超深大位移井井壁稳定及储层保护技术与应用.pdf

第 卷第期 年 月中 国 海 上 油 气 中 海 石 油（中 国）有 限 公 司 重 大 科 技 专 项“东 海 上 产 万 吨 关 键 技 术 研 究（编 号：）”部 分 研 究 成 果。第 一 作 者 简 介：邢 希 金，男，高 级 工 程 师，年 毕 业 于 西 南 石 油 大 学，现 在 主 要 从 事 海 洋 石 油 开 发 油 田 化 学 方 面 的 设 计 与 研 究 工 作。地 址：北 京 市 朝 阳 区 太 阳 宫 南 街号 院（邮 编：）。：。文 章 编 号：?（）?：?引 用：邢 希 金，王 涛，刘 伟，等超 深 大 位 移 井 井 壁 稳 定 及 储 层 保 护 技 术 与 应 用中 国 海 上 油 气，（）：，（）：超 深 大 位 移 井 井 壁 稳 定 及 储 层 保 护 技 术 与 应 用邢 希 金，王涛刘伟崔 应 中向 兴 国（海 洋 油 气 高 效 开 发 全 国 重 点 实 验 室北 京 ；中 海 油 研 究 总 院 有 限 责 任 公 司北 京 ；中 海 石 油（中 国）有 限 公 司 上 海 分 公 司上 海 ；荆 州 市 汉 科 新 技 术 研 究 所湖 北 荆 州 ）摘要随 着 中 国 海 上 油 气 田 大 位 移 井 钻 井 作 业 越 来 越 多，超 深 大 位 移 井 钻 井 作 业 面 临 井 壁 稳 定 和 储 层 保护 双 重 挑 战。东 海 油 气 田 超 深 大 位 移 井 垂 深 更 深，存 在 大 段 泥 岩、储 层 低 孔 渗、多 压 力 系 统 并 存、工 况 复 杂 等情 况，因 此 井 壁 稳 定 和 储 层 保 护 的 难 度 大。以 该 区 域 超 深 大 位 移 井 井 为 例 开 展 油 基 钻 井 液 用 封 堵 固 壁剂 研 选，开 展 了 钻 井 作 业 参 数 分 析 及 储 层 保 护 效 果 评 价，通 过 研 究 形 成 了 井 壁 稳 定、当 量 钻 井 液 循 环 密 度（）控 制 及 低 渗 储 层 保 护 为 一 体 的 超 深 大 位 移 井 钻 井 技 术。东 海口 大 位 移 井 作 业 实 践 表 明，平 均 钻 井周 期 仅 天，钻 井 周 期 短、作 业 顺 利，降 低 了 现 场 作 业 风 险，提 升 了 该 区 块 的 油 气 田 开 发 综 合 经 济 效 益。上 述 研 究 成 果 对 东 海 其 他 超 深 大 位 移 井 的 作 业 实 施 具 有 良 好 参 考 借 鉴 及 指 导 意 义。关 键 词超 深 井；大 位 移 井；高 压 差；油 基 钻 井 液；井 壁 稳 定；储 层 保 护中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺 犪 狀 犱 犪 狆 狆 犾犻犮 犪 狋犻狅 狀 狅 犳 犱 狉犻犾犾犻 狀 犵 狉犻狊 犽 狆 狉 犲 狏 犲 狀 狋犻狅 狀 犪 狀 犱 犮 狅 狀 狋狉 狅犾 犿 犲 犪 狊 狌 狉 犲 狊 犻 狀狌 犾狋狉 犪 犱 犲 犲 狆 犲 狓 狋犲 狀 犱 犲 犱 狉 犲 犪 犮 犺 狑 犲犾犾狊 ，（犖 犪 狋犻 狅 狀 犪 犾 犓 犲 狔 犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋狅 狉 狔 狅 犳 犗 犳 犳 狊 犺 狅 狉 犲 犗 犻犾 犪 狀 犱 犌 犪 狊 犈 狓 狆 犾 狅 犻狋 犪 狋犻 狅 狀，犅 犲犻 犼犻 狀 犵 ，犆 犺 犻 狀 犪；犆 犖 犗 犗 犆 犚 犲狊犲 犪 狉 犮 犺犐 狀 狊狋犻狋 狌 狋犲 犔 狋 犱，犅 犲犻 犼犻 狀 犵 ，犆 犺 犻 狀 犪；犆 犖 犗 犗 犆 犆 犺 犻 狀 犪 犔 犻 犿 犻狋犲 犱，犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻 犅 狉 犪 狀 犮 犺，犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻 ，犆 犺 犻 狀 犪；犑 犻 狀 犵 狕 犺 狅 狌 犎 犪 狀 犮 犖 犲 狑 犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔 犚 犲狊犲 犪 狉 犮 犺 犐 狀 狊狋犻狋 狌 狋犲，犑 犻 狀 犵 狕 犺 狅 狌，犎 狌 犫 犲犻 ，犆 犺 犻 狀 犪）犃 犫 狊狋狉 犪 犮狋：，（），犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊：；第 卷第期邢 希 金 等：超 深 大 位 移 井 井 壁 稳 定 及 储 层 保 护 技 术 与 应 用 大 位 移 井 指 水 平 位 移 或 侧 深 与 垂 深 之 比 大 于的 井，或 者 水 平 位 移 大 于 等 于 的 井，从 井 型上 可 以 看 做 定 向 井 和 水 平 井 井 型 的 结 合。