延长油田水平井钻井液优化与应用

李伟， 张文哲， 邓都都， 李红梅， 王涛， 王波， 王骁男， 李丹阳

延长油田水平井钻井液优化与应用

李伟1， 张文哲1， 邓都都2， 李红梅1， 王涛1， 王波1， 王骁男3， 李丹阳4

（1.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，西安710075；2.北京探矿工程研究所，北京 100083；3.中国地质大学（北京），北京100083；4.中国石油塔里木油田公司开发事业部，新疆库尔勒市 841000)

李伟，张文哲，邓都都，等，延长油田水平井钻井液优化与应用[J].钻井液与完井液， 2017， 34（2）：75-78.

LI Wei1， ZHANG Wenzhe1，DENG Dudu， et al.Optimization and application of horizontal drilling fluid in Yanchang oilfield[J].Drilling Fluid & Completion Fluid， 2017， 34（2）：75-78.

延长油田水平井现用KPAM聚合物钻井液体系存在着抑制性能不足、流变性能不佳等问题，导致现场卡钻、托压等问题频繁发生。提出用阳离子乳液聚合物DS-301与RHJ-1乳化石蜡取代原体系中的KPAM和水基润滑剂，以改善钻井液性能。DS-301为大分子阳离子聚合物抑制剂，带有大量的阳离子基团，其分子量可以达到600万以上，能够有效提高连续相的黏度；RHJ-1具有优良的润滑防塌性能，能辅助提高DS-301的化学抑制效果。通过室内实验优选，0.3%DS-301与2.0%RHJ-1复配的阳离子乳液聚合物钻井液体系在100 ℃老化16 h后塑性黏度为25 mPa·s，动切力为12.5 Pa，润滑系数为0.233，高温高压泥饼黏滞系数为0.052 4，滚动回收率高达92.8%，对比KPAM聚合物体系在流变性能和抑制性能上有了明显的提高，有利于大幅度减少了卡钻问题的发生；通过配合加入1%极压减摩剂JM-1，润滑系数进一步降低到了0.137，有效地提高了钻井液的润滑性能，解决了水平段出现的托压问题。现场试验3口井，在水平钻进井段控制钻井液滤失量在5 mL以下，保持动塑比在0.48 Pa/（mPa·s）左右，提高钻井液携岩性能，保持井壁的稳定，现场施工作业顺利。

水平井；阳离子乳液聚合物钻井液；乳化石蜡；极压减摩剂；延长油田

延长油田拥有资源面积1 977 km2，探明含油面积3 414.6 km2，探明地质储量15.78亿t，目前采出程度约4.7%，采收率10%～11%。薛平1井作为延长低渗油藏水平井成功开发的里程碑[1]，为延长油田大力发展水平井开发技术提供了很好的成功经验。自2011年开始推广应用水平井技术，新钻水平井16口，2013年～2014年新钻水平井154口井，取得了较好的增储上产效果。近年来，延长油田开发的主力储层为延长组长6、长7地层，占总数的40%；水平段的长度主要集中在500～1 000 m，占总数的75%。现阶段水平井均采用二开井身结构，长裸眼钻造斜段与水平段。水平井钻井液主要采用聚合物钻井液体系和KCl聚磺钻井液体系，在现场应用中存在有泥岩段坍塌掉块、水平段携岩性能不好、滑动钻进时托压问题较为严重，给钻井液处理维护带来困难。提出用阳离子乳液聚合物DS-301与RHJ-1乳化石蜡来取代原体系中的主要大分子聚合物来改善其性能

1 主要技术难点

1）延长水平井普遍采用二开井身结构，二开直井段固井后直接长裸眼钻造斜段和水平段，水平段一般500～1 000 m，部分大位移井水平段更长，对钻井液润滑性能要求很高。

2）浅层大位移水平井定向造斜段造斜率高，斜井段滑动钻进，钻井液携带岩屑能力不足，极容易形成岩屑床，导致井下事故[2]。

3）侏罗系安定组、直罗组砂泥岩地层易发生严重的井壁垮塌，对直罗组地层进行了全矿物分析和黏土矿物分析，结果表明泥岩组分中伊/蒙间层含量达49%，该类泥岩水敏性较强，在钻井液长期浸泡下容易因水化膨胀不均匀导致井壁垮塌。

4）PDC钻头在下部地层造斜率和复合增斜率低，滑动施工效率低。水平井造斜点一般为1 800～2 000 m，造斜层位在富县组、延安组，地层可钻性差，工具面不稳定，滑动增斜率低，托压现象严重。

