高性能仿油基钻井液在L26-PX井的应用

时间：2024-07-28

崔磊，董明，石昌森，郭金玉，李艳军，李英武

（大庆钻探工程公司钻井二公司，黑龙江大庆 163413）

大庆油田的致密油资源含量丰富，钻进过程中井壁失稳事故多发，严重影响了勘探开发效率。为提高井壁稳定效果，减少井塌、卡钻等事故，最初采用油基钻井液，但面对高成本、高污染、难处理等难题，只能研究综合性能优异的水基钻井液替代油基钻井液。L26-PX井是龙虎泡区块一口致密油水平井，设计井深超过4000m，水平段超过2000m，给水基钻井液性能研究提出了新挑战。因此，对该井的地质特点和钻井难点进行分析，研究出一套综合性能优异的高性能仿油基钻井液，施工中实行钻井液分段维护处理原则，最终钻至设计井深，二开平均机械钻速大于9m/h。该井的顺利完钻为致密油水平井安全高效钻进提供了经验，具有广阔应用前景[1]。

1 L26-PX井地质特点分析

L26-PX 井位于松辽盆地北部大庆长垣以西古龙凹陷，该区块致密油资源储备较丰富，目的层为青山口组二三段，从上到目的层钻遇层位依次为嫩二段、嫩一段、姚二三段、姚一段、青二三段。其中嫩江组二段为大段深灰、灰黑色泥岩夹灰黑色含介形虫泥岩，嫩江组一段为灰黑色泥岩、灰黑、深灰色泥岩与灰色粉砂岩；姚家组二三段和姚家组一段为灰色泥岩、绿灰色泥岩和粉砂质泥岩；青山口组二三段为绿灰色泥岩、粉砂质泥岩，灰黑、黑灰色泥岩。

对该区块邻井地层取样岩芯分析可知：①嫩江组层位岩芯粘土矿物组分以蒙脱石为主，遇水极易发生水化分散与膨胀，清水滚动回收率为0，清水体积膨胀率超过25%；②姚家组地层岩芯主要含有伊利石和伊蒙混层，并且岩芯中含有较多的裂缝，清水滚动回收率小于10%，清水中的体积膨胀率在18%左右；③青山口组地层岩芯主要以伊利石和伊蒙混层为主，在清水的滚动回收率大于90%，线性膨胀率小于5%，同时，青山口组地层页理、微裂缝发育，裂缝宽度多为微米级[2]。

2 L26-PX井钻井施工难点分析

通过对L26-PX 井的地质情况分析，该井在钻井施工过程中存在以下难点：

（1）嫩江组地层容易发生泥岩水化分散，导致钻井液性能增稠恶化，同时，还容易发生井径缩小，引起起下钻困难；

（2）姚家组和青山口组地层水化分散性较嫩江组弱，但由于地层中含有较多微裂缝，在压差作用下，钻井液滤失量容易进入深部地层，引起井壁发生剥落或坍塌；同时，在压力传递作用下，容易使底层裂缝发生“水力尖劈”作用，进而发生更为严重的井壁失稳事故；

（3）水平段设计超过2000m，在钻井后期，随着钻具与井壁接触面积增大，摩阻和扭矩会逐步变大，更容易发生钻具粘卡；

（4）长水平段水平井需要钻井液具有良好的井眼净化能力，以保障井底岩屑能够及时返排出井口，否则极易引起岩屑床堆积和沉砂卡钻，给钻井周期和施工进度带来影响[3]。

3 钻井液对策研究及性能评价

根据以上分析，L26-PX井钻进中要求钻井液具有以下特点：①良好抑制性。提高钻井液抑制性，减小泥岩地层水化分散和膨胀趋势，特别是降低嫩江组缩径、造浆的复杂情况；②较强封堵能力。提高钻井液对姚家组和青山口组层位的封堵防塌能力，减少剥落、掉块和井塌事故的发生；③良好润滑性。长水段水平井技术是非常规油气资源增储的核心技术，较长的造斜段和水平段要求钻井液具有良好的润滑性，否则极易引起起下钻遇阻、套管难下入等问题[4]。

钻井液体系优选分子量在2000～4000之间的胺基抑制剂提高钻井液抑制性，处理剂中含有的特殊小分子官能团进入到粘土层间，使粘土层结合在一起而降低粘土水化分散趋势；优选聚合多元醇提高钻井液封堵性能，利用聚合醇在井底高温条件下析出的胶体颗粒封堵裂缝；优选环保型液体润滑剂提高润滑性。在优选这三种主处理剂基础上，开展钻井液配方研究，最终形成一套高性能仿油基钻井液体系。

钻井液常规性能评价实验结果如表1所示，钻井液在加重至1.62g/cm3时，120℃老化前后性能稳定、波动较小，API 滤失量都小于3mL，动塑比较高，具有良好井眼净化能力。同时，该体系对嫩江组、姚家组、青山口组岩芯的滚动回收率均大于90%，表明钻井液具有较强的抑制性；老化前后，极压润滑系数分别为0.11和0.10。表明钻井液体系具有良好的润滑性，能够满足长水平段水平井施工需求。

表1 钻井液基本性能数据表

4 现场维护及施工效果分析

4.1 钻井液维护原则

为提高钻井过程中地层的井壁稳定性，二开过程中分井段实行分段维护处理原则，以保证钻井液对不同地层的稳定效果[5]。

（1）直井段。直井段依次钻遇层位嫩二、一段地层，钻井液维护以低固相、强抑制为原则。将降滤失剂和防塌剂配制成胶液预水化，在罐面保持补充0.5%包被剂、0.5%粘土稳定剂、0.5%胺基抑制剂和3%聚合醇，控制钻井液pH在8～9之间。

（2）造斜段。造斜段钻遇嫩一段、姚二三段和青二三段，钻井液维护以强抑制、强封堵、高润滑为原则。通过补加降滤失剂胶液降低钻井液滤失量，滤失量控制小于3mL；同时，提高泥饼质量以加强对近井壁地带的封堵作用，控制钻井液动塑比大于0.35，含砂量在0.3%以内。

（3）水平段。水平段全部在青二三段地层中钻进，钻井液维护以高润滑、高切力为维护处理原则。钻井液中的总体液体润滑剂加量不低于5%，在水平段最后1000m，固体润滑剂加量不低于1%；同时，为减少地层大块剥落的井塌风险，严格控制钻井液滤失量控制小于2mL；适时补充流型调节剂，保持钻井液动塑比不低于0.4，并及时按照工程措施进行短起下作业，保持较大排量循环，将井底沉砂及时返排至地面。

4.2 现场施工效果

L26-PX井全井施工过程中，直井段钻进时钻井液流变性稳定，振动筛上返出岩屑规则成型，未出现剥落掉块或异常岩性；造斜井段钻井液性能稳定，固相控制较好，返砂正常，无拖压现象；在进入水平段以后，加强对青山口组地层的封堵性，改善泥饼质量，没有发生任何的井壁失稳事故，短起下钻无阻卡等情况。顺利完钻至设计井深，水平段长达到2033m，水平段机械钻速超过5.5m/h。