渤海油田大位移井钻井液提速技术

（中海油田服务股份有限公司，天津 300459）

摘 要：渤海油田浅层大位移井居多，具有垂深浅、高水垂比、稳斜角大等特点，面临浅层地质疏松、摩阻较大、易坍塌、水化起泥球等问题。水基钻井液通过引入环保润滑剂、NaCl、逐级拟合封堵剂、流型调节剂、环保型包被剂等钻井液处理剂构建多元协同体系。对作业应用的钻井液体系配方、性能和应用情况进行对比提升，满足大位移井施工对低摩阻扭矩、强化井眼稳定、高井眼清洁度、活度平衡抑制等技术的要求。

关键词：浅层大位移；环保润滑剂；逐级拟合封堵；多元协同体系；井眼稳定；井眼清洁；活度平衡抑制

随着渤海油田持续深入开发，为增强采油平台可控油开采面积，大位移井作业逐年增加，在各个油田均有分布。为了减少摩阻和扭矩，超长大位移井通常采用润滑性好的油基和合成基钻井液。近10年来，世界上70%以上大位移井钻井作业是由油基/合成基钻井液钻成的，并且所有水平位移在5000m以上的大位移井均是用油基/合成基钻井液钻成的[1]。出于环保钻进可行性考虑，油基泥浆应用较少，并且考虑渤海油田以浅层大位移井为主，普遍位移2500m-4000m左右，水垂比2.0-3.0之间，通过对水基钻井液性能进行优化调整基本可以满足作业要求。

1. 渤海大位移井作业概况

中部区块2012年开启了大位移井批钻作业，59H井水垂比最大值2.25；北部区块2015年大位移井作业逐步常规化，37P井水垂比提升至2.37；西部区块2019年作业难度进一步提升，30H井水垂比2.92，水平位移3117m接近极限大位移；南部区块2018年作业水平位移普遍大于3000m，最大位移3935m。

通过多年的积累提升，对钻井液添加剂进行改进，引入提切降滤失剂PF-VIF提升携带性能以减少短起下频率、环保型包被抑制剂PF-BIO CAP提升钻井液过筛性使一级固控处理能力最大可满足12.25”井眼4000l/min排量下120目筛布使用、高效润滑剂RT 101降低摩阻为钻井及下套管作业提供保障、钻井液体系抑制剂优选以降低活度、封堵剂性能提升配合逐级拟合填充剂增强井壁稳定性。渤海大位移井作业不断优化提速，机械钻速稳步提升，从中部区块的39m/h，上升到北部区块的66m/h，最后西部地区提升至75m/h。建井周期从初期的23天降至15天提效35%，由初期每钻进300m-500m短起下一次提升至两趟钻完钻；60-80°井斜钻进采用马达钻具滑动调整轨迹，最深钻至3100m保障时效的前提下减少了对旋转导向钻具的依赖；下套管期间降低摩阻系数至0.25以下（见图1），水垂比2.3以内的井下9-5/8”套管取消漂浮接箍的应用，水垂比2.8以上的井避免旋转下9-5/8”套管。

图 1

2 井眼清洁

研究表明，注入具有很强悬浮、携带岩屑能力的特殊流体段塞是清扫井下岩屑床的有效方法之一。中部区块59H井作业期间上部井段携砂较差大量岩屑堆积于井眼低边处形成岩屑床，钻进及划眼修正井壁期间频繁憋抬钻具，严重时处理单柱憋卡情况耗费2-5小时。为保障井下钻具安全对钻井液性能进行大范围调整，期间固控设备全开并运转良好，保持钻井液固相含量位于最低值，用新配置胶液大量置换钻井液以降低粘度10-15s。保持循环冲刷井壁12小时后，通过添加PF-XC H、PF-PAC HV，使粘度回升至降粘前，观察振动筛处返出，低粘循环钻进期间返砂无明显改善，粘度回升后返砂量逐渐增多直至铺满筛面，并持续5小时，同期监测井内ECD值下降0.02g/cm3，充分说明该种手段的有效性。但是大范围调整耗时长、费用高，不具备频繁操作空间。主要还得通过稳定的流变性提升携砂能力以达到清洁井眼。不论是紊流还是层流，提高钻井液粘度均有助于携砂。但粘度过高会导致泵压高，环空压耗增加导致ECD升高，起下钻、下套管期间激动压力过大会影响井壁稳定。钻井液紊流较层流易于携带岩屑，可减少岩屑床的形成，大位移井普遍井深且井眼大，难于有效实现。环空返速一定时，调整钻井液流型是井眼清洁的关键。12-1/4”井眼钻进期间环空返速低钻井液呈现层流状态，若动塑比过低，会形成尖峰型层流；若动塑比过高，动切力的增加会引起泵压升高。所以通过调整钻井液流变性参数，使其保持较高的动塑比可形成平板型层流，可有效改善钻井液的携砂能力。通过对59H、37P、30P三口井流变性及动塑比对比，通过流型调节剂PF-VIF、PF-BIOVIS的引入粘度控制逐渐由55s降低至48s左右；动塑比由0.48提升至0.65。

低粘高切泥浆提供良好的携砂性，59H井每钻进400m进行一次倒划眼短起下，每钻进800m需倒划眼短起至上层套管鞋，完钻后起钻期间频繁憋抬钻具。37P井每钻进600m短起一次，且每次短起至老井眼即可，全程未发生憋抬钻具起下钻顺利；30P井一趟钻钻进至中完，单趟进尺2000m。

