石蠟納米乳液鉆井液技術(shù)在水平井中的應用

  石蠟納米乳液在江蘇油田各區塊探井及定向井（尤其是探井）中應用都取得了較好的效果，由于石蠟納米乳液和有機硅醇防塌劑的熒光級別低，滿(mǎn)足地質(zhì)錄井要求，減少了地質(zhì)循環(huán)時(shí)間。江蘇油田地處水網(wǎng)地帶，過(guò)去水平井采用原油作為潤滑劑，環(huán)境污染嚴重，應用石蠟納米乳液在 G6P3 和 G6P4井替代部分原油，在 W2P3 和 W2P4 井完全取代原油，均取得了成功。同時(shí)，在水平井中，石蠟納米乳液還能很好地保護油氣層，避免水平井長(cháng)裸眼的油層井段因浸泡時(shí)間長(cháng)而被損害。因此，石蠟納米乳液具有很好的應用前景。

 

  1 石蠟納米乳液配套鉆井液及作用機理1）石蠟納米乳液配套鉆井液包括以下幾種 ：

 

  ①陽(yáng)離子乳液鉆井液（1#配方）具有很強的抑制性、較好的潤滑性能、流變性能和觸變性，能滿(mǎn)足三垛組地層及易造漿地層的需要，且該鉆井液對固相含量、固控設備及鉆井液維護的要求均較高。為保證鉆井液穩定，要求鉆井液 pH 值控制在 8.5～10 范圍內。但在現場(chǎng)應用中，前期的濾失量控制較困難，中后期隨藥品濃度的增加，鉆井液的動(dòng)切力、初終切力均有所下降，不易調整。②復合金屬離子 - 陽(yáng)離子乳液聚合物鉆井液（2#配方）以 PMCA-2 作為主處理劑，并以 DS-301 作為絮凝包被劑和抑制劑，石蠟納米乳液作為潤滑劑，克服了前期鉆井液的濾失量控制難、中后期動(dòng)切力不易控制的難題，且提高了膨潤土容量限。③正電膠- 陽(yáng)離子乳液聚合物潤滑防塌鉆井液（3#配方）充分應用了懸浮乳液鉆井液良好的抑制潤滑防塌性能，配加一定量的固體類(lèi)防塌劑及封堵材料，能改善液體防塌劑的不足，增強鉆井液的封堵能力并改善泥餅質(zhì)量、阻止壓力傳遞、提高井壁穩定性。同時(shí)利用有機硅醇防塌劑在井壁、巖屑及鉆具表面吸附形成油膜，同石蠟納米乳液一起起到潤滑作用。在該鉆井液中配加正電膠，除了能提高整個(gè)體系的抑制作用外，還能調整該鉆井液的流變性能，提高鉆井液的動(dòng)塑比和觸變性，滿(mǎn)足水平井和大斜度井的攜巖要求，解決了井眼凈化、井壁穩定和潤滑防卡的難題。

 

  2）石蠟納米乳液的作用機理。①抑制黏土運移。當納米乳液和黏土接觸時(shí)，陽(yáng)離子表面活性劑中起活性作用的陽(yáng)離子和非離子表面活性劑的親水基可吸附在黏土表面，中和黏土表面的負電性，排斥具有較厚水化膜的層間陽(yáng)離子，而且這種吸附可使黏土表面的親水親油性發(fā)生改變，有時(shí)甚至反轉為親油表面。② 油膜的形成。隨著(zhù)溫度的升高，納米乳液在油水界面的吸附量降低，當溫度升到一定程度后，乳液開(kāi)始破乳，原先已經(jīng)優(yōu)先吸附在井壁上的乳化石蠟由于含有大量的有機質(zhì)，這些有機質(zhì)由于表面活性劑在儲層孔隙壁上的吸附作用，以及水力和其它因素，在井底條件下容易發(fā)生聚并成帶，并在井壁上形成油膜，極大地阻止水的侵入，從而降低黏土顆粒的運移，而且能夠起到油層保護作用，特別是在低滲油氣藏中的應用效果更為突出。③變形擠入及粒度匹配。由于納米乳液粒度很小，很容易擠入一些納米級的孔喉中，在孔喉中形成典型的架橋封堵，而且乳液的粒度基本與低滲和超低滲油田的一般孔隙尺寸分布相同，所以封堵更為有效。

 

