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水基高效清洁钻井液技术在大位移水平井中的应用
1.立项背景
大位移水平井可以大幅提高勘探开发效果，扩大油田的有效开发面积，提高采收率，降低成本，从而带来巨大的社会和经济效益。目前世界上许多国家利用这项技术来勘探开发海上、滨海、岛屿和地面条件恶劣地区的油气田，减少建造平台、人工岛和减少钻油气井数。老油气田也可利用该井型加速油田勘探和开发，缩短产油周期，扩大泄油半径，提高单井产量和延长井的寿命；增加整个油田的产量和最终采收率，大幅节约上游投资。为了满足中国日益发展的勘探和开发需要，各油田再次大力发展水平井应用技术，特别是2005 年以后各油田水平井数量明显增加。
中国石化集团公司从上世纪80 年代末对大位移钻井进行了积极探索，完成的指标井主要有：2000年3月完成了埕北21-平1井，完钻井深4837.40 m，水平位移达到3l67.34 m，位移/垂深为1，是当时国内陆上油田完成的水平位移最大的一口井。2008年完成了金平1井，实钻位移1636m，垂深583.9m，位移/垂深达到1，是当时胜利油田位垂比最大的一口大位移井。但我国的大位移井技术与国外先进水平相比，仍存在相当大的差距，需要在这方面进一步展开攻关研究。
为了满足水平井钻井和完井全过程的各种需要，确保水平井的钻成并保护好油气层，工程和地质两方面都对水平井钻井液完井液提出了特殊要求，钻井液体系的选择需要综合考虑地层岩性、地层压力、储层特性、井身结构、钻井参数、设备条件、经济的合理性以及环境保护等因素。在钻井施工过程中,钻井液还必须解决井眼净化、井壁稳定、摩阻控制、防漏堵漏、储层保护等5 个技术难题。在钻进不同地层时，这些难题有时是共存的，有时表现的严重程度不完全相同。
从钻井液类型选择上看，大体分成油基钻井液和水基钻井液。油基钻井液主要用于最易出现井眼稳定问题的夹有裂缝性页岩的储层、易受损害的砂岩储层以及大位移或超长水平段的水平井。水基钻井液在抑制性、润滑性、保护储层等技术方面均不及油基钻井液。随着钻井液技术的发展，现已研制成功一些新型处理剂和新型水基钻井液体系，新体系很大程度地克服了原有水基钻井液的上述弱点，基本上能够满足水平井钻井的需要。目前国内实施的水平井与国外有较大的
差距，长水平段水平井对水基钻井液是一个考验，水基钻井液在技术上应早做储备，以适应发展的需要。 2.主要内容
国内的大位移钻井液体系很多，有聚合物水包油乳化钻井液体系，正电胶聚合物钻井液体系，聚合醇润滑防塌钻井液体系，硅聚纳米润滑钻井液体系，低毒性油基钻井液体系等。大位移水平井钻井液的润滑问题是钻井液成败的技术关键，如何解决钻井液体系的润滑、防塌、携岩问题是顺利实施浅层大位移水平井的关键技术，本项目从适合大位移水平井钻井液体系及工艺技术方面进行了创新研究。
钻井液体系配伍性处理剂的研选 絮凝剂的选择
由于长水平段水平井的造斜、稳斜井段、长水平段都钻遇易造浆的砂泥岩地层，钻时快，一般的钻井液钻进时，粘土会快速大量的入侵，容易造成钻井液性能变化较大；钻屑如不能包被絮凝并通过固控设备及时清除，粘土等低密度固相很快侵入钻井液中，当粘土的侵入量达到粘土的容量先后，钻井液的粘度和切力急剧升高，清洁井眼的能力急剧下降，造成粘卡等复杂情况，甚至导致卡钻事故的发生。因此如何抑制地层水化膨胀和分散、及时清除钻屑、保持钻井液性能稳定是关键。由此必须采用絮凝特性好的絮凝剂。目前普遍选择PAC141、HPAM、PAM、两性离子聚合物、天然高分子絮凝剂IND30等作为钻井液的絮凝剂，通过实验结果及该井的考虑，最终选择分子量较高的PAM、IND30作为该井的钻井液絮凝剂。
防塌降滤失剂的选择
钻井液的滤失与造壁性是钻井液的又一项重要性能。它对于松散、破碎和遇水失稳地层（如水化膨胀性地层）的井壁稳定有着重要的影响。水，作为水基钻井液的分散介质，在钻井液中以三种形式存在，即化学结合水、吸附水和自由水。在压力差的作用下，钻井液的自由水向井壁岩石的裂隙或空隙中渗透，称为钻井液滤失作用。在滤失的过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁上形成泥饼，这便是钻井液的造壁性。井壁上形成泥饼以后，渗透性减少，阻止或减慢了钻井液继续侵入地层。
针对长水平段水平井的特点，为防止长水平段疏松砂层具有较高的渗透能
力，钻井过程中在一定液柱压差的作用下，极易形成虚厚的泥饼，有时会使井眼缩径，起下钻遇阻遇卡，甚至造成井下复杂或事故，同时，质量较差的泥饼使钻进的摩阻增加，影响滑动钻进，造成常规钻井无法进行。保持钻井液低失水及优质的泥饼，由此对防塌剂应有特殊的要求。目前油田普遍采用的防塌剂有：硅甲基防塌降滤失剂SFY-0001、聚合醇防塌剂、防塌降滤失剂SD-201、防塌降滤失剂KFT、磺化酚醛树脂SMP-1、防塌降滤失剂JS-3等。我们以现场上部地层形成的钻井液为基浆，通过下述实验结果，我们最终选择降滤失效果好、又不提粘、较为经济的磺化酚醛树脂SMP-1、SD-201作为防塌降滤失剂。
图1 防塌降滤失剂优选
流变性调整剂的选择
针对长水平段水平井的特点，不但要求钻井液具有良好的防塌能力，更应具有良好的携岩性能。在保证钻井液合理流变性的基础上提高钻井液的护胶、造壁能力，配合高排量、工程短起下钻，以达到悬浮携带钻屑、清洁井眼的目的；通过室内试验流型调节剂选择：硅氟稀释剂SF-1、XC。 润滑剂研选实验
大位移井的井斜大、水平位移大、增斜稳斜段长，在钻井及其它作业中，摩擦阻力升高，扭矩增大，因此钻井液必须具有良好的润滑性能，防止粘附卡钻事故的发生，确保钻井完井作业的顺利施工。为解决这一大难题，我们对以下润滑剂进行研选。
（1）BH-1高效润滑剂的研制
经过室内研究,合成了一种润滑剂BH-1,较其它常用润滑剂具有润滑效果好、配伍性强、无荧光、加量少，不提粘、提切的特性。
用膨润土浆做基浆，图2列出了BH-1不同加量条件下的润滑系数及体系的性能：
图2 BH-1不同加量对体系性能及的润滑性的影响
从实验看出：随润滑剂加量增加，润滑系数和粘附系数下降明显，当其含量超过4%时，润滑系数和粘附系数变化不明显，其最佳加量不低于4%时，其润滑效果最好。
（2）BH-1与其它润滑剂润滑性能对比
图3列出了BH-1润滑剂与其它常用润滑剂的对比情况，同等条件加量下，BH-1润滑剂起润滑系数降低率和粘附系数降低率相对较好。
图3 BH-1润滑剂与其它润滑剂的对比