尼日爾Agadem油田鉆井液技術研究現狀及建議

李 強

尼日爾Agadem油田鉆井液技術研究現狀及建議

李 強

（中國石油集團長城鉆探工程有限公司鉆井液公司，遼寧 盤錦 124010）

隨著CNPC進入尼日爾Agadem油田，該區的勘探水平不斷提高，鉆井液體系研究逐步深入。綜述了尼日爾Agadem油田地質、鉆井難點，介紹了該區使用的氯化鉀硅酸鹽體系和聚胺鉆井液體系研究進展和應用現狀，分析了聚胺鉆井液在使用中需要注意的問題，并對今后的開發和應用提出了建議。

尼日爾；Agadem油田；聚胺；研究進展；應用現狀

尼日爾Agadem油田勘探開發始于20世紀70年代，整體位于尼日爾東南部，屬于Termit盆地。Termit盆地沉積地層自下而上依次為白堊系Donga組、Yogou組、Madama組、古近系Sokor1組、LV shales、Sokor2 組以及新近系和第四系，最大沉積厚度超過12 000 ｍ。油層發育為上白堊系與古近系兩套成藏組合，其中古近系是主力成藏組合[1-4]。2008年，CNPC和尼日爾政府簽訂了開發當地“Agadem石油勘探區塊”合作協議。隨著CNPC進入尼日爾Agadem油田，該區的勘探水平不斷提高，鉆井液體系研究逐步深入，相繼出現氯化鉀聚合物、氯化鉀聚合醇和氯化鉀硅酸鹽等體系。目前，隨著聚胺抑制劑的應用推廣，室內研究的聚胺（高性能）具有較大的應用前景。本文介紹了尼日爾Agadem油田地質、鉆井難點，分析了井壁失穩問題，介紹了近年使用的氯化鉀硅酸鹽體系和正推廣應用的聚胺體系，分析了聚胺鉆井液在使用中需要注意的問題，并對今后的開發和應用提出了建議。

1 尼日爾Agadem油田概況

1.1 難點分析

根據地層的復雜程度以及鉆井液要求的難易程度將Agadem區塊分為3大部分，整體上呈現“北易、中平、南難”的特點，其中Sokor、Gami油田地質最為復雜，鉆井液服務難度最大，要求最高鉆井液密度在1.25~1.30 g·cm-3。在鉆探中發現，Sokor泥巖、Sokor低速泥巖地層的井壁失穩縮徑、坍塌問題是Agadem油田的井壁失穩的主要表征，對典型區塊Gololo W-1地層泥頁巖進行理化性能分析，其組成大致是：伊-蒙混層占53%，高嶺石占44%，伊利石占3%。伊-蒙混層中，伊利石占的比例是60%，蒙脫石的比例是21.2%。這種巖性組分決定了該地區的地層不容易分散，造漿性能不強，容易膨脹。當鉆井液密度不能平衡坍塌壓力時，硬脆性泥頁巖地層表現為掉塊、坍塌，軟泥巖地層表現為縮徑，即表現為Sokor泥巖地層井壁的掉塊、坍塌，Sokor低速泥巖井壁的坍塌、縮徑[5-9]。。

1.2 儲層特點

油層總體孔隙度為12.0%~25.0%，平均滲透率2.92×10-2~2.501×10-1um2，屬中高孔、中低滲儲層。毛鳳軍等通過實驗分析表明，Termit盆地上白堊統儲層的巖石類型主要為石英砂巖，成分成熟度高，以石英為主，占比達86%以上[3]。根據膠結物及黏土礦物分析，油層可能存在一定程度的速敏、水敏、酸敏。實驗表明，儲層水敏損害程度中等偏弱，臨界礦化度825 mg·L-1，注入水礦化度控制在臨界礦化度以上；儲層堿敏為中等偏弱，臨界pH值為10，入井液pH應控制在10以下；儲層為強酸敏，應避免進行酸化，或者進行酸化時應采取必要的油層保護措施[10]。