大 位 移井 钻 井 技 术 是 为 了 降 低 开 采 成 本 通 过 定 向 钻 进 提 高储 层 开 发 效 率、降 低 建 井 和 完 井 成 本 而 研 究 应 用 的一 项 钻 井 综 合 技 术。大 位 移 井 钻 井 技 术 始 于 世纪 年 代，年 代 末 期 迅 速 发 展。大 位 移 井 由 于水 平 位 移 大 能 够 较 大 范 围 地 控 制 含 油 面 积、钻 穿 油层 井 段 长 使 得 泄 油 面 积 增 大，所 以 能 够 大 量 减 少 平台 数 量 和 大 幅 提 高 单 井 产 量，因 此 大 位 移 井 技 术 是管 柱 的 摩 阻 扭 矩、钻 柱 设 计、轨 道 设 计、井 壁 稳 定、井眼 清 洗、固 井 完 井、轨 迹 控 制 等 多 种 技 术 的 系 统集 成。世 纪 年 代 以 来，国 外 大 位 移 井 钻 井 技 术飞 快 发 展，国 内 通 过 技 术 合 作 于 年 在 西 江 油 田 由 菲 利 普 斯 公 司 作 业 的 井 创 造 了当 时 水 平 位 移 的 世 界 纪 录。年，为 了拥 有 中 国 自 己 的 大 位 移 井 钻 井 技 术，由 中 国 海 油 牵头 联 合 油 田 单 位 和 科 研 院 所 依 托 国 家“”计 划 通过 联 合 攻 关 形 成 了 中 国 海 上 大 位 移 井 钻 井 技 术。目前 大 位 移 井 钻 井 技 术 已 经 在 国 内 陆 地 油 田 和 海 上 油田 广 泛 应 用 。国 外 大 位 移 井 虽 然 井 深 较 深、水 平 位 移 大，但 是多 数 垂 深 小 于 ，垂 深 较 浅。国 内 大 位 移 井 部分 油 田 作 业 垂 深 相 对 较 深，但 是 作 业 井 深、水 平 位 移与 国 外 差 距 较 大，如 表所 示。表 国 内 外 部 分 典 型 大 位 移 井 信 息犜 犪 犫 犾犲 犐 狀 犳 狅 狉 犿 犪 狋犻狅 狀 狅 犳 狊 狅 犿 犲 狋 狔 狆 犻犮 犪犾 犲 狓 狋犲 狀 犱 犲 犱 狉 犲 犪 犮 犺 狑 犲犾犾狊 犪 狋 犺 狅 犿 犲 犪 狀 犱 犪 犫 狉 狅 犪 犱油 田井 号井 深垂 深水 平 位 移水 垂 比英 国 陆 上 油 田 挪 威 北 海 美 国 加 利 福 尼 亚 油 田 阿 根 廷 胜 利 油 田 桩 斜 大 港 油 田 赵 东 油 田 中 国 南 海 西 江 油 田 油 田 （平 均）（平 均）油 田 西 区口 井 （平 均）（平 均）（平 均）（平 均）油 田 （平 均）（平 均）油 田 （平 均）（平 均）地 层 的 稳 定 程 度 是 制 约 大 位 移 井 延 伸 极 限 的 重 要因 素 之 一，在 钻 井 液 作 用 下，井 壁 泥 岩 微 观 存 在 复 杂 的物 理 及 化 学 作 用，这 将 对 泥 岩 的 力 学 性 质 及 井 壁 应 力状 态 产 生 决 定 性 的 影 响。目 前 的 解 决 手 段 多 集 中 在 添加 封 堵 及 降 失 水 材 料 以 降 低 钻 井 液 中 液 相 进 入 泥 岩 地层，但 受 颗 粒 尺 寸 的 影 响 效 果 不 一。大 位 移 井 由 于 建井 周 期 长，长 时 间 高 压 差 浸 泡，储 层 伤 害 问 题 突 出，通 常采 用 油 基 钻 井 液 在 提 高 地 层 稳 定 性 的 同 时 来 降 低 对 亲 水性 地 层 的 伤 害。近 海 油 气 田 是 中 国 重 点 能 源 战 略 开 发 区 块，为了 提 高 开 发 效 率 和 降 低 成 本，近 年 来 中 国 海 上 大 位移 井 尤 其 超 深 大 位 移 井 钻 井 作 业 越 来 越 多。中 国 海油 通 过 自 主 研 发 形 成 了 一 套 油 基 钻 井液 技 术，已 成 功 应 用 于 海 上 很 多 区 块 复 杂 井、大 位 移井 的 钻 井 作 业 。