伊拉克米桑Fauqi油田水平井造斜段钻井液技术

陈建新， 赵振书， 李广环， 侯士立， 董殿彬， 王孝琴， 王倩

伊拉克米桑Fauqi油田水平井造斜段钻井液技术

陈建新， 赵振书， 李广环， 侯士立， 董殿彬， 王孝琴， 王倩

（中国石油集团渤海钻探泥浆技术服务分公司，天津 300280）

陈建新，赵振书，李广环，等.伊拉克米桑Fauqi油田水平井造斜段钻井液技术[J].钻井液与完井液，2017，34（2）：70-74.

CHEN Jianxin，ZHAO Zhenshu，LI Guanghuan，et al.Drilling fluid technology for angle build section of horizontal wells in Iraq Missan Fauqi Oilfield[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2017，34（2）：70-74.

Fauqi油田水平井的造斜和稳斜井段一般在3 350～4 480 m，该井段属于白垩系，主要由灰岩、泥岩及页岩组成，地层岩性易发生垮塌，长期开采造成压力系数低，施工过程中又易发生井壁坍塌、黏附卡钻和井漏等复杂事故。针对该地层的特点，FQCS**井采用BZ-KSM钻井液体系。现场施工中，在BZ-KSM钻井液中引入了 BZ-YRH, 对改进钻井液流变性能,防止岩屑床形成起到了明显的作用；加入了BZ-YFT、纳米封堵剂及硅酸盐等处理剂, 对提高钻井液的防塌抑制性能、防止钻屑分散具有明显的作用；由于地层易漏易塌，在五开直井段钻进过程中钻井液密度维持在1.22～1.28 g/cm3之间，起钻换定向钻具前再将密度提高到1.35 g/cm3。应用结果表明，该钻井液充分利用了K+离子的抑制作用、硅酸盐的聚结封堵效果及高分子量聚合物的降滤失作用等，解决了抑制与分散、井壁垮塌与岩屑携带的问题，保证了施工井的顺利完成。

水平井；KCl-聚合物钻井液；井壁稳定；抑制性；润滑性；造斜段；伊拉克米桑油田

伊拉克米桑Fauqi油田水平井的造斜段和水平段处于白垩系，其中MB1 以下层位Jeribe至Jaddala层位为页岩和泥灰岩，下部为灰岩，孔隙度大，裂缝发育，地层通透性强，地层承压能力差，易发生漏失；Kirkuk灰岩井段易漏失，Kirkuk底部泥页岩易垮塌和泥包；下部地层Aaliji、Shiranish、Hartha为纯灰岩；MB11、MB12为灰岩，地层压力低，易漏失。位于Fauqi油田的FQCS**井是渤海钻探在该油田承钻的第1口水平井。在该井造斜段和水平段使用了BZ-KSM钻井液，实际完钻井深5 078 m，水平段1 360 m，无事故复杂，为今后该区块水平井的开发提供了宝贵经验[1-3]。

1 地质工程简况

FQCS**井为六开水平井，其中造斜点在井深3 380 m处，稳斜点在井深4 400 m处，最大井斜角为89.00°，水平位移为1 360 m。井身结构及套管尺寸见表1。FQCS**井自井深3 000 m开始地层岩性分为白云岩、生物灰岩、泥页岩。其中夹杂多段油层，易造成泥包钻头、卡钻、井漏、井塌等井下复杂情况。造斜及水平段的地层岩性、压力系数以及存在风险情况如表2所示。

表1 FQCS**井井身结构及套管尺寸

表2 FQCS**井地层岩性及压力系数

2 造斜段施工过程

2.1 五开前钻井液配制

五开直井段采用BH-KSM强抑制钻井液体系，斜井段、水平段额外加入润滑剂。硅酸钠在水中可以形成不同大小的颗粒，这些颗粒通过吸附、扩散等途径结合到井壁上，封堵地层孔喉与裂缝，进而减缓滤液向井壁内部的渗入，起到很好的防漏作用[4-6]。钻井液性能见表3，基本配方如下。

清水+（0.1%～0.2%）Na2CO3+（0.2%～0.4%）NaOH+（0.2%～0.4%）BYJ-1+（1%～2%）BZ-YRH+（1%～2%）造壁处理剂BZ-YFT+0.5%抗高温降滤失剂BZ-WFD+（1%～2%）造壁处理剂SAS+（5%～7%）KCl+（5%～8%）NaCl+（1%～2%）硅酸盐+重晶石

