石蜡纳米乳液钻井液技术在水平井中的应用

  石蜡纳米乳液在江苏油田各区块探井及定向井（尤其是探井）中应用都取得了较好的效果，由于石蜡纳米乳液和有机硅醇防塌剂的荧光级别低，满足地质录井要求，减少了地质循环时间。江苏油田地处水网地带，过去水平井采用原油作为润滑剂，环境污染严重，应用石蜡纳米乳液在 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。同时，在水平井中，石蜡纳米乳液还能很好地保护油气层，避免水平井长裸眼的油层井段因浸泡时间长而被损害。因此，石蜡纳米乳液具有很好的应用前景。

 

  1 石蜡纳米乳液配套钻井液及作用机理1）石蜡纳米乳液配套钻井液包括以下几种 ：

 

  ①阳离子乳液钻井液（1#配方）具有很强的抑制性、较好的润滑性能、流变性能和触变性，能满足三垛组地层及易造浆地层的需要，且该钻井液对固相含量、固控设备及钻井液维护的要求均较高。为保证钻井液稳定，要求钻井液 pH 值控制在 8.5～10 范围内。但在现场应用中，前期的滤失量控制较困难，中后期随药品浓度的增加，钻井液的动切力、初终切力均有所下降，不易调整。②复合金属离子 - 阳离子乳液聚合物钻井液（2#配方）以 PMCA-2 作为主处理剂，并以 DS-301 作为絮凝包被剂和抑制剂，石蜡纳米乳液作为润滑剂，克服了前期钻井液的滤失量控制难、中后期动切力不易控制的难题，且提高了膨润土容量限。③正电胶- 阳离子乳液聚合物润滑防塌钻井液（3#配方）充分应用了悬浮乳液钻井液良好的抑制润滑防塌性能，配加一定量的固体类防塌剂及封堵材料，能改善液体防塌剂的不足，增强钻井液的封堵能力并改善泥饼质量、阻止压力传递、提高井壁稳定性。同时利用有机硅醇防塌剂在井壁、岩屑及钻具表面吸附形成油膜，同石蜡纳米乳液一起起到润滑作用。在该钻井液中配加正电胶，除了能提高整个体系的抑制作用外，还能调整该钻井液的流变性能，提高钻井液的动塑比和触变性，满足水平井和大斜度井的携岩要求，解决了井眼净化、井壁稳定和润滑防卡的难题。

 

  2）石蜡纳米乳液的作用机理。①抑制黏土运移。当纳米乳液和黏土接触时，阳离子表面活性剂中起活性作用的阳离子和非离子表面活性剂的亲水基可吸附在黏土表面，中和黏土表面的负电性，排斥具有较厚水化膜的层间阳离子，而且这种吸附可使黏土表面的亲水亲油性发生改变，有时甚至反转为亲油表面。② 油膜的形成。随着温度的升高，纳米乳液在油水界面的吸附量降低，当温度升到一定程度后，乳液开始破乳，原先已经优先吸附在井壁上的乳化石蜡由于含有大量的有机质，这些有机质由于表面活性剂在储层孔隙壁上的吸附作用，以及水力和其它因素，在井底条件下容易发生聚并成带，并在井壁上形成油膜，极大地阻止水的侵入，从而降低黏土颗粒的运移，而且能够起到油层保护作用，特别是在低渗油气藏中的应用效果更为突出。③变形挤入及粒度匹配。由于纳米乳液粒度很小，很容易挤入一些纳米级的孔喉中，在孔喉中形成典型的架桥封堵，而且乳液的粒度基本与低渗和超低渗油田的一般孔隙尺寸分布相同，所以封堵更为有效。

 

  ④ 易返排。由于纳米乳液是水包油型乳状液，它不存在乳液堵塞的风险，通过返排作用能够很容易清除钻井后残余在储层的乳化液。同时由于纳米乳液的润滑性极佳，其封堵作用仅是暂时性的，和孔喉的摩擦系数较低，极易清除，不会对油层造成伤害。

 

  3）石蜡纳米乳液配套钻井液的现场维护措施。

 