2 井壁失穩機理分析及解決方法

2.1 井壁失穩機理分析

尼日爾Agadem油田井壁失穩的機理主要集中在鉆井液密度、井眼裸露時間、鉆井參數和井身結構等方面。

2.1.1 鉆井液密度的影響

據分析，Agadem油田地層坍塌壓力普遍高于地層孔隙壓力，因此只有鉆井液密度高于地層坍塌壓力當量密度時，才能保持較好的井壁穩定性?，F場所用鉆井液密度最高為1.25，而最大坍塌壓力當量密度基本都在1.30以上，Sokor泥巖地層坍塌壓力當量密度最高達到1.37 g·cm-3。鉆井液密度偏低，不能平衡地層坍塌壓力，導致了力學上的不穩定性，鉆井過程中易出現疏松泥巖砂巖的坍塌、泥巖縮徑等復雜問題。統計發現，二開施工比較順利的井，所用鉆井液密度均高于或接近于地層坍塌壓力當量密度。

2.1.2 井眼裸露時間的影響

Agadem油田采用二開次井身結構，裸眼井段長，Sokor泥巖和Sokor低速泥巖地層伊-蒙混層含量高。經長時間浸泡，井壁泥巖水化膨脹嚴重，在水化應力和強度降低的雙重作用下，坍塌壓力越來越大，液柱壓力難以維持井壁的穩定性，從而引起井壁坍塌、縮徑，造成鉆具難以下入、劃眼困難等。

2.1.3 鉆井參數的影響

泵壓、排量影響鉆井液當量循環密度和井底壓力，不當操作引起的液柱壓力波動會造成井壁失穩，環空流速過大，沖刷井壁，會影響井壁穩定。

2.1.4 井身結構的影響

合理的井身結構可以減少鉆井液浸泡時間和事故處理時間，對比Agadem油田開發初期采用三開井和二開井施工情況，發現二開井擴劃眼時間大于三開井[5-6]。

2.2 穩定井壁方法及下步趨勢探討

目前，穩定井壁的主要方法包括力學平衡、化學抑制和物理封堵。因甲方為提高油氣層發現率，嚴格控制鉆井液密度，導致鉆井液密度存在不足，達不到力學平衡，這就須要加大化學抑制和物理封堵能力。在鉆遇Sokor泥巖前加入足量、復配的封堵材料和抑制劑，密度執行上限；同時控制失水，保證泥餅薄而致密。

要維持井壁穩定，必須通過提高鉆井速度、減小完井周期，或設計合理井身結構盡快鉆穿Sokor泥巖和Sokor低速泥巖地層，并完成完井作業。要想達到這個條件，應綜合協調施工各方，盡量保證施工順利。同時，隨著勘探的深入，定向井、大斜度井會增多，后期可能出現水平井，相應會出現定向托壓、潤滑防卡、井眼清潔等問題，給施工增加難度。后續應持續完善整體技術模板，加大抑制、防塌鉆井液的研究。

目前，很多地區已開展深井二開完井方案，如遼河沈北地區已有近4 000 m井采用二開完鉆的情況。Agadem油田完鉆井深在3 000 m以內，甲方會普遍采用二開完井，調整井身結構的困難較大，也不易實現，可能在后期以深部地層為主，即穿過Yogou組、Madama組地層，以下部Donga組或下白堊系預測儲層為主、井深較深時，可能會實施三開井。

3 鉆井液體系研究進展

3.1 鉆井液使用情況

Agadem油田在鉆探時使用KCl聚合物體系，相繼出現氯化鉀聚合醇、氯化鉀硅酸鹽等體系[5-9]。根據資料[5]，為提高Agadem油田的井壁穩定性，在原有KCl聚合醇鉆井液體系的基礎上引入了硅酸鹽防塌劑，優化形成了強抑制KCl硅酸鹽鉆井液體系，利用K+、硅酸鹽和聚合醇的協同作用機理，進一步提高鉆井液的防塌性能，使該體系對易失穩的Sokor泥巖和Sokor低速泥巖地層具有強抑制能力，從而達到進一步穩定井壁、降低密度的目的。優化后的鉆井液性能如下：密度1.12~1.7 g·cm-3，漏斗黏度45~55 s，塑性黏度15~25 mPa·s，動切力5~10 Pa，初/終切力（1.5~5）Pa/(6~12) Pa，濾失量≤4 mL，高溫高壓濾失量≤8 mL，pH=9.5~11，Cl-質量濃度 7 500~35 000 mg·L-1，膨潤土質量濃度10~35 g·L-1。

