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地?zé)徙@井

石蠟納米乳液鉆井液技術(shù)在水平井中的應(yīng)用

  石蠟納米乳液在江蘇油田各區(qū)塊探井及定向井（尤其是探井）中應(yīng)用都取得了較好的效果
，由于石蠟納米乳液和有機(jī)硅醇防塌劑的熒光級(jí)別低，滿足地質(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(rùn)滑劑
，環(huán)境污染嚴(yán)重，應(yīng)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(hù)油氣層，避免水平井長(zhǎng)裸眼的油層井段因浸泡時(shí)間長(zhǎng)而被損害
。因此
，石蠟納米乳液具有很好的應(yīng)用前景。
 
  1 石蠟納米乳液配套鉆井液及作用機(jī)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(qiáng)的抑制性
、較好的潤(rùn)滑性能
、流變性能和觸變性，能滿足三垛組地層及易造漿地層的需要
，且該鉆井液對(duì)固相含量
、固控設(shè)備及鉆井液維護(hù)的要求均較高。為保證鉆井液穩(wěn)定
，要求鉆井液 pH 值控制在 8.5～10 范圍內(nèi)
。但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)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(diào)整
。②復(fù)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(rùn)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(rùn)土容量限
。③正電膠- 陽(yáng)離子乳液聚合物潤(rùn)滑防塌鉆井液（3#配方）充分應(yīng)用了懸浮乳液鉆井液良好的抑制潤(rùn)滑防塌性能
，配加一定量的固體類防塌劑及封堵材料，能改善液體防塌劑的不足
，增強(qiáng)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(wěn)定性
。同時(shí)利用有機(jī)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(rùn)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(diào)整該鉆井液的流變性能
，提高鉆井液的動(dòng)塑比和觸變性
，滿足水平井和大斜度井的攜巖要求，解決了井眼凈化
、井壁穩(wěn)定和潤(rùn)滑防卡的難題
。
 
  2）石蠟納米乳液的作用機(jī)理。①抑制黏土運(yùn)移
。當(dāng)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(fù)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(zhuǎn)為親油表面
。② 油膜的形成
。隨著溫度的升高，納米乳液在油水界面的吸附量降低
，當(dāng)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(jī)質(zhì)
，這些有機(jī)質(zhì)由于表面活性劑在儲(chǔ)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(yùn)移
，而且能夠起到油層保護(hù)作用
，特別是在低滲油氣藏中的應(yīng)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(jí)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(xiǎn)，通過(guò)返排作用能夠很容易清除鉆井后殘余在儲(chǔ)層的乳化液
。同時(shí)由于納米乳液的潤(rùn)滑性極佳
，其封堵作用僅是暫時(shí)性的，和孔喉的摩擦系數(shù)較低
，極易清除
，不會(huì)對(duì)油層造成傷害。
 
  3）石蠟納米乳液配套鉆井液的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)措施
。
 
  ①在三垛組地層用陽(yáng)離子乳液聚合物轉(zhuǎn)型時(shí)
，控制鉆井液的膨潤(rùn)土含量在 3.5%～4.5% 之間，防止膨潤(rùn)土含量過(guò)高
，轉(zhuǎn)型時(shí)發(fā)生黏度高
、甚至絮凝分層的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)型時(shí)
，可先加水稀釋
，降低鉆井液膨潤(rùn)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(nèi)轉(zhuǎn)型成功
。②轉(zhuǎn)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(bǔ)充陽(yáng)離子乳液聚合物和降濾失劑
，增強(qiáng)鉆井液抑制劑的包被性能，控制鉆井液的膨潤(rùn)土含量
，使用好固控設(shè)備
，特別是提高離心機(jī)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(bǔ)充一定量的超細(xì)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(xì)水長(zhǎng)流方式加入
，在罐面滴加
，保證鉆井液性能的穩(wěn)定，防止出現(xiàn)黏度過(guò)高或過(guò)低的現(xiàn)象
。在膨潤(rùn)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(duì)
，都會(huì)引起鉆井液性能的不穩(wěn)定。④在鉆進(jìn)過(guò)程中
，每 100 m 可加入一定的瀝青類固體防塌劑
，超細(xì)碳酸鈣配合有機(jī)硅醇類防塌劑使用，改善泥餅質(zhì)量
，同時(shí)減小黏附卡鉆的幾率
。⑤嚴(yán)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(xiàn)鉆井液黏度過(guò)低
、流變性能不好控制、攜巖能力差
、對(duì)井壁沖刷嚴(yán)重的問(wèn)題
。可以加入一定量的0.1%～0.2%復(fù)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(wěn)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物質(zhì)
，防止因加入得不均勻而導(dǎo)致在大斜度井段的固相含量高
，這樣容易形成巖屑床，導(dǎo)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(yīng)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(fù)合鉆進(jìn)過(guò)程中
，進(jìn)尺快，巖屑濃度高
。因此必須調(diào)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(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用W 區(qū)塊 W2P1 井采用正電膠混原油潤(rùn)滑防塌鉆井液
，完鉆井深為 2 008 m
，鉆井周期為 608 h，平均機(jī)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(jī)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(yīng)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(jī)械鉆速為 10.08 m/h
，創(chuàng)該區(qū)陳軍等：石蠟納米乳液鉆井液技術(shù)在水平井中的應(yīng)用 89塊鉆井周期最短及平均機(jī)械鉆速最快紀(jì)錄。在施工過(guò)程中井壁穩(wěn)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
；隨著石蠟納米乳液及有機(jī)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?yàn)樵谏喜烤问褂藐?yáng)離子乳液聚合物，其抑制能力強(qiáng)
、亞微米粒子含量低等原因?qū)е聻V失量難控制
。隨著井斜的增大和進(jìn)入水平井段，逐步將乳化石蠟加量增大到 3%
，有機(jī)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(jī)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(diào)整井斜
，在水平段找油層時(shí)軌跡不斷調(diào)整
，給井身軌跡控制帶來(lái)了一定的難度，導(dǎo)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，但在后期隨著乳化石蠟含量的增加
，消泡困難
，對(duì)儀器信號(hào)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(duì)潤(rùn)滑性能要求不高
，乳化石蠟加量少，且因使用了抑制性強(qiáng)的DS-301
，導(dǎo)致鉆井液濾失量控制較難
。
 
  3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)1. 石蠟納米乳液鉆井液在水平井應(yīng)用過(guò)程中鉆井液總耗量少、性能穩(wěn)定
、維護(hù)簡(jiǎn)單
，避免了鉆井液的大調(diào)整，但應(yīng)在不同的井段使用不同的鉆井液
，并做好鉆井液維護(hù)，控制好鉆井液成本
。
 
  2. 石蠟納米乳液鉆井液具有很好的潤(rùn)滑防卡和井壁穩(wěn)定性
，流變性易調(diào)整，滿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(qiáng)
，鉆井液中的亞微米粒子含量低，能夠明顯提高機(jī)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。