5）老区块由于注水井的影响，“漏侵同存”井普遍存在，压井难度大。上部地层承压能力普遍较低，压井安全密度窗口不好把握，增加了压井难度。

2 钻井液体系优化

阳离子乳液聚合物钻井液体系在新疆、鄂尔多斯、江苏等区块的应用已经取得了非常好的效果，其主剂是阳离子乳液聚合物DS-301和乳化石蜡RHJ-1[3-7]。DS-301为大分子阳离子聚合物抑制剂，带有大量的阳离子基团，分子量为600万～1 100万，能有效提高连续相的黏度，RHJ-1具有优良的润滑防塌性能，能有效改善水基钻井液连续相的性能，还能辅助提高DS-301的化学抑制能力。因此选用阳离子乳液聚合物DS-301代替KPAM，进一步提高钻井液的抑制性和携岩能力，选用乳化石蜡RHJ-1替换水基润滑剂，提高钻井液的润滑性能，采用抗高温聚合物降滤失剂RHPT-1进一步提高钻井液降滤失能力。

2.1 阳离子乳液聚合物钻井液配方优选

设计RHPT-1的加量为0.5%，DS-301加量为0.2%～0.3%，RHJ-1加量为1.0%～2.0%。选用以下配方对DS-301和RHJ-1对钻井液性能的影响进行了评价，结果见表1。

4%膨润土+0.2%Na2CO3+1.5%无荧光防塌剂+ 0.5%RHPT-1。

表1表明，DS-301加量从0.2%增大到0.3%，钻井液动切力与动塑比有了明显提高；老化前后整体的流变性能没有明显的变化，体系的稳定性较好。综合考虑，选择DS-301的加量为0.3%。从表1还可以看出，加入RHJ-1后钻井液润滑性能有了很大提升，RHJ-1加量为2.0%时，高温（100 ℃）高压下的泥饼黏滞系数为0.052 4，满足要求；润滑系数最低为0.233，还有待提高。因此，引入了极压减摩剂JM-1。JM-1能够大幅度提高钻井液的润滑性能，当其加量为0.1%时，润滑系数进一步降低到了0.137，如表2所示。

实验选取靖边区块中165-1井延长组长6地层岩屑（井深为1 890 m），在100 ℃，16 h条件下做滚动回收率实验，结果见表1。可以看出，提高DS-301与RHJ-1乳化石蜡的加量，有助于提高钻井液的抑制性能，体现了阳离子乳液聚合物的化学抑制效果。最终优选出的阳离子乳液聚合物钻井液配方如下。

表1 DS-301和RHJ-1加量对钻井液性能的影响（100 ℃、16 h）

4%膨润土+0.2%Na2CO3+0.5%RHPT-1+1.0%JM-1 +2.0%RHJ-1+0.3%DS-301+1.5%无荧光防塌剂

表2 加入JM-1后钻井液润滑系数变化

2.2 与KPAM聚合物钻井液性能综合对比

与现场普遍采用的KPAM聚合物钻井液体系的性能进行了对比，实验结果见表3。对比表1中0.3%DS-301和2.0%RHJ-1时的钻井液性能与表3的实验结果，阳离子乳液聚合物钻井液性能明显优于KPAM聚合物钻井液体系。表3中钻井液具体配方如下。

4%膨润土+0.2%Na2CO3+0.4%KPAM+1.5%聚合物降滤失剂COP-HFL+2%水基润滑剂+1.5%无荧光防塌剂

表3 现场普遍采用KPAM聚合物钻井液性能（100 ℃、16 h）

3 现场钻井液处理维护措施

2015年在延长油田完成了罗平16、西平15和蒲平22井3口水平井的现场试验，其中蒲平22井完钻井深2 110 m，水平段长965 m，西平15井完钻井深2 800 m，水平段长832 m，罗平16井完钻井深3 500 m，水平段长830 m。从应用结果来看，该体系携岩能力强，抑制性能和润滑性能良好，能够满足施工的技术要求。现以具有代表性的罗平16井为例，介绍该钻井液的现场处理维护情况。

罗平16井位于陕西省定边县南部，钻遇地层主要为第四系、白垩系、侏罗系、三叠系延长组，钻进过程中未出现复杂事故，而邻井大量出现井壁垮塌和托压等问题。罗平16井在二开的平均机械钻速为125.2 m/d，同区块5口井的二开机械钻速均未达到100 m/d，整体二开钻速提升25%以上。