  ①在三垛组地层用阳离子乳液聚合物转型时，控制钻井液的膨润土含量在 3.5%～4.5% 之间，防止膨润土含量过高，转型时发生黏度高、甚至絮凝分层的现象。转型时，可先加水稀释，降低钻井液膨润土含量，再配成浓度为0.6%～1.25% 的溶液加入，在 1～2 个循环周内转型成功。②转型成功后可加入 0.5%～0.8% 的 NH4-PAN 进行降滤失处理，在三垛组地层钻进过程中，要及时补充阳离子乳液聚合物和降滤失剂，增强钻井液抑制剂的包被性能，控制钻井液的膨润土含量，使用好固控设备，特别是提高离心机的使用效率。由于聚合物为正电性，开始时降滤失困难，可补充一定量的超细碳酸钙来改善泥饼质量。③在戴南组地层加入防塌剂 DS-302和 RHJ-1 时，要以细水长流方式加入，在罐面滴加，保证钻井液性能的稳定，防止出现黏度过高或过低的现象。在膨润土含量高时，加入 RHJ-1 会引起黏度上升，而加入 DS-302 时会引起黏度降低，所以加入方式不对，都会引起钻井液性能的不稳定。④在钻进过程中，每 100 m 可加入一定的沥青类固体防塌剂，超细碳酸钙配合有机硅醇类防塌剂使用，改善泥饼质量，同时减小黏附卡钻的几率。⑤严格控制好钻井液中阳离子聚合物的含量，过高时，会出现钻井液黏度过低、流变性能不好控制、携岩能力差、对井壁冲刷严重的问题。可以加入一定量的0.1%～0.2%复合金属离子，在水平井中改用0.2%的正电胶，可以提高钻井液的携岩能力，保证钻井液的井眼净化能力。⑥控制好钻井液中的 Ca2+，Mg2+含量，维持钻井液 pH 值为 8～10，保证钻井液性能的稳定。⑦在水平井滑动钻进过程中，尽量避免加重或加入固相类物质，防止因加入得不均匀而导致在大斜度井段的固相含量高，这样容易形成岩屑床，导致摩阻增大，使钻进困难。⑧在大斜度及水平段滑动钻进过程中，因进尺慢，保持钻井液的紊流流态更有利于携带岩屑。如遇摩阻大时应及时活动钻具或短程起下钻循环，保证岩屑床及时地破坏并被带出，必要时可用黏度大的钻井液清洗井眼。⑨在水平井段复合钻进过程中，进尺快，岩屑浓度高。因此必须调整钻井液性能，提高钻井液的动塑比，增加钻井液的黏度，保证钻井液的携岩能力。

 

  2 现场应用W 区块 W2P1 井采用正电胶混原油润滑防塌钻井液，完钻井深为 2 008 m，钻井周期为 608 h，平均机械钻速为 6.58 m/h；W2P2 井完钻井深为1 938m，钻井周期为 657 h，平均机械钻速为 6.27 m/h。

 

  2.1 W2P3井W2P3 井是悬浮乳液钻井液首次成功应用于水平井的第一口井，该井完钻井深为 2 009 m，完井周期为 437 h，平均机械钻速为 10.08 m/h，创该区陈军等：石蜡纳米乳液钻井液技术在水平井中的应用 89块钻井周期最短及平均机械钻速最快纪录。在施工过程中井壁稳定，起下钻顺利，滑动钻进过程中摩阻小、钻时快。钻井液的性能见表 1。从表 1 可以看出，随着井深的增加，钻井液的动塑比、动切力和塑性黏度都在增加，在 1 236～1 550 m 大斜度井段进入水平段之前，滑动钻进多，既要保持较好的流变性，又要维持较好的携岩能力，因此钻井液黏度维持较低，而动塑比也维持在较合理的范围，保持钻井液紊流流态更有利于携带岩屑 ；钻井液的滤失量随着井深的变化逐渐降低，但在井深 1 100 m之前的井段，钻井液的滤失量较大，控制较难 ；随着石蜡纳米乳液及有机硅醇的加入，滤失量下降很快。在进入油层时，钻井液的滤失量都控制得较低，这是因为在上部井段使用阳离子乳液聚合物，其抑制能力强、亚微米粒子含量低等原因导致滤失量难控制。随着井斜的增大和进入水平井段，逐步将乳化石蜡加量增大到 3%，有机硅醇加量增大到 2%，有利于形成良好的滤饼，降低钻井液的滤失量。

 

  表 1 W2P3 井钻井液性能井段 /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 井的一口整拖丛式井，该井完钻井深为 1 888 m，完井周期为 511 h，平均机械钻速为 7.91 m/h。该井也使用了悬浮乳液钻井液，钻井过程顺利、井下安全。在井身轨迹控制过程中变方位，调整井斜，在水平段找油层时轨迹不断调整，给井身轨迹控制带来了一定的难度，导致该井滑动钻进比例增大，更容易形成岩屑床，给井眼清洁带来难度。因此该井在大斜度井段和水平井段施工过程中，与 W2P3 井相比，钻井液的动塑比维持在较高的范围。钻井液的性能变化情况如图 1 和图2 所示。

 

  图 1 钻井液塑性黏度及动切力变化情况图 2 钻井液动塑比性能2.3 存在的问题①石蜡纳米乳液钻井液在使用过程中易起泡。

 

  且大部分为表面起泡，消泡困难。在使用过程中，前期起泡用 XPJ-Ⅱ能很好地消泡，但在后期随着乳化石蜡含量的增加，消泡困难，对仪器信号的传输带来一定的影响。②在使用过程中，上部为直井段，对润滑性能要求不高，乳化石蜡加量少，且因使用了抑制性强的DS-301，导致钻井液滤失量控制较难。

 

  3 结论与认识1. 石蜡纳米乳液钻井液在水平井应用过程中钻井液总耗量少、性能稳定、维护简单，避免了钻井液的大调整，但应在不同的井段使用不同的钻井液，并做好钻井液维护，控制好钻井液成本。

 

  2. 石蜡纳米乳液钻井液具有很好的润滑防卡和井壁稳定性，流变性易调整，满足水平井各井段井眼净化要求。该钻井液体系因其抑制性强，钻井液中的亚微米粒子含量低，能够明显提高机械钻速。

 

  3. 石蜡纳米乳液钻井液易起泡，因此还需要优选出配套的消泡剂。