而隨著Agadem二期的開發，為進一步提高鉆井時效和產能建設，韋風云等開展了Agadem二期開發的高性能鉆井液研究[11]。該高性能鉆井液體系以聚胺（也稱胺基抑制劑）為核心構建的體系。體系構建為：優選胺基抑制劑C和乳液大分子為高性能水基鉆井液的包被抑制劑主劑，配合使用KCl提高體系的抑制劑；優選液體封堵劑提高體系的封堵防塌性能，使用XC提高體系的黏度和切力，采用改性淀粉和PAC-LV協同作用降低體系的濾失量，使用高效潤滑劑提高體系的潤滑防卡性能，構建了一套高性能水基鉆井液體系?，F場應用效果良好，體系動塑比高，攜巖能力強，配方簡單，去磺化類和黑色處理劑，較為環保，具有巨大的應用前景。

3.2 氯化鉀聚胺體系需要注意的問題

目前使用的聚胺是指重復結構單元中含有獨立胺基的聚合物，主要為(端)胺基聚醚和(端)胺基聚醇。形成的聚胺體系具有流變性能好、膨脹降低率高、巖屑回收率高等優點，其抑制巖屑分散能力與油基鉆井液接近[12-14]。所以，現場會呈現出鉆屑返出規則、完整，井徑擴大率??；處理過量后有可能導致巖屑極硬，排量不足易形成砂橋；相應固控設備升級會引起處理劑使用效率降低的情況。

KCl體系具有一定的腐蝕效果，要求設備及篩布耐腐蝕[15]。同時，鉆井設備（尤其是鉆具）在使用一定時間后應進行探傷檢查。

KCl體系中K+是穩定井壁的關鍵離子，應保持適度濃度。但在鉆遇泥巖地層時，會出現消耗快的問題，可以適當增加KCl的加量，配膠液時按濃度上限配制。在返出泥巖呈膨松、軟、吸水明顯時（硬脆泥巖整體吸水），此時若情況較嚴重，可選擇適當干加KCl，并提高膠液KCl濃度。通過研究，聚胺在碳質泥巖、易水化泥巖、硬脆性泥巖、砂巖上的吸附性依次降低，說明碳質泥巖地層消耗聚胺抑制劑最多，其次是泥巖，砂巖消耗較少[16]。

KCl鉆井液濾液黏度很低，接近水的黏度，不能堵塞孔隙吼道，也不能改變泥頁巖的滲透性。此時需要針對微裂隙發育情況，復配應用微納米封堵劑，提高封堵能力，降低濾液侵入。

KCl體系具有明顯的抑制頁巖膨脹的效果，且濃度越大，抑制效果越明顯。室內試驗表明，當膨潤土加量達到20%時，KCl實驗漿的3讀數才迅速升高，且7.0%KCl實驗漿的3讀數始終小于3.0%KCl實驗漿的3讀數，表明提高KCl濃度可以進一步提高K+固定膨潤土晶格作用，有效抑制膨潤土的水化作用[17]。所以，在鉆遇Sokor泥巖和Sokor低速泥巖之前可增加KCl濃度，配合封堵劑抑制防塌。

4 結束語

1）聚胺鉆井液體系抑制能力極強，在現場施工中會形成較規則井眼，井徑擴大率小，需要足夠的排量，防止形成砂橋；更換鉆具前后，鉆具剛性不易改變過大。

2）聚胺鉆井液體系在調配好后基本不存在懸巖攜巖問題，返出巖屑規則、完整，可見明顯的鉆頭切削痕跡，現場使用時注意巖屑情況，提高塌塊和巖屑的辨認程度。

3）鉆屑返出宜“軟硬適度且完整”，不宜過硬或過軟。巖屑過軟為抑制能力不足，鉆屑有分散情況；過硬說明KCl加量過大，會導致：①鉆井液礦化度高，地層失水變脆；②巖屑過硬，易在曲率不好處堆積，形成砂橋；③增加材料消耗。