表3 BH-KSM强抑制钻井液的基本性能

2.2 五开直井段维护措施（2 960～3 380 m）

1）开钻前调整好钻井液性能,在套管内充分循环1～2周，性能稳定、均匀后开钻，控制黏度在50～60 s、密度为1.22 g/cm3、排量小于1.4 m3/min。

2） 钻进过程中，通过加入胶液方式维护钻井液性能，提高钻井液的封堵防塌能力，加入BZ-YFT控制钻井液的滤失量，使滤失量在进入页岩井段小于4 mL；及时补充KCl和NaCl，提高钻井液抑制防塌能力。胶液配方如下。

清水+（0.2%～0.4%）NaOH+（0.2%～0.4%）BYJ-1+（1%～2%）BZ-YRH+（1%～2%）BZYFT+0.5%BZ-WFD+（1%～2%）SAS+（5%～7%）KCl+（5%～8%）NaCl

3）从开钻就添加0.5%的随钻堵漏剂（单向压力封闭剂），及时封堵细小裂缝及孔隙，防止渗漏导致井漏。进入Upper地层（3 019 m）后随钻堵漏剂加量增加到1%，直到井深3 200 m。工程控制泵压和机械钻速，留充足时间使钻井液及时对漏层进行封堵，防止井漏发生。

4）穿过Upper和 Kirkuk漏层（3 019～3 250 m），泵入配制好的堵漏浆（配方为：井浆+5% BZ-SPA+2%果壳（细）+（1%～2%）云母（细）+ 2%单向压力封闭剂+0.5% BZ-XCD），起钻至套管底部。使用配好的高密度钻井液加重，逐步提高钻井液密度到1.30 g/cm3。循环均匀，核实是否存在漏失，如果没有漏失则下钻到底，循环替出堵漏钻井液，循环均匀，继续钻进。

5）在井深3 300 m提高钻井液密度为1.34～1.35 g/cm3，准备起钻换钻具。起钻前短期测后效，看是否还需要再提高密度。起钻换定向仪器下钻。

6）使除砂器和除泥器24 h运转，控制含砂量不大于0.3%，每班开启离心机不少于3 h，控制劣质固相含量。

2.3 造斜段钻井液维护及难点措施

水平井段钻井施工难度大，钻井液应具备低滤失量、良好的润滑性能、较强的悬浮携砂能力和较好的防塌性，同时做好固相含量控制工作。大斜度和水平段岩屑不易携带，容易出现岩屑床，主要采用维护好的钻井液，尽可能大排量钻进，勤做短程起下钻来满足携砂要求。整个定向和水平段施工过程中，要保证井眼轨迹平滑。

2.3.1 控制岩屑床形成

斜井段岩屑上返过程中因自身重力而下沉，FQCS**井斜井段岩屑以灰岩为主，密度较大，容易形成岩屑床；井斜角在45°～65°间岩屑床易滑落，可能造成憋泵、堵塞井眼。为减少岩屑形成采取的主要措施有：①保证钻井液的携砂能力，动塑比达到0.45 Pa/（mPa×s）；②保证钻井液固相含量、含砂量最低，根据钻进情况间断性开启离心机，振动筛使用孔径小于0.125 mm的筛布；③钻进中每钻完1个单根至少划眼1遍，消除台阶，以确保井壁光滑、井眼通畅。④施工中活动钻具应以上提下放为主，增大活动范围，至少超过1根钻杆，可利用钻具接箍破坏岩屑床。该井段钻井液性能见表4。

2.3.2 控制井塌

Jaddala和Aali地层泥页岩水敏性强，易垮塌。钻井液处理过程中要做到以下几点。

1）采用近平衡钻井，提高钻井液密度，加强液柱压力支撑作用，防止力学失稳。在钻至井深3 400 m起钻换定向钻具前，将钻井液密度提高至1.35 g/cm3，进入Aaliji（垂深为3 530 m）地层将钻井液密度逐步提高至1.36 g/cm3；Sadi地层（垂深为3 670 m）和Tanuma地层含泥质灰岩和页岩，也是事故易发地层，进入Sadi前控制钻井液密度为1.37 g/cm3，黏度为80～85 s，进一步稳固钻井液抑制性和防塌性能；进入Khasib（3 870 m）地层，控制钻井液密度为1.36～1.37 g/cm3，至中途完钻。