东 海 海 域 某 目 标 区 域 地 层 泥 岩发 育，储 层 低 孔 低 渗 且 多 压 力 系 统 并 存，井 底 作 业 压差 大，井 壁 失 稳 和 储 层 污 染 的 风 险 高。针 对 上 述 问题，通 过 固 壁 剂 研 选、钻 井 参 数 优 化 及 储 层 保 护 评价，形 成 了 一 套 适 合 该 区 域 的 超 深 大 位 移 井 井 壁 稳定 和 储 层 保 护 技 术，并 在 东 海口 大 位 移 井 作 业 中成 功 应 用，可 为 东 海 其 他 超 深 大 位 移 井 的 作 业 实 施提 供 良 好 借 鉴 意 义。超 深 大 位 移 井 井 壁 稳 定 及 储 层 保 护难 点 前 期 钻 探 过 程 中 发 现，位 于 东 海 海 域 的 目 标 区块 超 深 大 位 移 井 主 要 面 临 井 壁 失 稳 和 低 孔 渗 储 层 污染 两 项 技 术 难 点。其 中，超 深 大 位 移 井 井 壁 失 稳 问题 表 现 较 为 突 出，已 实 施 深 井 及 超 深 大 位 移 井 作 业垂 深 多 大 于 ，且 硬 脆 性 泥 岩 发 育 和 分 布 较 中 国 海 上 油 气 年 月多，井 壁 失 稳 风 险 大，此 海 域 的 硬 脆 性 泥 岩 地 层表 现 出 与 钻 井 流 体 接 触 后 强 度 下 降 较 快 的 特 征。分析 发 现，无 论 是 水 基 钻 井 液 还 是 油 基 钻 井 液，与 该 地层 接 触 后 钻 井 液 滤 液 会 沿 地 层 割 理 方 向 快 速 向 内 部浸 入，钻 井 液 滤 液 进 入 泥 岩 后，泥 岩 界 面 发 生 吸 液 膨胀，导 致 泥 岩 层 更 加 容 易 剥 落，特 别 是 在 砂 泥 岩 互 层的 情 况 下，泥 岩 的 剥 落 会 使 用 砂 泥 岩 界 面 产 生 台 阶，进 而 发 生 起 下 钻 阻 卡 现 象。表给 出 了 东 海 目 标 气田 探 井 钻 井 复 杂 情 况 统 计，钻 井 期 间 的 复 杂 情况 表 现 为 与 硬 脆 泥 岩 相 关 的 阻 卡。表 东 海 目 标 气 田 探 井 钻 井 复 杂 情 况 统 计犜 犪 犫 犾犲 犛 狋 犪 狋犻狊狋犻犮狊 狅 犳 犱 狉犻犾犾犻 狀 犵 犮 狅 犿 狆 犾犲 狓犻狋 狔 狅 犳 犲 狓 狆 犾狅 狉 犪 狋犻狅 狀 狑 犲犾犾狊 犻 狀 狋 犺 犲 犈 犪 狊狋 犆 犺 犻 狀 犪 犛 犲 犪 狋 犪 狉 犵 犲狋 犵 犪 狊 犳犻犲犾 犱井 名井 漏 次 数遇 阻 次 数遇 卡 次 数憋 泵、蹩 扭 矩 次 数其 他 事 故 次 数 合 计 合 计 超 深 大 位 移 井 的 另 一 个 难 点 表 现 为 储 集 层 易 液相 污 染 导 致 产 能 不 足。首 先 东 海 油 气 区 低 孔 低 渗 砂岩 油 气 藏 居 多，地 层 孔 喉 细 小 毛 细 管 力 强，钻 完 井 作业 过 程 中 储 层 普 遍 存 在 液 锁 伤 害；其 次 地 层 多 压 力系 统 并 存，储 层 既 存 在 正 常 压 力 系 统 也 存 在 异 常 高压，异 常 高 压 地 层 压 力 系 数 可 达 ，为 满 足 井 控要 求 大 压 差 作 业 会 促 进 低 孔 渗 储 层 孔 喉 毛 细 管 自吸，导 致 液 锁 范 围 增 大；第 三 超 深 大 位 移 井 往 往 井 深大，作 业 周 期 长，长 时 间 的 液 相 浸 泡，扩 大 近 井 地 带液 锁 范 围，导 致 地 层 排 采 初 期 启 动 压 力 和 附 加 表 皮高，储 层 保 护 难 度 大。超 深 大 位 移 井 井 壁 稳 定 及 储 层 保 护关 键 技 术 泥 岩 井 壁 失 稳 风 险 主 要 在 于 钻 井 液 长 期 浸 泡 条件 下 液 相 和 压 力 向 地 层 深 部 的 侵 入 和 传 递，低 孔 低渗 储 层 主 要 损 害 风 险 在 于 液 相 的 侵 入 带 来 的 有 效 渗透 率 的 下 降。针 对 该 区 域 地 层 多 压 力 系 统 特 征，有效 控 制 和 降 低 井 下 钻 井 液 当 量 密 度 ，降 低 压 差驱 动 力 和 加 强 钻 井 液 的 封 堵 性 能，减 少 液 相 侵 入 和减 缓 压 力 传 递 ，是 降 低 井 壁 失 稳 风 险 和 减 少 储层 污 染 的 根 本 途 径。