  ④ 易返排。由于納米乳液是水包油型乳狀液，它不存在乳液堵塞的風(fēng)險，通過(guò)返排作用能夠很容易清除鉆井后殘余在儲層的乳化液。同時(shí)由于納米乳液的潤滑性極佳，其封堵作用僅是暫時(shí)性的，和孔喉的摩擦系數較低，極易清除，不會(huì )對油層造成傷害。

 

  3）石蠟納米乳液配套鉆井液的現場(chǎng)維護措施。

 

  ①在三垛組地層用陽(yáng)離子乳液聚合物轉型時(shí)，控制鉆井液的膨潤土含量在 3.5%～4.5% 之間，防止膨潤土含量過(guò)高，轉型時(shí)發(fā)生黏度高、甚至絮凝分層的現象。轉型時(shí)，可先加水稀釋?zhuān)档豌@井液膨潤土含量，再配成濃度為0.6%～1.25% 的溶液加入，在 1～2 個(gè)循環(huán)周內轉型成功。②轉型成功后可加入 0.5%～0.8% 的 NH4-PAN 進(jìn)行降濾失處理，在三垛組地層鉆進(jìn)過(guò)程中，要及時(shí)補充陽(yáng)離子乳液聚合物和降濾失劑，增強鉆井液抑制劑的包被性能，控制鉆井液的膨潤土含量，使用好固控設備，特別是提高離心機的使用效率。由于聚合物為正電性，開(kāi)始時(shí)降濾失困難，可補充一定量的超細碳酸鈣來(lái)改善泥餅質(zhì)量。③在戴南組地層加入防塌劑 DS-302和 RHJ-1 時(shí)，要以細水長(cháng)流方式加入，在罐面滴加，保證鉆井液性能的穩定，防止出現黏度過(guò)高或過(guò)低的現象。在膨潤土含量高時(shí)，加入 RHJ-1 會(huì )引起黏度上升，而加入 DS-302 時(shí)會(huì )引起黏度降低，所以加入方式不對，都會(huì )引起鉆井液性能的不穩定。④在鉆進(jìn)過(guò)程中，每 100 m 可加入一定的瀝青類(lèi)固體防塌劑，超細碳酸鈣配合有機硅醇類(lèi)防塌劑使用，改善泥餅質(zhì)量，同時(shí)減小黏附卡鉆的幾率。⑤嚴格控制好鉆井液中陽(yáng)離子聚合物的含量，過(guò)高時(shí)，會(huì )出現鉆井液黏度過(guò)低、流變性能不好控制、攜巖能力差、對井壁沖刷嚴重的問(wèn)題?？梢约尤胍欢康?.1%～0.2%復合金屬離子，在水平井中改用0.2%的正電膠，可以提高鉆井液的攜巖能力，保證鉆井液的井眼凈化能力。⑥控制好鉆井液中的 Ca2+，Mg2+含量，維持鉆井液 pH 值為 8～10，保證鉆井液性能的穩定。⑦在水平井滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，盡量避免加重或加入固相類(lèi)物質(zhì)，防止因加入得不均勻而導致在大斜度井段的固相含量高，這樣容易形成巖屑床，導致摩阻增大，使鉆進(jìn)困難。⑧在大斜度及水平段滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，因進(jìn)尺慢，保持鉆井液的紊流流態(tài)更有利于攜帶巖屑。如遇摩阻大時(shí)應及時(shí)活動(dòng)鉆具或短程起下鉆循環(huán)，保證巖屑床及時(shí)地破壞并被帶出，必要時(shí)可用黏度大的鉆井液清洗井眼。⑨在水平井段復合鉆進(jìn)過(guò)程中，進(jìn)尺快，巖屑濃度高。因此必須調整鉆井液性能，提高鉆井液的動(dòng)塑比，增加鉆井液的黏度，保證鉆井液的攜巖能力。

 

  2 現場(chǎng)應用W 區塊 W2P1 井采用正電膠混原油潤滑防塌鉆井液，完鉆井深為 2 008 m，鉆井周期為 608 h，平均機械鉆速為 6.58 m/h；W2P2 井完鉆井深為1 938m，鉆井周期為 657 h，平均機械鉆速為 6.27 m/h。

 