表4 FQCS**井斜井段钻井液基本性能

2）强抑制性钻井液。Tanuma和Khasib地层岩性为灰岩夹泥页岩，存在水化膨胀问题，加剧力学失稳。保持钻井液中KCl含量为7%～8%，NaCl含量为10%～15%，提高矿化度，从而降低水活度，减少泥页岩的水化膨胀作用；保持BZ-YRH含量为1%～2%，增强抑制泥页岩作用。从造斜点以后，钻井液的黏土线膨胀率为12%～18%，说明钻井液抑制性强，各种处理剂的含量相对稳定。考察了3 400 m处井浆黏土的膨胀性，结果见表5。由表5可知，虽然随着井深增加，井浆滤液的黏土膨胀率不断增加，但与蒸馏水的黏土膨胀率相比，膨胀率降低了43.82%～60.12%，说明该钻井液对地层岩屑起到了强抑制作用，防止了地层黏土膨胀造成的缩径和井塌问题。

表5 FQCS**井不同深度井浆滤液的黏土膨胀率

3）加强屏蔽封堵，提高造壁能力。由于地层泥页岩易引起地层坍塌，在钻井过程中尽量降低滤失量（见表4），改变渗入水的性质。依据屏蔽封堵原理选用各种处理剂封堵地层， 减少滤液进入，控制薄而韧的滤饼， 提高防塌造壁能力。在钻井液日常维护中加入2%细目碳酸钙、（2%～3%）SAS、（1%～2%）BZ-YFT、（2%～3%）纳米封堵剂，形成好的泥饼，控制API滤失量小于3 mL，高温高压滤失量小于8 mL，提高钻井液的封堵防塌能力。在配浆中加入（7%～8%）KCl+（10%～15%）NaCl+（3%～5%）硅酸钠，提高钻井液的抑制性。

2.3.3 摩阻控制

钻井过程中分别加入1%～2%的BZ-YRH和BZ-YFT，严格控制钻井液高温高压动态和静态滤饼厚度， 减少钻具嵌入泥饼时的包角， 改善钻井液的造壁性， 强化滤饼质量， 增强滤饼的抗剪切性，消除或降低液柱压差作用，减小钻具嵌入滤饼中的深度，提高钻井液自身的润滑性，其性能见表6。

表6 水平段钻井液摩阻测试

2.3.4 控制泥包

井深3 706～3 741 m为Sadi地层岩性为纯棕红色泥岩，极易黏附于钻头表层，造成钻头泥包现象。该井钻进到此地层发生瞬间无进尺，排除其他因素后判断为钻头泥包。之后连续换4个PDC钻头，仍是钻头泥包，无进尺。最后换成牙轮钻头，用小钻压将此段泥岩钻穿。起钻后PDC和牙轮钻头泥包情况见图1。针对此次钻头泥包情况进行了总结，防范措施如下。①增加润滑剂加量，使钻屑不易黏附到钻头上；加大钻井液中聚合物含量，控制滤失量，提高泥饼质量；保持KCl和NaCl含量为（5%～8%），以维持钻井液抑制性，减少泥页岩的水化分散；每班开启离心机2～3 h，控制钻井液黏度小于90 s、动切力小于21 Pa，及时清除劣质固相。②工程方面应首先做好钻头的选型工作，钻头水眼、流道设计应利于排屑，对于该次钻头使用效果，牙轮钻头应该是最佳选择，而水眼选择，在泵压允许范围内应以小水眼为首选，以便对井底增加冲击力；其次，应尽量采用低钻压(1.0～2.0 t)、高转速（120～130 h/min）、大排量（1.4～1.6 m3/min）；操作要精细，送钻加压要均匀。

图1 不同钻头的泥包情况

2.4 中途完钻措施

1）电测措施。钻完进尺，充分循环，用10～15 m3黏度大于150 s的稠浆洗井，循环至振动筛干净。起钻到套管鞋，下钻探底，如果不到底，用15 m3黏度大于150 s的稠浆洗井，循环至振动筛干净，起钻换常规钻具通井。起钻进套管前要控制速度，采用连续注入钻井液方式。如果起下钻不通畅要采取小排量、小钻压划眼，直到起下钻通畅，注入提前准备好的40 m3润滑封闭浆，起钻电测。润滑封闭浆配方：井浆+2%SAS+2% BZ-YFT+2%BZ-YRH+2%极压润滑剂，密度要比井浆高0.01 g/cm3。

2）固井措施。电测后通井，将井内润滑封闭浆收回单独泥浆罐，井内钻井液性能不做大的调整，充分循环至振动筛干净，将回收的润滑封闭钻井液适当调整后替入井内，然后起钻准备下尾管。下尾管到底后循环1周，调整钻井液性能满足固井要求。

