適合小井眼水平井的水基鉆井液體系研究

趙玲 董江潔

摘? ? ? 要：通過分析小井眼水平井鉆井液的技術特點，并結合處理劑的優選實驗，研制一套適合小井眼水平井的水基鉆井液體系，并對其綜合性能進行了評價。結果表明：該鉆井液體系具有良好的流變性能、濾失性能和耐溫性能，經過150 ℃老化后，體系的黏度和切力變化不大，濾失量較小;體系具有良好的抑制性，對巖屑的滾動回收率可以達到90%以上;體系還具有良好的潤滑性和抗污染性能，在體系中加入不同質量濃度的鹽和巖屑后，體系的性能仍能保持穩定;另外，使用鉆井液體系污染后的巖心，滲透率恢復值可以達到75%以上，而切除污染端面0.5 cm后，其滲透率恢復值可以達到95%以上，說明鉆井液體系具有良好的儲層保護性能，能夠滿足小井眼水平井鉆井施工的要求。

關? 鍵? 詞：小井眼;水平井;鉆井液;抑制性;儲層保護

中圖分類號：TE254.3? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）11-2519-04

Study on Water-based Drilling Fluid System Suitable

For Slim Hole Horizontal Wells

ZHAO Ling1， DONG Jiang-jie2

（1. Karamay Drilling Company of CNPC West Drilling Corporation， Karamay 834008， China;

2. The First Gas Production Plant of PetroChina Xinjiang Oilfield Company， Karamay 834000， China）

Abstract： A water-based drilling fluid system suitable for slim hole horizontal wells was developed by analyzing the technical characteristics of the drilling fluid and combining with the optimization experiment of treating agent， and its comprehensive performance was evaluated. The results showed that the drilling fluid system had good rheological properties， filtration and temperature resistance. After aging at 150℃， the viscosity and shear force of the system changed little， and the filter loss? was small; the system had good inhibition， and the rolling recovery rate of rock cuttings was more than 90%; the system also had good lubricity and pollution resistance， and after adding different mass concentrations of salt and cuttings to the system， the performance of the system still remained stable. In addition， the permeability recovery value of the core polluted by the drilling fluid system was more than 75%，and the permeability recovery value was more than 95% after 0.5 cm of the contaminated end face was removed， which showed that the drilling fluid system had good reservoir protection performance and met the requirements of drilling construction of small horizontal well.

Key words： Slim hole; Horizontal well; Drilling fluid; Inhibition; Reservoir protection

小井眼鉆井技術最早始于20世紀40年代，經歷了不同的發展階段后，逐漸形成了比較成熟完善的鉆完井理論。中國的小井眼鉆井技術從20世紀70年代開始逐漸發展，起初主要用于老油田增產改造時進行側鉆開窗，后期逐漸發展至在淺層油藏、低滲油藏以及深井鉆井中進行應用[1-3]。

鉆井液技術作為小井眼鉆井施工過程中的重要一環，其性能好壞對小井眼鉆井施工的影響起到了至關重要的作用[4-7]。小井眼鉆井由于具有井眼尺寸小、環空間隙小等特點，要求在鉆井過程中必須控制好環空壓耗，要求小井眼鉆井液體系必須具有良好的攜巖能力、良好的潤滑性以及儲層保護效? ? 果[8-12]。因此，在分析了小井眼水平井鉆井液技術特點的基礎上，筆者通過大量室內實驗，研究出了一套適合小井眼水平井的水基鉆井液體系，并在室內評價了其流變性、濾失性、抗溫性、抑制性、潤滑性、抗污染性能以及儲層保護性能，以期為小井眼水平井鉆井的安全高效施工提供一定的技術支持。

1? 小井眼水平井鉆井液技術特點

1）鉆井液應具有較低的固相含量。與常規井眼相比，小井眼的循環壓力大多損失在環空中，如果在小井眼鉆井液中加入過多的固相物質，勢必會增大鉆井液體系在環空中的流動阻力，從而造成鉆井液的當量循環密度過大，容易引發井漏和井壁垮塌等復雜事故。