井 壁 稳 定 技 术目 标 区 块 深 部 泥 岩 由 于 岩 性 致 密，虽 然 也 存 在有 微 米 级 孔 缝，但 是 多 以 纳 米 级 微 孔 缝 为 主，而 油 基钻 井 液 老 浆 通 过 激 光 粒 度 分 析 显 示 其 粒 度 分 布 在 几 十 微 米 范 围，因 此 无 法 实 现 对 深 部 地 层 泥 岩 的纳 米 级 微 孔 缝 的 有 效 封 堵。为 此，室 内 首 先 借 助 激光 粒 度 仪 优 选 了 粒 径 匹 配 的 纳 微 米 封 堵 材 料，再 通过 人 工 泥 岩 岩 心 的 压 力 传 递 实 验 及 微 裂 缝 钢 质 岩 心的 纳 米 孔 隙 和 微 米 缝 隙 的 封 堵 实 验 评 价 了 封 堵 材 料的 封 堵 性 能，最 后 通 过 人 工 泥 岩 岩 心 长 期 浸 泡 的 单轴 抗 压 强 度 实 验 评 价 了 封 堵 剂 对 泥 岩 的 稳 定 效 果。实 验 用 人 工 泥 岩 岩 心 制 备 流 程 为：参 照 天 然 泥 岩组 分，将 不 同 粒 径 石 英 砂、黏 土 矿 物 和 胶 结 物 于 水 混合 均 匀；将 混 合 物 装 入 内 径 岩 心 模 具 中 压实，压 制 压 力 ；泄 压，取 出 岩 心 模 具，将 岩心 取 出 在 室 温 养 护天；用 精 密 切 割 机 切 出 符 合实 验 要 求 长 度 尺 寸 的 岩 心；将 岩 心 在 的 烘箱 中 烘 干，冷 却 至 室 温，即 可 获 得 实 验 用 人 工 泥 岩 岩心。人 工 泥 岩 照 片 如 图所 示。人 工 泥 岩 经 压 汞 测试 和 力 学 性 能 测 试，其 平 均 孔 喉 半 径 ，单轴 抗 压 强 度 约 ，孔 喉 半 径 和 强 度 接 近 天 然 泥岩 参 数，可 以 用 于 纳 米 孔 隙 的 封 堵 实 验。室 内 通 过 测 试 常 用 的 树 脂 类、沥 青 类 及 纳 米 乳液 类 油 基 封 堵 材 料 的 粒 度 分 布，优 选 出 一 种 适 合 油基 钻 井 液 体 系 的 油 基 固 壁 剂 ，激 光 粒 度 分析 结 果 详 见 表。该 固 壁 剂 的 井 壁 稳 定 机 制 为：首先，粒 径 分 布 在 纳 米 级 范 围，与 纳 米 级 微 孔 缝 适 配 性好，激 光 粒 度 测 试 结 果 显 示，固 壁 剂 为 、为 ；其 次，产 品 形 态 是 一 种 柔 性 可变 形 的 纳 米 乳 液，更 容 易 适 应 和 进 入 各 类 纳 微 米的 不 规 则 孔 缝；第 三，固 壁 剂 含 有 适 度 交 联、物 理缠 绕 和 镶 嵌 吸 附 的 基 团 和 链 条，所 以 能 够 对 岩 石孔 缝 进 行 黏 结、胶 结 从 而 实 现 对 破 碎 性 微 裂 缝 发育 地 层 的 加 固。第 卷第期邢 希 金 等：超 深 大 位 移 井 井 壁 稳 定 及 储 层 保 护 技 术 与 应 用 图 人 工 泥 岩 照 片犉 犻犵 犘 犺 狅 狋 狅 犵 狉 犪 狆 犺 狅 犳 犪 狉狋犻犳犻犮犻犪犾 犿 狌 犱 狊狋 狅 狀 犲表 封 堵 材 料 激 光 粒 度 分 析 结 果犜 犪 犫 犾犲 犔 犪 狊犲 狉 狆 犪 狉狋犻犮犾犲 狊犻狕 犲 犪 狀 犪犾狔 狊犻狊 狉 犲狊 狌 犾狋狊 狅 犳 狊 犪 犿 狆 犾犲狊评 价 内 容 油 基 钻 井 液 油 基 固 壁 剂 沥 青 树 脂 沥 青 类 封 堵 剂 油 基 降 滤 失 剂 ）压 力 传 递 测 试。为 考 察 优 选 出 的 固 壁 剂 材 料 是 否 能 够 有 效 降 低压 力 传 递，室 内 设 计 了 压 力 传 递 测 试 实 验，并 以 不 加固 壁 剂 的 油 基 钻 井 液 作 为 对 比 样。实 验 结 果 如 表所 示，使 用 压 力 传 递 实 验 装 置，在 模 拟 泥 岩 岩 心 上 对固 壁 剂 进 行 了 压 力 平 衡 时 间 的 测 定，油基 钻 井 液 中 加 入 固 壁 剂 后，压 力 传 递 稳 定 时 间 延 长 ，说 明 固 壁 剂 对 泥 岩 的 纳 米 孔 隙 的 封 堵 能 力 进一 步 提 升。表 压 力 传 递 实 验 结 果犜 犪 犫 犾犲 犈 狓 狆 犲 狉犻 犿 犲 狀 狋 犪犾 狉 犲狊 狌 犾狋狊 狅 犳 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 狋狉 犪 狀 狊犳犲 狉实 验 体 系上 游 端（钻 井液）压 力 下 游 端（标 准盐 水）压 力 压 力 平 衡时 间油 基 钻 井 液 油 基 钻 井 液 注：评 价 条 件 为 ，模 拟 泥 岩 岩 心（长 度 ，直 径 ，渗 透 率 ）。）