3）测声幅。测声幅起钻前，用密度为1.40 g/ cm3加重稠塞扫井眼，防止井内的铁屑和大的水泥块未带出井眼，损坏电测仪器。

3 应用效果

3.1 电测井径图

五开造斜段井斜角达到89°。测井仪器靠自身所受重力前进，在下部时基本是躺在下井壁上往下走，如果井壁润滑性不够好，就会造成遇阻。所以电测前注入密度为1.37 g/cm3的润滑封闭浆，封闭裸眼井段，确保电测顺利到底。电测得到井径数据见图2。由图2可知，由于前期钻井液密度低，不能平衡地层压力而造成井壁不规则，而井深3 400 m以后，通过提高钻井液密度到1.35 g/cm3，滤失量降低到2.4 mL以内，井径变得非常规则，其扩大率平均为4.6%，完全符合设计需要。

图2 FQCS**井五开电测井径

3.2 定向井轨迹

五开完全按照设计轨迹施工，造斜点为3 380 m处，中途完钻斜深为4 455.71 m，垂深为4 000 m，最大井斜为89.00°，造斜率为2.66°/30 m，水平位移为760 m。整段施工过程中无“大肚子”，无严重“狗腿子”，其轨迹为平滑抛物线，确保了井队起下钻通畅，电测顺利等。五开井眼轨迹见图3。

图3 FQCS**井五开、六开井眼轨迹

4 结论

1.伊拉克米桑Fauqi区块水平井使用的BHKSM钻井液体系滤失量得到了控制，增强了润滑防卡性能， 具有一定的抗污染能力和油气层保护能力， 防止了井漏和井塌，满足了钻井施工的要求。

2.在上部直井段强调强抑制、防止钻屑分散、加强固相控制的方法， 有利于大斜度井段、水平井段钻井液性能的调整。

3.在钻井液中引入BZ-YRH，对改进钻井液的流变性能，防止岩屑床形成起到了明显的作用。通过加入BZ-YFT、纳米封堵剂及硅酸盐等处理剂，对水平井钻井液的防塌抑制性能、防止钻屑分散具有明显的作用。

4.由于五开直井段易漏易塌，故此，钻进过程中钻井液密度维持在1.22～1.28 g/cm3之间，直井段钻完起钻换定向钻具前将密度提高到1.35 g/cm3，防止由于井底压力不平衡造成井塌事故。

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Drilling Fluid Technology for Angle Build Section of Horizontal Wells in Iraq Missan Fauqi Oilfeld

CHEN Jianxin, ZHAO Zhenshu, LI Guanghuan, HOU Shili, DONG Dianbin, WANG Xiaoqin, WANG Qian (Drilling Fluid Technology Services of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited, Tianjin 300280)

In horizontal drilling in the Fauqi oilfeld, the angle build and hold sections are generally at depths between 3 350 – 4 480 m, the Cretaceous system, which mainly composed of limestone, mudstone and shale. Long time of hydrocarbon development has resulted in low formation pressure. During drilling, borehole collapse, differential pressure pipe sticking and lost circulation have been encountered frequently. Based on the formation characteristics, a BZ-KSM drilling fuid was used in drilling the well FQCS**. To improve the rheology of the drilling fuid and to prevent the formation of cuttings beds, an additive BZ-YRH was introduced into BZ-KSM. BZ-YFT, a nano plugging agent and a silicate were used to improve the inhibitive capacity of the drilling fuid. To avoid lost circulation, mud density was maintained between 1.22 g/cm3and 1.28 g/cm3in the 5th interval. Prior to POOH to change to directional drilling tool, the mud density was increased to 1.35 g/cm3. Field application has shown that this drilling fuid had good inhibitive and plugging capacity, as well as superior fltration control performance and rheology. Downhole problems such as shale dispersion, borehole instability and diffculties in cuttings carrying have been greatly mitigated, ensuring the success of the drilling operation.

Horizontal well; KCl-polymer drilling fuid; Borehole stabilization; Inhibitive capacity; Lubricity; Building up section; Missan oilfeld in Iraq

TE254.3

A

1001-5620（2017）02-0070-05

2016-11-01；HGF=1604C4；编辑 王超）

10.3969/j.issn.1001-5620.2017.02.012

陈建新，工程师，1981年生，毕业于昆明理工大学过程装备与控制工程专业，现在从事钻井液技术现场服务工作。电话 15022157904；E-mail：411858714@qq.com。