现场振动筛返砂表明，低剪切速率下φ3、φ6较高的钻井液能够减少岩屑的垂直沉降，可以有效降低岩屑床的形成以改善井眼清洁状况。降低粘度提升动塑比的同时保持φ3值在8-10、φ6值在9-13，这主要通过多种流型调节剂的协同效应，有效改善了钻井液携砂能力，减少井下憋卡状况的发生，同时井下钻具监测ECD相对值降低0.03g/cm3。倒划眼长度的减少、倒划眼作业的顺利进行，极大地提升了钻井时效，保障油田高效的开发。

3 井壁加固润滑

如果在钻井液中加入优质的随钻封堵材料，其中的刚性颗粒粒径能够刚好和裂缝的宽度相匹配，在裂缝处架桥形成填塞层，可有效减少滤液对地层的侵入。此处的填塞层和钻井液中的聚合物在钻井的过程中形成滤饼，此时的滤饼能够有效地抵挡钻井液入侵地层。结合邱正松教授等提出的“四元协同”防塌基本理论。通过实验对比（见表1）我们对封堵剂不断进行适应性调整，引入逐级拟合填充剂PF-HTC进行物化封堵；PF-LSF(H)与PF-LPF(H)复配使用增强封堵性；12%NaCl降低滤液活度0.824使其接近地层活度减缓滤液向地层渗透速率；PF-RT 101的加入降低钻进扭矩保障井下钻具安全，下套管期间减少摩阻系数。

实验配方

1#： 3%海水膨润土浆+0.3%NaOH+0.3% Na2CO3+0.6%PF-PAC LV+1%PF-FLO TROL+1%PF-VIF+2%PF-LSF(H)+12% NaCl+0.8%PF-BIO CAP

2#：3%海水膨润土浆+0.3%NaOH+0.3% Na2CO3+0.6%PF-PAC LV+1%PF-FLO TROL+1%PF-VIF+1%PF-LSF(H)+1%PF-LPF(H)+5%PF-HTC+12% NaCl+0.8%PF-BIO CAP

3#：3%海水膨润土浆+0.3%NaOH+0.3% Na2CO3+0.6%PF-PAC LV+1%PF-FLO TROL+1%PF-VIF+1%PF-LSF(H)+1%PF-LPF(H)+5%PF-HTC+1%PF-RT 101+12% NaCl+0.8%PF-BIO CAP

表1 各配方性能表

通过（表1）对比可知，泥饼的常压失水、高温高压失水、泥饼粘滞系数3#>2#>1#；同等作业情况下固相控制的优劣决定着一口井钻井液处理的成功与否，优质膨润土的添加与保留可以形成良好的泥饼。通过PF-LPF(H)、PF-HTC复配增强封堵性使泥饼质量更加致密，有助于降低泥饼粘滞系数，高效润滑剂PF-RT 101的加入对钻井液的流变性影响较小，强力吸附于钻杆上形成钻柱与井壁边界膜，滚后泥饼的粘滞系数逐渐降低，润滑性更好。

高效润滑剂PF-RT 101对降低摩阻起到非常好的效果，加量在0.5-1%左右作用直观且持续作用时间长，无需持续补充消耗。扭矩降低幅度最大达到6kN·m。完钻后长起前加入RT-101对于降低下套管阻卡风险起到了至关重要的作用。塑料大球的加入与套管扶正器标准范围内取最大值，减少套管与井壁接触面积由滑动摩擦转为滚动摩擦，最大限度避免干摩擦降低磨阻系数。为今后大位移井作业提供更多选择。

4  结论与建议

优良的固相控制是一口井钻井液处理成功的关键，流体段塞是清扫井下岩屑床的有效方法之一，但大范围调整耗时长、费用高，不具备频繁操作空间。环空返速一定时，建议优先通过流型调节剂提升动塑比，将环空调整至平板层流可加强井眼净化。随钻封堵材料中的刚性颗粒于裂缝处架桥形成填塞层，配合钻井液中的聚合物在钻井的过程中形成的滤饼能够有效地抵挡滤液对地层入侵，物化封堵与活度控制协同可达到良好的稳定井壁效果。高效润滑剂在钻柱与井壁间形成边界膜，结合塑料大球、套管扶正器使滑动摩擦向滚动摩擦转换，是大位移井下套管到位的保证。

参考文献

[1] 宋玉玲,董丽娟，李占武，等 . 国外大位移井钻井技术发展现状[J]. 钻采工艺，1998， 21（5）：4-8.

[2] Ahmed R M，Takach N E， Savitri M. Experimental Study on Fiber Sweeps in Horizontal and Highly Deviated Configurations[J]. SPE 120644，2009.

[3] Duprist F E． Fracture closure stress (FCS) and lost returns practices［Ｒ］． SPE 92192，2005．

[4]  王贵，蒲晓林． 提高地层承压能力的钻井液堵漏作用机理［J］．石油学报，2010，31(6):1009 － 1012．泥页岩在钻进过程中易发生井壁失稳等复杂问题

[5] 邱正松， 徐加放， 吕开河，等 .“多元协同”稳定井壁新理论[J]. 石油学报，2007， 28（2）：117-119.

       来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>