微 裂 缝 封 堵 效 果 测 试。为 考 察 优 选 出 的 固 壁 剂 材 料 的 微 裂 缝 封 堵 效果，室 内 开 展 了 微 裂 缝 封 堵 效 果 测 试，并 以 不 加 固 壁剂 的 油 基 钻 井 液 做 为 空 白 样。实 验 使 用 高 温 高 压 动失 水 仪，将 微 裂 缝 和 微 裂 缝 的 钢 质岩 心 放 入 岩 心 夹 持 器，加 环 压，将 评 价 体 系 装 入 釜体，升 至 实 验 温 度，再 将 压 力 升 至 ，打 开 出 口阀，记 录 漏 失 量 和 观 察 漏 失 情 况，实 验 时 间 。评 价 加 入 固 壁 剂 前 后 的 油 基 钻 井 液 的 封 堵 承 压 和 漏失 情 况，实 验 结 果 如 表所 示，加 入 固 壁 剂 后 油 基 钻井 液 在 微 裂 缝 的 累 计 漏 失 量 由 降 为 且 封 堵 稳 定，微 裂 缝 上 未 出 现间 断 性 漏 失 的 情 况 即 也 能 形 成 较 为 稳 定 的 封 堵。实验 表 明 加 入 纳 米 封 堵 材 料 后 体 系 的 微 裂 缝 封 堵 能 力得 到 提 升。分 析 认 为，加 入 固 壁 剂 后 改 善 了 粒 径 匹配 度，提 高 了 封 堵 层 的 致 密 性，同 时 固 壁 剂 的 胶 结 和黏 结 特 性 更 有 利 于 封 堵 层 的 稳 定，因 此 使 得 体 系 对微 米 级 微 裂 缝 的 封 堵 性 能 得 到 改 善。表 微 裂 缝 封 堵 效 果 评 价犜 犪 犫 犾犲 犈 狏 犪犾狌 犪 狋犻狅 狀 狅 犳 狊犲 犪犾犻 狀 犵 犲犳犳犲 犮狋 狅 犳 犿 犻犮 狉 狅 犳狉 犪 犮狋 狌 狉 犲狊评 价 体 系 微 裂 缝 微 裂 缝油 基 钻 井 液瞬 时 漏 失 ，累 计 漏 失 瞬 时 漏 失 ，间 断 性 漏 失油 基 钻 井 液 瞬 时 漏 失 ，累 计 漏 失 瞬 时 漏 失 ，累 计 漏 失 注：实 验 条 件 为 、。）泥 岩 岩 心 稳 定 性 测 试。为 考 察 优 选 出 的 固 壁 剂 材 料 的 泥 岩 稳 定 性 能，室 内 开 展 了 泥 岩 岩 心 稳 定 性 测 试 实 验。实 验 步 骤为：将 钻 井 液 在 下 热 滚 后 作 为 评 价 浆体，量 取 评 价 浆 体 倒 入 老 化 罐；将 人 工 泥岩 岩 心 放 入 装 有 评 价 浆 体 的 老 化 罐 中，密 封 老 化 罐；将 老 化 罐 在 温 度 条 件 下 静 置 养 护 ，然后 冷 却 至 室 温；打 开 老 化 罐，小 心 取 出 人 工 泥 岩 岩心；用 力 学 测 试 仪 测 定 岩 心 的 单 轴 抗 压 强 度；采用 实 验 岩 心 抗 压 强 度空 白 岩 心 单 轴 抗 压 强 度 计 算 强 度 下 降 率。岩 心 的 单 轴 抗 压 强 度 下 降 中 国 海 上 油 气 年 月率 越 小，说 明 体 系 或 材 料 的 泥 岩 稳 定 性 能 越 好。实 验 结 果 如 表所 示。实 验 表 明，条 件 下 高温 静 置 养 护 后，水 和 聚 合 物 体 系 中 养 护的 泥 岩 岩 心 的 单 轴 抗 压 强 度 下 降 率 分 别 为 和 ，下 降 幅 度 很 大，油 基 钻 井 液 未 加 固 壁 剂和 加 有 固 壁 剂 的 的 强 度 下 降 率 分 别 为 、。油 基 钻 井 液 比 聚 合 物 钻 井 液 井 壁 稳定 性 相 差 约 ，固 壁 剂 能 进 一 步 提 高 油 基 钻 井 液的 井 壁 稳 定 性 能。由 表可 知，固 壁 剂 能 够 进 一 步 延 缓 压 力 传 递、减 少 液 相 侵 入、提 升 油 基 钻 井 液 的 泥 岩 稳 定 能 力。）固 壁 剂 对 泥 饼 润 滑 性 能 影 响 测 试。考 虑 超 深 大 位 移 井 对 钻 井 液 低 摩 阻 的 要 求，室内 开 展 了 钻 井 液 泥 饼 黏 滞 系 数 测 试，室 内 评 价 结 果如 表所 示，加 入 固 壁 剂 后 油 基 钻 井 液 体 系 在 滤 纸 的 泥 饼 黏 滞 系 数 降 低 了 ，纳 米 滤 膜 上 的泥 饼 黏 滞 系 数 降 低 了 。因 此 加 入 固 壁 剂 有利 于 降 摩 减 阻。