  2.1 W2P3井W2P3 井是懸浮乳液鉆井液首次成功應用于水平井的第一口井，該井完鉆井深為 2 009 m，完井周期為 437 h，平均機械鉆速為 10.08 m/h，創(chuàng )該區陳軍等：石蠟納米乳液鉆井液技術(shù)在水平井中的應用 89塊鉆井周期最短及平均機械鉆速最快紀錄。在施工過(guò)程中井壁穩定，起下鉆順利，滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中摩阻小、鉆時(shí)快。鉆井液的性能見(jiàn)表 1。從表 1 可以看出，隨著(zhù)井深的增加，鉆井液的動(dòng)塑比、動(dòng)切力和塑性黏度都在增加，在 1 236～1 550 m 大斜度井段進(jìn)入水平段之前，滑動(dòng)鉆進(jìn)多，既要保持較好的流變性，又要維持較好的攜巖能力，因此鉆井液黏度維持較低，而動(dòng)塑比也維持在較合理的范圍，保持鉆井液紊流流態(tài)更有利于攜帶巖屑 ；鉆井液的濾失量隨著(zhù)井深的變化逐漸降低，但在井深 1 100 m之前的井段，鉆井液的濾失量較大，控制較難 ；隨著(zhù)石蠟納米乳液及有機硅醇的加入，濾失量下降很快。在進(jìn)入油層時(shí)，鉆井液的濾失量都控制得較低，這是因為在上部井段使用陽(yáng)離子乳液聚合物，其抑制能力強、亞微米粒子含量低等原因導致濾失量難控制。隨著(zhù)井斜的增大和進(jìn)入水平井段，逐步將乳化石蠟加量增大到 3%，有機硅醇加量增大到 2%，有利于形成良好的濾餅，降低鉆井液的濾失量。

 

  表 1 W2P3 井鉆井液性能井段 /mρ/g/cm3FV/sPV/mPa·sYP/PaFL/mL1 100～1 300 1.11～1.14 36～45 11～12 3.07～3.58 4.8～5.61 300～1 500 1.13～1.14 40～46 16～17 4.60～7.67 4.0～4.41 500～1 600 1.15～1.16 43～46 17～18 7.15～8.08 4.0～4.01 600～1 700 1.08～1.21 42～75 17～23 6.13～10.73 3.4～4.01 700～1 800 1.11～1.20 46～74 19～22 7.67～10.22 3.6～4.01 800～1 900 1.12～1.19 47～78 19～24 9.20～10.22 3.6～4.01 900～2 009 1.03～1.22 47～75 18～22 8.69～15.33 3.2～4.02.2  W2P4井W2P4 井是 W2P3 井的一口整拖叢式井，該井完鉆井深為 1 888 m，完井周期為 511 h，平均機械鉆速為 7.91 m/h。該井也使用了懸浮乳液鉆井液，鉆井過(guò)程順利、井下安全。在井身軌跡控制過(guò)程中變方位，調整井斜，在水平段找油層時(shí)軌跡不斷調整，給井身軌跡控制帶來(lái)了一定的難度，導致該井滑動(dòng)鉆進(jìn)比例增大，更容易形成巖屑床，給井眼清潔帶來(lái)難度。因此該井在大斜度井段和水平井段施工過(guò)程中，與 W2P3 井相比，鉆井液的動(dòng)塑比維持在較高的范圍。鉆井液的性能變化情況如圖 1 和圖2 所示。

 

  圖 1 鉆井液塑性黏度及動(dòng)切力變化情況圖 2 鉆井液動(dòng)塑比性能2.3 存在的問(wèn)題①石蠟納米乳液鉆井液在使用過(guò)程中易起泡。

 

  且大部分為表面起泡，消泡困難。在使用過(guò)程中，前期起泡用 XPJ-Ⅱ能很好地消泡，但在后期隨著(zhù)乳化石蠟含量的增加，消泡困難，對儀器信號的傳輸帶來(lái)一定的影響。②在使用過(guò)程中，上部為直井段，對潤滑性能要求不高，乳化石蠟加量少，且因使用了抑制性強的DS-301，導致鉆井液濾失量控制較難。

 

  3 結論與認識1. 石蠟納米乳液鉆井液在水平井應用過(guò)程中鉆井液總耗量少、性能穩定、維護簡(jiǎn)單，避免了鉆井液的大調整，但應在不同的井段使用不同的鉆井液，并做好鉆井液維護，控制好鉆井液成本。

 

  2. 石蠟納米乳液鉆井液具有很好的潤滑防卡和井壁穩定性，流變性易調整，滿(mǎn)足水平井各井段井眼凈化要求。該鉆井液體系因其抑制性強，鉆井液中的亞微米粒子含量低，能夠明顯提高機械鉆速。

 

  3. 石蠟納米乳液鉆井液易起泡，因此還需要優(yōu)選出配套的消泡劑。