2）鉆井液應具有良好的流變性。由于小井眼水平井的環空間隙較小，而鉆井液的上返速度則較高，在此條件下，鉆井液不需要特別高的黏度就可以達到攜巖的要求，因此，控制好鉆井液的流變性可以有效降低環空壓降，避免井壁失穩的出現。

3）鉆井液應具有較低的濾失量。如果鉆井液體系的濾失量較高，會使小井眼井壁附近的地層被鉆井液濾液浸泡，容易引起地層垮塌、剝落，還可能引起鉆頭泥包堵塞鉆頭水眼，從而影響鉆井速度。

4）鉆井液應具有良好的抑制性和潤滑性。由于小井眼鉆井時環空流速通常較高，鉆井液對井壁的沖刷作用較強，在此情況下，要求小井眼鉆井液體系必須具有更好的抑制性，以降低地層水化膨脹分散對鉆井液性能影響;另外，小井眼環空間隙較小，使鉆井過程中鉆具粘卡現象的發生幾率增大，因此要求小井眼鉆井液體系必須具有良好的潤滑行，以降低鉆具與井壁之間的摩擦阻力。

2? 主要處理劑優選及體系配方確定

2.1? 增黏劑加量優選

室內對適合小井眼水平井水基鉆井液體系的增黏劑ZNJ-3加量進行了優選評價，在基漿中加入不同加量的ZNJ-3，在常溫下測定其黏度變化情況?；鶟{配方：水+0.2%NaOH+0.15%Na2CO3+3%降濾失劑HFT-1，實驗結果見表1。

由表1結果可知，隨著增黏劑ZNJ-3加量的增大，體系黏度逐漸增大，當其加量為0.3%時，體系具有良好的表觀黏度、塑性黏度和動切力，再繼續增大其加量，體系黏度則提升太高。因此，綜合考慮經濟成本等因素，選擇增黏劑ZNJ-3的加量為0.3%為最佳。

2.2? 抑制劑優選

室內采用離心法對適合小井眼水平井水基鉆井液體系的抑制劑進行了優選評價，實驗使用目標區塊鉆屑，經過粉碎后過篩，抑制劑加量均為2%，實驗結果見圖1。

由圖1結果可知，抑制劑HEM-4的防膨效果最好，當其加量為2%時對目標區塊儲層鉆屑的防膨率可以達到90%以上，因此，選擇HEM-4作為小井眼水平井鉆井液體系的抑制劑。

2.3? 潤滑劑優選

室內使用極壓潤滑儀對適合小井眼水平井水基鉆井液體系的潤滑劑進行了優選評價，基漿配方為：水+0.2% NaOH+0.15% Na2CO3+0.3%增黏劑ZNJ-3 +3% 降濾失劑HFT-1+2%抑制劑HEM-4，潤滑劑加量均為1.5%，實驗結果見圖2。

由圖2結果可知，在基漿中加入不同類型的潤滑劑后，極壓潤滑系數均出現不同程度的下降現象，其中潤滑劑HLB-1的效果最好，能使極壓潤滑系數降低至0.1以下，因此選擇HLB-1作為小井眼水平井鉆井液體系的潤滑劑。

2.4? 適合小井眼水平井的水基鉆井液體系配方

通過對小井眼水平井鉆井液技術特點的分析，并結合以上主要處理劑優選實驗評價的結果，研制出一套適合小井眼水平井的水基鉆井液體系，具體配方為：水+0.2% NaOH+0.15% Na2CO3+0.3% 增黏劑ZNJ-3+3%降濾失劑HFT-1+2% 抑制劑HEM-4 +1.5% 潤滑劑HLB-1+甲酸鉀加重至1.4 g·cm-3。

3? 鉆井液體系性能評價

3.1? 流變性能及濾失性能

鉆井液流變性能及濾失造壁性能是小井眼水基鉆井液體系的基礎性能，室內使用六速旋轉黏度計、常溫常壓濾失儀和高溫高壓濾失儀測定了小井眼水基鉆井液體系的黏度和濾失量大小，實驗結果見表2。