表 人 工 泥 岩 岩 心 单 轴 抗 压 强 度 测 定 结 果犜 犪 犫 犾犲 犝 狀 犻犪 狓犻犪犾 犮 狅 犿 狆 狉 犲狊狊犻狏 犲 狊狋狉 犲 狀 犵 狋 犺 狋犲狊狋 狉 犲狊 狌 犾狋狊 狅 犳犪 狉狋犻犳犻犮犻犪犾 犿 狌 犱 狊狋 狅 狀 犲 犮 狅 狉 犲测 试 体 系单 轴 抗 压 强 度 强 度 下 降 率空 白 样 水 聚 合 物（）油 基 钻 井 液（）油 基 钻 井 液（）注：岩 心 为 人 工 模 拟 泥 岩，静 态 浸 泡 条 件 为 、。表 泥 饼 黏 滞 系 数 测 定 结 果犜 犪 犫 犾犲 犇 犲狋犲 狉 犿 犻 狀 犪 狋犻狅 狀 狉 犲狊 狌 犾狋狊 狅 犳 狏犻狊 犮 狅 狊犻狋 狔 犮 狅 犲犳犳犻犮犻犲 狀 狋 狅 犳 犿 狌 犱 犮 犪 犽 犲体 系滤 失 介 质：滤 纸滤 失 介 质：纳 米 滤 膜 失 水 泥 饼 厚 度 黏 滞系 数摩 阻 降 低 率 失 水 泥 饼 厚 度 黏 滞系 数摩 阻 降 低 率油 基 钻 井 液 油 基 钻 井 液 犈 犆 犇控 制 技 术根 据 井 筒 携 岩 理 论，井 眼 清 洁 的 困 难 程 度 按 照井 斜 角 的 大 小 可 以 分 为个 档 次：小 于 或 等 于 （小 井 斜）、（中 等 井 斜）、大 于 或 等 于 （大井 斜），紊 流 状 态 有 利 于 井 眼 清 洁，但 是 即 使 增 加 排量 也 很 难 使 得 环 空 流 体 的 流 动 方 式 达 到 紊 流 的 状态，尤 其 大 井 眼，而 小 井 眼 虽 然 有 利 于 悬 浮 携 岩 但 是井 下 控 制 难 度 更 大。室 内 以 该 区 域 超 深 大 位 移 井 井 的 井 身结 构 为 例，借 助 软 件 和 携 岩 软 件 对 影响 的 工 程 参 数 和 钻 井 液 流 变 参 数 进 行 了 理论 分 析 和 优 选。井 井 深 ，水 平 位 移 ，最 大 井 斜 角 ，钻 探 目 的 储 层 为 低 孔 低渗 砂 岩 气 藏，设 计 使 用 油 基 钻 井 液 体 系 钻 进。该 井依 次 钻 遇 地 层 层 组 为 三 潭 组、柳 浪 组、玉 泉 组、龙 井组 和 花 港 组。井 底 预 测 温 度 最 高 ，地 层 压 力系 数 ，以 下 地 层 坍 塌 压 力 较 高，地层 压 力 系 数 为 。采 用 三 开 井 身 结 构，一 开 井 段 长 ，二 开 井 段 长度 ，三 开 井 段 长 度 。）工 程 参 数 优 选。采 用 软 件 水 力 模 块 模 拟 相 同 密 度 和钻 井 参 数 情 况 下，不 同 机 械 钻 速 与 顶 驱 转 速 情 况 下 的岩 屑 床 厚 度，对 钻 进 过 程 的 井 眼 清 洁 参 数 进 行 分 析，获 得 最 低 井 眼 清 洁 排 量。根 据 钻 井 液 性 能 及 对 应 钻井 参 数 下 计 算 的 最 小 排 量 与 机 械 钻 速 对 应 结 果（图、），大 位 移 井 钻 井 作 业，钻 杆 钻 速、排 量 和 机图 钻 杆 钻 速 与 井 眼 清 洁 所 需 最 小 排 量 与 最 大 机 械 钻 速对 应 关 系 图犉 犻犵 犚 犲犾犪 狋犻狅 狀 狊 犺 犻 狆 犫 犲狋 狑 犲 犲 狀 犱 狉犻犾犾 狆 犻 狆 犲 犚 犗 犘 犪 狀 犱 犿 犻 狀 犻 犿 狌 犿犱犻狊 狆犾犪 犮犲 犿 犲 狀 狋 狉犲 狇 狌犻狉犲 犱 犳 狅 狉 犺 狅犾犲 犮犾犲 犪 狀犻狀 犵 犪 狀 犱 犿 犪 狓犻 犿 狌 犿 犚 犗 犘第 卷第期邢 希 金 等：超 深 大 位 移 井 井 壁 稳 定 及 储 层 保 护 技 术 与 应 用 图 固 定 排 量 时 不 同 机 械 钻 速 和 顶 驱 转 速 条 件 下 产 生 的岩 屑 床 高 度犉 犻犵 犆 狌 狋狋犻 狀 犵 狊 犫 犲 犱 狋 犺 犻犮 犽 狀 犲狊狊 狌 狀 犱 犲 狉 犱 犻犳犳犲 狉 犲 狀 狋 犚 犗 犘 犪 狀 犱 狋 狅 狆犱 狉犻狏 犲 狊 狆 犲 犲 犱 犮 狅 狀 犱 犻狋犻狅 狀 狊 狑 犻狋 犺 犳犻狓 犲 犱 犱 犻狊 狆 犾犪 犮 犲 犿 犲 狀 狋械 钻 速 对 井 眼 清 洁 影 响 大。相 恒 富 等 在研 究 大 位 移 井 岩 屑 运 移 规 律 时 也 得 到 了 同 样 认 识。