现场在钻进至造斜段时，为了减少掉块，加入1%的无荧光防塌剂，封堵岩层裂隙并保持井壁稳定；加入0.2% DS-301，保持钻井液的动塑比在0.3～0.5 Pa/（mPa·s），保证钻井液有较好的携岩性能；在延长组长6与长7交界面上有一段几米厚的油页岩，钻遇该段前50 m注意提高钻井液的密度到设计上限，以平衡地层压力，提高无荧光防塌剂与RHJ-1的加量，以改善泥饼质量，造斜段性能稳定，未出现井壁垮塌和大量的掉块。水平段钻进时，以补充胶液为主，通过补充DS-301增加钻井液的悬浮携带能力，调整钻井液的黏度在20 mPa·s左右，动切力在10 Pa左右，防止岩屑床的形成；通过补充降滤失剂RHPT-1，保持现场滤失量在5 mL以下，防止井壁坍塌；现场通过加入极压减摩剂JM-1，将泥饼黏滞系数控制在0.069 9以下，水平段未出现托压问题。

3口试验井在实际钻井过程中，钻井液处理得当，整体性能优良，现场均没有出现过卡钻、掉块等复杂事故，完井时间都居于各个工区的领先水平。整体来看阳离子乳液聚合物体系在该地区应用效果良好，具体各个试验井水平段钻井液性能见表4。

表4 3口试验井水平段钻井液性能

4 结论与建议

1.延长油田造斜段与水平段钻井过程中井壁失稳的主要原因是部分地层泥页岩水化严重，钻井液抑制性能不足，导致岩石脆裂。采用具有良好抑制能力和封堵能力的钻井液是预防和减少该地区井壁失稳的重要措施。

2.水平段提高钻井液切力与动塑比，能够有效地提高钻井液携带岩屑的能力，减少岩屑床的形成；降低钻井液的滤失量，有利于形成薄且韧的泥饼，减少井下钻杆压差卡钻的发生。

3.通过室内实验，形成了阳离子乳液聚合物钻井液配方，评价结果表明，该体系具有良好的流变性能和抑制性能，能够有效抑制泥页岩的水化膨胀。该体系润滑性能较好，通过加入极压减摩剂JM-1能够减少钻井过程中出现的托压问题。

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Optimization and Application of Horizontal Drilling Fluid in Yanchang Oilfeld

LI Wei1, ZHANG Wenzhe1,DENG Dudu2,LI Hongmei1, WANG Tao1, WANG Bo1, WANG Xiaonan3, LI Danyang4
(1. Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Ltd., Xi’an, Shaanxi 710075; 2.Beijing Insititute of Exploration Engineering, Beijing 100083; 3.China University of Geosciences, Beijing 100083; 4.Development Department of Oil and Gas Engineering, PetroChina Tarim Oilfeld Division, Korla, Xinjiang 841000)

The KPAM polymer drilling fuid presently used in horizontal drilling in Yanchang Oilfeld has low inhibitive capacity and poor rheology, resulting in frequent pipe sticking and inability to exert weight on bit during drilling. To improve the performance of the KPAM polymer drilling fuid, a cationic emulsion polymer DS-301 and a emulsifed paraffn RHJ-1 have been used to replace the main polymers used. DS-301 is a high molecular weight (more than 6,000,000) cationic polymer inhibitor with multiple cationic groups, and is thus able to effectively viscosify the continuous phase of the drilling fuid. RHJ-1 has superior lubricating and inhibitive capacities, synergistically working with DS-301 to enhance the chemical inhibitive capacity of the drilling fuid. Based on laboratory experiments, a drilling fuid formulation containing 0.3% DS-301 and 2.0% RHJ-1 was selected. The new drilling fuid formulation, after hot rolling for 16 h at 100 ℃, had plastic viscosity (PV) of 25 mPa·s, yield point (YP) of 12.5 Pa, coeffcient of friction of 0.233, and percent recovery of shale cuttings of 92.8%, better than KPAM polymer drilling fuid in rheology and inhibitive capacity. Pipe sticking has been greatly mitigated since the use of this new drilling fuid. 1% extreme pressure lubricant JM-1 was added in the drilling fuid to improve its lubricating performance and solve the problem of being unable to exert weight on bit in horizontal drilling, and the coeffcient of friction was further reduced to 0.137. In feld application, the fltration rates of the drilling fuid in three wells were controlled below5 mL, and the ratios of YP/PV at about 0.48 Pa/(mPa·s). Cuttings carrying capacity of the drilling fuid was improved, and borehole wall stabilized. No downhole troubles have ever been encountered during drilling, and higher ROP was achieved.

Horizontal well; Cationic emulsion polymer drilling fuid; Emulsion paraffn; Extreme pressure lubricant;Yanchang oilfeld

TE254.3

A

1001-5620（2017）02-0075-04

2016-12-9；HGF=1605F8；编辑 付玥颖）

10.3969/j.issn.1001-5620.2017.02.013

陕西延长石油（集团）有限责任公司项目“延长东部浅层油藏水平井开发技术研究与应用（水平井钻井液技术研究与应用）”（YT1114SFW0102）。

李伟，高级工程师，硕士，现在从事钻采工艺技术研究工作。E-mail：liwei-xian@sohu.com。