由表2結果可知，鉆井液體系在老化前后的黏度和切力變化均不大，120 ℃老化后API濾失量為1.8 mL，而HTHP濾失量只有6.9 mL，濾失量較低，說明小井眼水平井水基鉆井液體系具有良好的流變性能和較低的濾失量，能夠滿足小井眼水平井鉆井的基本要求。

3.2? 抗溫性能

為滿足不同地層溫度對鉆井液性能的要求，需要小井眼水基鉆井液體系具有良好的抗溫性能，為此，室內評價了小井眼鉆井液體系在不同溫度下老化后的流變性能和濾失性能，實驗條件同3.1中所述，實驗結果見表3。由表3結果可知，隨著老化溫度的升高，鉆井液體系的黏度和切力有所下降，但變化幅度較小，鉆井液體系的濾失量隨溫度的升高有所增大，體系經過150 ℃老化后，API濾失量和HTHP濾失量分別為3.2 mL和9.6 mL，濾失量較小，說明小井眼水平井水基鉆井液體系具有良好的抗溫性能，能夠滿足不同地層溫度鉆井施工的需求。

3.3? 抑制性能

使用目標區塊儲層段巖屑對小井眼水平井水基鉆井液體系的抑制性能進行了評價，實驗采用滾動回收率方法，老化實驗條件為120 ℃×16 h，實驗結果見表4。

由表4結果可知，鉆井液體系對巖屑的滾動回收率可以達到90%以上，說明小井眼水平井水基鉆井液體系具有良好的抑制性能，能夠有效降低鉆井液濾液侵入地層引起的黏土水化膨脹、分散運移而導致的井壁失穩現象，提高小井眼水平井的鉆井效率。

3.4? 潤滑性能

使用極壓潤滑儀和泥餅黏附系數測定儀對小井眼水平井水基鉆井液體系的潤滑性能進行了評價，實驗結果見表5。

由表5結果可知，鉆井液體系的極壓潤滑系數小于0.09，而泥餅黏附系數則小于0.03，說明小井眼水平井水基鉆井液體系具有良好的潤滑性能，能夠有效降低鉆具與井壁之間的摩擦阻力，保障小井眼水平井鉆井施工中的安全。

3.5? 抗污染性能

室內在小井眼水平井水基鉆井液體系加入一定量的NaCl、CaCl2、MgCl2和儲層巖屑，評價鉆井液體系的抗污染能力，老化條件為120 ℃×16 h，實驗結果見表6。

由表6結果可知，鉆井液體系中分別加入5%NaCl、1.5%CaCl2、1.5%MgCl2和15%儲層巖屑后，體系的黏度和切力均無明顯變化，體系的濾失量稍微增大，但仍保持在較小的范圍內，說明小井眼水平井水基鉆井液體系具有良好的抗污染能力。

3.6? 儲層保護性能

室內按照石油天然氣行業標準《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》（SY/T 6540—2002），評價了小井眼水平井水基鉆井液體系的儲層保護效果，實驗結果見表7。

由表7結果可知，巖心使用鉆井液體系污染后，滲透率有所降低，但滲透率恢復值仍能保持在75%以上，說明鉆井液體系對巖心端面產生了一定的封堵，可以有效阻止鉆井液濾液的大量侵入;在切除巖心污染端面0.5 cm后，巖心滲透率明顯增大，滲透率恢復值可以達到95%以上，說明鉆井液的污染可以通過后期完井射孔等方式來進行解除，進一步說明小井眼水平井水基鉆井液體系具有良好的儲層保護效果。

4? 結 論

1）在分析了小井眼水平井鉆井液技術特點的基礎上，通過主要處理劑的優選評價實驗，研制出一套適合小井眼水平井的水基鉆井液體系，具體配方為：水+0.2% NaOH+0.15% Na2CO3+0.3% 增黏劑ZNJ-3+3% 降濾失劑HFT-1+2%抑制劑HEM-4 +1.5% 潤滑劑HLB-1+甲酸鉀加重至1.4 g·cm-3。

2）小井眼水平井鉆井液體系綜合性能評價結果表明，該體系具有良好的流變性能、濾失造壁性能、抗溫性能、抑制性能、潤滑性能、抗污染性能以及儲層保護效果，能夠滿足小井眼水平井鉆井施工時對鉆井液性能的要求。

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