图给 出 了 井 段 不 同 机 械 钻 速 和排 量 下 的 岩 屑 床 高 度，井 眼 段 因 为 环空 间 隙 大，难 以 形 成 紊 流，井 眼 清 洁 难 度 最 大；通过 控 制 机 械 钻 速 低 于 ，钻 进 时 使 用 高 转 速、高 排 量 来 降 低岩 屑 床。图给 出 了 井 段 不 同 机 械钻 速 和 排 量 下 的 岩 屑 床 高 度，井 眼 钻杆 钻 速 至 少 要 大 于 ，最 好 大 于 ，排 量 达 到 ，方 能 获 得 良 好 的 井 眼清 洁 效 果。）钻 井 液 流 变 参 数 优 选。钻 井 液 对 地 层 的 破 坏 与 井 下 压 差 作 用 导 致 的 液相 侵 入 和 压 力 传 递 作 用 密 不 可 分，因 此 现 场 往 往 需图 犿 犿井 段 不 同 机 械 钻 速 下 排 量 对 岩 屑 床高 度 的 影 响 曲 线犉 犻犵 犐 狀 犳犾狌 犲 狀 犮 犲 犮 狌 狉 狏 犲狊 狅 犳 犱犻狊 狆 犾犪 犮 犲 犿 犲 狀 狋 狅 狀 犮 狌 狋狋犻狀 犵 狊 犫 犲 犱 犺 犲犻犵 犺 狋犪 狋 犱 犻犳犳犲 狉 犲 狀 狋 犚 犗 犘 犻 狀 犿 犿 狊犲 犮狋犻狅 狀图 犿 犿井 段 不 同 机 械 钻 速 下 排 量 对 岩 屑 床高 度 的 影 响 曲 线犉 犻犵 犐 狀 犳犾狌 犲 狀 犮 犲 犮 狌 狉 狏 犲狊 狅 犳 犱犻狊 狆 犾犪 犮 犲 犿 犲 狀 狋 狅 狀 犮 狌 狋狋犻狀 犵 狊 犫 犲 犱 犺 犲犻犵 犺 狋狌 狀 犱 犲 狉 犱 犻犳犳犲 狉 犲 狀 狋 犚 犗 犘 犻 狀 犿 犿 狑 犲犾犾 狊犲 犮狋犻狅 狀要 在 保 障 携 岩 的 同 时 尽 量 降 低 钻 井 液 的 黏 切 以 降 低井 下 值，从 而 减 少 井 下 压 差 的 破 坏 作 用。当 钻井 液 在 井 筒 中 为 静 置 状 态 时 井 下 值 可 视 同 等于 钻 井 液 的 密 度 值，当 正 常 循 环 钻 进 时 由 于 水 动 力和 环 空 压 耗 影 响 井 下 值 会 增 加。为 了 更 好 地分 析，这 里 将 钻 进 循 环 时 的 井 下 值 与 钻 井 液 密度 值 的 差 视 为 井 下 增 量。室 内 根 据 钻 井 液 计 算 软 件 和 携 岩 软 件，结 合 井 的 井 身 结构 和 钻 井 液 的 设 计 密 度，表给 出 了 不同 塑 性 黏 度 和 动 切 力 条 件 下 的 井 底 增 量 和 钻井 液 体 系 的 携 岩 指 数 变 化 情 况。如 表所 示，固 定 塑 性 黏 度 为 时，随着 动 切 力 从 逐 步 增 大 到 ，钻 井 液 的 增 量 从 逐 步 增 大 到 ，而 携 岩 指 数 也 从 逐 步 增 大 至 。当 动 切 力在 范 围 时，携 岩 指 数 较 高，增 量 基本 能 够 控 制 在 及 以 下 水 平。固 定 动切 力 为 ，塑 性 黏 度 从 逐 步 增 大 到 ，携 岩 指 数 从 降 低 到 ，当 塑 性 黏度 为 时 携 岩 指 数 为 。同 时 增 量从 增 大 到 ，当 塑 性 黏度 小 于 时，增 量 基 本 能 够 控 制 在 以 下。室 内 测 定 了 油 基 钻 井 液 体 系 在 、条件 下 的 高 温 高 压 流 变 参 数，其 中 表 观 黏 度 为 、塑 性 黏 度 为 、动 切 力 为 ，依 此 计 算 得到 的 携 岩 指 数 为 ，增 量 为 ，表 明 高 温 高 压 条 件 下 油 基 钻 井 液 具 有 良 好 的 携 岩 性 中 国 海 上 油 气 年 月表 钻 井 液 流 变 参 数 对 携 岩 指 数 和犈 犆 犇增 量 的 影 响 结 果犜 犪 犫 犾犲 犈 犳犳犲 犮狋狊 狅 犳 狉 犺 犲 狅犾狅 犵犻犮 犪犾 狆 犪 狉 犪 犿 犲狋犲 狉狊 狅 犳 犱 狉犻犾犾犻 狀 犵 犳犾狌 犻 犱 狅 狀 狉 狅 犮 犽 犮 犪 狉 狉 狔犻 狀 犵 犻 狀 犱 犲 狓 犪 狀 犱 犈 犆 犇 犻 狀 犮 狉 犲 犿 犲 狀 狋分 组参 数计 算 结 果塑 性 黏 度（）第组动 切 力 增 量（）携 岩 指 数 塑 性 黏 度（）第组动 切 力 增 量（）携 岩 指 数 能 和 较 低 的 增 量。因 此，油 基 钻 井 液 流 变 性 能参 数 塑 性 黏 度 建 议 控 制 小 于 、动 切 力 控 制在 。储 层 保 护 性 能 评 价由 于 储 层 为 低 渗 砂 岩 气 藏，室 内 选 择 渗 透 率 水 平分 别 相 差 一 个 数 量 级 的 、的块 储 层 砂 岩 岩 心，以 代 表 不 同 渗 透 率 水 平 低 渗砂 岩 情 况。