4）膠液的使用保證了鉆井液性能的穩定，提高了處理劑的功效，降低了勞動強度，建議使用膠液維護處理鉆井液。

5）體系抑制性強，巖屑返出規則、完整，有條件情況下，盡量提高振動篩篩布目數和一體機底篩篩布目數，清除有害固相。

［1］付吉林，孫志華，劉康寧.尼日爾Agadem區塊古近系層序地層及沉積體系研究[J].地學前緣，2012，19（1）：58-67．

［2］Genik G J. Petroleum geology of cretaceous-tertiary rift basins in Niger, Chad, and Central African Republic[J]., 1993, 77(8):1405-1434．

［3］毛鳳軍，劉邦，劉計國，等.尼日爾Termit盆地上白堊統儲層巖石學特征及控制因素分析[J].巖石學報，2019，35（4）：1257-1268．

［4］單祥，季漢成，劉計國，等.尼日爾Agadem區塊古近系Sokor1組低阻油層成因[J].2014，38（2）：27-34.

［5］孫榮華，趙冰冰，王波，等.尼日爾Agadem油田井壁穩定技術對策[J].長江大學學報（自然科學版），2019，16（6）：24-29．

［6］戴愛國，陳以文.尼日爾Agadem油田地層失穩機理研究[J].中國石油和化工標準與質量，2018（9）：82-83．

［7］趙光輝.尼日爾Imari區塊復雜地層鉆井液技術研究[J].中國石油和化工標準與質量，2013（16）：125．

［8］劉軍，宋榮超.尼日爾Agadem區塊Kaola-1D井井壁失穩分析[J].中國石油和化工標準與質量，2014（6）144-145．

［9］邱正松，韓祝國，徐加放，等.KCl/聚合醇協同防塌作用機理研究[J].鉆井液與完井液，2006，23（2）：25-29．

［10］樂濤濤.尼日爾A油田儲層敏感性評價[J].化學工程與裝備，2019（11）：108-109.

［11］韋風云，史凱嬌.尼日爾Agadem油田高性能鉆井液室內研究[A]. 2019年度全國鉆井液完井液學組工作會議暨技術交流研討會論文集[C]. 北京: 石油工業出版社，2019.

［12］儲政.國內聚胺類頁巖抑制劑研究進展[J].化學工業與工程技術，2012，33（2）：1-4.

［13］趙素娟，游云武，劉浩冰，等.涪陵焦頁18-10HF井水平段高性能水基鉆井液技術[J].鉆井液與完井液，2019，36（5）：564-569

［14］DEVILLE J P, FRITZ B, JARRETT M. Development of water-based drilling fluids customized for shale reserviors[C].SPE 140868，2011.

［15］張姣姣，龔厚平，陳李，等.氯化鉀鉆井液緩蝕劑的研究[J].鉆井液與完井液，2017，34（3）：54-58

［16］郭建華，馬文英，劉曉燕，等.聚胺抑制劑的測定方法及最佳用量的確定[J].鉆井液與完井液，2016，33（3）：35-40.

［17］褚奇，李濤，王棟，等.龍鳳山氣田強抑制封堵型防塌鉆井液技術[J].鉆井液與完井液，2016，33（5）：35-40.

Research Status and Suggestions on Drilling Fluid Technology in Agadem Oilfield of Niger

（CNPC Greatwall Drilling Company Drilling Fluids Branch, Panjin Liaoning 124010, China）

With CNPC entering Niger's Agadem oilfield, the exploration level in this area was constantly improving, and the research of drilling fluid systems was gradually deepened. In this paper, the geology and drilling difficulties of Agadem oilfield in Niger were reviewed.The research progress and application status of the potassium chloride silicate system and the polyamine drilling fluid system used in this area were summarized. Some problems in drilling with polyamine drilling fluid system were analyzed, some suggestions for future development and application were put forward.

Niger; Agadem oilfield;Polyamine; Research progress; Application status

2020-04-29

李強（1988-），男，四川省宜賓市人，工程師，碩士，2011年畢業于西南石油大學，研究方向：鉆井液技術。

TE254.3

A

1004-0935（2020）09-1162-04