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，過去水平井采用原油作為潤滑劑，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，避免水平井長裸眼的油層井段因浸泡時(shí)間長而被損害。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陽離子乳液鉆井液（1#配方）具有很強(qiáng)的抑制性、較好的潤滑性能、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，且提高了膨潤土容量限。③正電膠- 陽離子乳液聚合物潤滑防塌鉆井液（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)，陽離子表面活性劑中起活性作用的陽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)場維護(hù)措施。

 

  ①在三垛組地層用陽離子乳液聚合物轉(zhuǎn)型時(shí)，控制鉆井液的膨潤土含量在 3.5%～4.5% 之間，防止膨潤土含量過高，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)過程中，要及時(shí)補(bǔ)充陽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，開始時(shí)降濾失困難，可補(bǔ)充一定量的超細(xì)碳酸鈣來改善泥餅質(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)黏度過高或過低的現(xiàn)象。在膨潤土含量高時(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離子聚合物的含量，過高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)鉆井液黏度過低、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)場應(yīng)用W 區(qū)塊 W2P1 井采用正電膠混原油潤滑防塌鉆井液，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。在施工過程中井壁穩(wěn)定，起下鉆順利，滑動(dòng)鉆進(jìn)過程中摩阻小、鉆時(shí)快。鉆井液的性能見表 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问褂藐栯x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，鉆井過程順利、井下安全。在井身軌跡控制過程中變方位，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，給井眼清潔帶來難度。因此該井在大斜度井段和水平井段施工過程中，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 存在的問題①石蠟納米乳液鉆井液在使用過程中易起泡。

 

  且大部分為表面起泡，消泡困難。在使用過程中，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)的傳輸帶來一定的影響。②在使用過程中，上部為直井段，對(duì)潤滑性能要求不高，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)用過程中鉆井液總耗量少、性能穩(wěn)定、維護(hù)簡單，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。