再加入10份的生物聚醇盐，搅拌均匀后形成无固相全油基微泡沫钻井液体系。

4.3 钻井液维护

4.3.1 造斜段维护

安1-H5井造斜段岩性主要是泥砂岩，地层岩性分散性强，要求钻井液体系具有良好的润滑性能，携砂性能要强，为预防卡钻事故的发生，在补充钻井液量的同时，及时补充抑制剂，控制加入速度，防止发生钻井液絮凝。造斜初期（20°左右）在钻井液中加入液体润滑剂，施工中显示摩阻不超过4t。当井斜达到30°时，调整钻井液粘度不要超过58s，使钻井液动塑比达到0.35～0.59，控制钻井液中固相含量及含砂量，为施工大斜度井段做好准备工作。在0°～45°施工时，基本上每个单根钻时控制在40min 左右，施工过程中返砂良好，钻井液抑制效果良好，返出物成形，颗粒规则。随着井斜的增大，及时补充液体润滑剂，提高钻井液润滑性，始终把摩阻控制在4t以内，在控制钻井液流变性合理的情况下，严格按照进尺加足加够药品，密切关注钻压、转数、排量、返砂量、摩阻、井眼轨迹等钻井参数及工程的变化情况，充分发挥固控设备作用，及时高效清除无用固相，防止岩屑进一步分散，保持井眼的畅通及清洁。

4.3.2 水平段维护

安1-H5 井水平段（2669～3453m）为了保护油气层，进入油层前，钻井液以三低两高为控制主线，即钻井液以低含砂量、低滤失量、低摩阻，高抑制性，高质量泥饼进行维护。钻井液中加入适量的润滑剂降、超细碳酸钙4～6份、防水锁剂0.4～0.6份、聚氨聚合物0.4份，降低钻井液滤液表面张力，减少水锁水敏对地层的损害。在保证井眼清洁、净化良好的情况下，水平井段振动筛使用率达到100%，除砂器每天开启不少于7h，在保证钻井液密度的同时，尽量使用离心机清除钻井液中的有害固相。每100m 或24h 及时补加润滑剂，保障钻井液体系中润滑剂占比，并及时关注提放显示。由于本钻井液体系抑制性强，水平段返出物成形度较好，颗粒规则，没有出现原体系返砂不成形的情况，保证了井壁稳定，防止了井壁坍塌，同时将钻井液中压失水控制在4mL 以下。安1-H5井不同井深钻井性能如表1所示。

表1 安1-H5井不同井深钻井液性能统计表

4.3.3 完井维护

钻进时充分使用固控设备清除劣质固相，改善泥饼质量。钻井液密度尽量控制在下限，适当降低压差，保持较低的滤失量，来降低泥饼的厚度。钻进作业中尽可能使用较高的转数来提高井眼扩大率。钻进后期保持钻井液性能稳定，完钻前应提前50～100m处理好钻井液的各项性能。下套管前通井到底要充分清洗井筒，严格控制钻井液粘切，完井通井起下钻要控制速度，在曲率变化大的井段，降低起下钻速度。通井到底循环不少于2个循环周，循环时排量要逐步提升，尽量避免薄弱地层因压力波动过大引发失稳，钻具始终保持缓慢活动状态，提放范围要超过5m，严禁定点循环冲蚀井壁。套管到底循环时，要求全井循环2周内控制钻井液性能符合设计中的固井指标，开启固控设备充分净化钻井液，保证井筒清洁，为固井施工做好准备。

5 结论

本体系钻井液各项性能指标达到了预期的效果，具有良好的稳定性、润滑性、防腐蚀能力、携岩能力强，储层保护效果好，保证了水平井安全优质的施工。

（1）具有良好的润滑性。水平段起下钻、接单根等附加压力小，作业施工顺利，在水平段没有应用柴油作为润滑剂，降低了钻井成本。

（2）携岩能力强。钻井液n值在0.51～0.53 之间，其值较低，具有较好的携岩能力。

（3）优良的稳定性。该钻井液体系在三开应用中，各项性能稳定，处理维护方便，保证了施工的质量和安全。

（4）良好的防腐蚀能力。三开井段使用新型甲酸盐钻完井液体系，对钻具、钻井液罐及其它设备没有明显腐蚀，可满足防腐要求。

（5）油气层保护效果好。体系中不含对储层伤害的处理剂和二价可产生沉淀堵塞的离子，最大限度地保护了储层。