实 验 步 骤 为：将块 岩 心 装 入 多 功 能高 温 高 压 动 失 水 仪 的个 平 行 岩 心 夹 持 器 中，加 环压 密 封；将 评 价 的 钻 井 液 浆 体 倒 入 釜 体，密 封，升温 后 再 加 压 至 实 验 压 力；打 开 出 口 阀，记 录 不 同 压差 条 件 下 不 同 时 间 的 动 滤 失 量，实 验 温 度 为 ，实 验 压 差 按 照 从 低 到 高 顺 序 依 次 评 价，最 高 实 验 压差 ；通 过 动 滤 失 量 数 据 结 合 岩 心 基 础 参 数计 算 获 得 滤 液 的 侵 入 速 率。实 验 所 用 的 油 基 钻 井 液 体 系 油 水 比 为 ，基 液 为 白 油，加 量 为 ，内 相 为 盐 水，内 相 加 量 为 ，处 理 剂 配 方 为 主 乳 化 剂 辅 乳 化 剂 有 机 土 碱 度 调 节 剂 封堵 剂 降 滤 失 剂 流 型 调 节 剂 ，重 晶 石 加 重 至 。图给 出 了 动 滤 失 速 率 随 压 差 变 化 的 趋 势，由图可 知，油 基 钻 井 液 的 动 滤 失 速 率 随 压 差 的 增 大 而增 大，动 滤 失 速 率 随 压 差 增 加 有 一 定 波 动。图展 示了 液 相 侵 入 速 率 随 压 差 变 化 趋 势，从 图 中 可 见 压 差 在、时 液 相 侵 入 速 率 变 化 范 围 分 别 为 、。分 析 认 为 由 于 油 基 钻 井 液 的 滤 液 侵入 岩 心 的 液 相 为 油 相，随 着 液 相 的 侵 入，岩 心 内 部 发 生了 微 粒 运 移，导 致 侵 入 速 率 发 生 了 波 动。图 动 滤 失 速 率 随 压 差 变 化 曲 线犉 犻犵 犆 犺 犪 狀 犵 犲 犮 狌 狉 狏 犲 狅 犳 犱 狔 狀 犪 犿 犻犮 犳犻犾狋狉 犪 狋犻狅 狀 狉 犪 狋犲 狑 犻狋 犺犱 犻犳犳犲 狉 犲 狀 狋犻犪犾 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲图 液 相 侵 入 速 率 随 压 差 变 化 散 点 分 布 和 趋 势 图犉 犻犵 犛 犮 犪狋狋犲狉 犱犻狊狋狉犻犫 狌狋犻狅 狀 犪 狀 犱 狋狉犲 狀 犱 狅犳 犾犻狇 狌犻犱 狆 犺 犪狊犲 犻狀 狏 犪狊犻狅 狀狉 犪 狋犲 狑 犻狋 犺 狆 狉 犲狊狊 狌 狉 犲 犱 犻犳犳犲 狉 犲 狀 犮 犲 将块 污 染 后 的 岩 心 用 氮 气 进 行 模 拟 返 排 测 试，返 排 压 力 均 小 于 ，测 定 结 果 见 表。根 据 岩 心 气测 渗 透 率 值 测 定 结 果，在 截 断 岩 心 污 染 端 之 前，块 岩 心 渗 透 率 恢 复 值 介 于 ，而 截 断 岩 心 污 染 端 之 后，岩 心 渗 透 率 恢 复 值 均 大 于 ，实 验 表 明 油 基 钻 井 液 侵 入 深 度 有 限，固 壁 剂 对 储 层保 护 影 响 小，无 需 专 门 解 除，可 直 接 射 孔 完 井 作 业。第 卷第期邢 希 金 等：超 深 大 位 移 井 井 壁 稳 定 及 储 层 保 护 技 术 与 应 用 表 油 基 钻 井 液 储 层 保 护 性 能 测 定 结 果犜 犪 犫 犾犲 犕 犲 犪 狊 狌 狉 犲 犿 犲 狀 狋 狉 犲狊 狌 犾狋狊 狅 犳 狉 犲狊犲 狉 狏 狅犻狉 狆 狉 狅 狋犲 犮狋犻狅 狀 狆 犲 狉犳 狅 狉 犿 犪 狀 犮 犲 狅 犳 狅犻犾 犫 犪 狊犲 犱 犱 狉犻犾犾犻 狀 犵 犳犾狌 犻 犱岩 心编 号岩 心长 度 直 径 气 测渗 透 率 孔 隙 度钻 井 液 污 染 后岩 心 污 染 端 截 断 后气 测 渗 透 率 渗 透 率 恢 复 值返 排 压 力 气 测 渗 透 率 渗 透 率 恢 复 值 注：动 态 污 染 条 件 为 、；返 排 驱 替 相 为 氮 气。现 场 应 用 现 场 施 工 措 施开 钻 浆 中 提 前 加 入 固 壁 剂 材 料，提 高 钻 井 液 的 封堵 性。补 充 的 新 浆 根 据 井 浆 情 况 加 重，以 保 持 钻 井 液密 度 平 稳。钻 进 过 程 中，足 量 添 加 乳 化 剂，且 按 比 例 添加 主 乳 和 辅 乳 维 持 钻 井 液 乳 液 稳 定，尤 其 是 高 温 条 件下 的 乳 液 稳 定，防 止 因 井 下 高 温 破 乳 而 引 起 的 油 基