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摘要：针对大牛地低压低渗水平井的技术难点，进行了氮气泡沫钻井液的配方研究及针对性室内评价，介绍了该项技术的工艺技术，并应用该技术首次在国内低压低渗储层水平井上进行了3口井的现场实施，取得良好的应用效果。该技术的成功实施，为今后低压低渗储层实施氮气泡沫钻井液技术解决水平井的勘探开发技术难题提供了新的有效的方法，同时也为低压低渗低品位储层的勘探开发提供了经验和技术支撑。
关键词：低压低渗储层 氮气泡沫钻井液技术 泡沫液配方 水平井
前言
大牛地气田位于鄂尔多斯盆地北部，是发育在上古生界地层中的大型致密低渗气田，埋藏深度一般为2100～2900m，气藏平均孔隙度约7.6%，平均渗透率约0.4mD，气藏压力系数为0.85～1.00。该区盒1段储层采用传统的常规钻井液技术开发效果差，完井后往往需要大型压裂技术才能见到自然常能。
为有效保护和发现储层，在该区储层段钻井过程中实施低密度欠平衡钻井技术，有利于保护和发现油气层。2009年华北石油局在鄂尔多斯盆地为寻求低压低渗储层盒一段自然产能部署的3口水平井（DP14，DP19，DP22）。三开水平段采用低密度氮气泡沫钻井液技术，实施全过程欠平衡钻井，最大限度地发现和保护产层。通过氮气泡沫钻井液技术的实施，首次在盒一段见到自然产能，为证实该区该层实际产能情况提供了依据。这也是国内采用该项技术首次在水平井上进行应用，创出该技术水平段最长（1500m）的施工纪录，为有效开发此类储层提供了有效技术手段。
1.工程地质简况
DP14井二开用311.2mm的钻头钻至井深2693.42m，下入Φ244.5mm的套管2870.79m，三开用Φ215.9mm的钻头采用可循环氮气泡沫钻井液技术自井深2899.15m开始钻进，至井深4147.03m结束，水平段长1247.88m。总钻时213h，平均机械钻速5.86m/h。这是采用该技术成功完成的国内第一口水平井的施工。
DP19井二开用241.3mm的钻头钻至井深2693.42m，下入Φ177.98mm的套管2692.87m。2009年9月7日三开用Φ152.2mm的钻头采用氮气泡沫钻井液进行三开钻进，于2009年10月7日钻至井深3893.42m完钻，水平段长1200m，这是采用该技术成功完成的国内第一口小井眼水平井。
DP22井二开用311.2mm的钻头钻至井深2943.42m，下入Φ244.5mm的套管2942m，三开用Φ215.9mm的钻头采用氮气泡沫钻井液技术自井深2942m开始钻进，至井深4442m结束，水平段长1500m，平均机械钻速10.26m/h。这是采用该技术完成的国内第一口长水平段水平井的施工。
2.泡沫钻井液配方及室内评价
2.1泡沫钻井液的配方及性能
在已有研究的基础上，根据深井钻井的要求，选用抑制性好、携岩能力强的泡沫钻井液配方：1%AC-Ⅱ+2%YJB-1井壁稳定保护剂剂+2%稳泡剂WP-1+1%防水锁剂+辅助剂。泡沫性能见表1。
2.2水平井段携岩实验
利用水平井模拟装置对泡沫体系的携岩能力进行了试验，在环空中加入不同粒径的岩屑，在一定的泡沫质量下，调节注气量，注液量模拟井下循环过程，并收集返出的岩屑，实验结果见表2。
结果表明：不同粒径的砂粒在不同时间内总能全部返出。粒径越大越易携带，有利于泡沫携岩；颗粒混杂越细小的砂粒容易粘附在器皿壁上，全部返出的时间相对于粗颗粒的要长些。现场钻进时可通过旋转钻具的方式协助提高泡沫的携岩效果。
3.现场应用
3.1应用情况
（1）氮气泡沫钻井液技术在DP14井常规井眼的应用情况
该井三开水平段于2009年4月6日开始使用Φ215.9mm的PDC钻头采用氮气泡沫试钻进，按照施工参数：氮气排量80m3/min，泡沫基液排量5L/s进行循环，循环正常后开始钻进。泡沫钻井液性能：发泡体积420～450ml，半衰期：25～30min，井底当量密度0.20g/cm3，表明泡沫钻井液性能较好地满足了水平井的携岩要求，达到了钻进过程的欠平衡钻进，自井深3345m开始实现钻进过程持续点火。本井于2009年5月3日钻进至井深采4147.03m结束水平段钻进。总进尺1247.88m，平均机械钻速5.86m/h。
（2）氮气泡沫钻井液技术在DP22井常规井眼的应用情况
该井三开水平段采用氮气泡沫钻井液技术于2009年10月9日开始使用Φ215.9mm的PDC钻头试钻进，按照施工参数：氮气排量80m3/min，泡沫基液排量4L/s进行循环，循环正常后开始钻进。钻进过程中，钻压控制在10～40KN以内，钻进正常，接单根正常，返砂效果良好，泡沫钻井液性能：发泡体积400～450ml，半衰期：30～40min，井底当量密度0.21g/cm3，充分表明泡沫钻井液性能较好地满足了水平井的携岩要求，钻进过程中实现后效点火，实现了钻进过程的欠平衡钻进。本井于2009年11月11日钻进至井深采4442m结束，水平段总进尺1500m，平均机械钻速10.26m/h，创出该项技术水平井水平段最大施工纪录。
（3）氮气泡沫钻井液技术在DP19井小井眼的应用情况
该井于2009年9月5日自井深2693.42m开始使用Φ152.4mm的钻头进行钻进。采用的钻进参数：钻压2～3t，螺杆转速35rpm，注气量50～60m3/min，液量3～5L/s。泡沫返出正常，携岩正常，随着井深增加、水平段增长及时补充发泡剂、井壁稳定保护剂等材料用量，控制泡沫钻井液的性能（发泡体积不低于400mL，半衰期在20min以上），较好地满足了钻井要求，成功地于10月8日钻至设计井深3893.42m，国内采用该项技术首次完成小井眼水平段长1200m的钻井施工。
4 结论与建议
（1）采用的氮气泡沫钻井液配方及工艺技术，有效地满足了水平井的携岩要求，机械钻速提高明显。
（2）该项技术有利于低压低渗储层的保护和发现，钻进过程中实现的井底当量密度较低，起钻前采用吹干井眼法，使井底压力更低，既减少了液体对储层的侵入和浸泡，又有利于发现和评价储层，也为此类储层的勘探开发提供了有效技术手段。
（3）随着水平段的增长，在钻井过程中应严格执行短起下措施，特别是在钻速较快的井段尤为重要，这样有利于消除岩屑床，保证井下安全。建议控制钻速不超过10m/h。
参考文献
[1] 杨景利，薛玉志，张斌，等. 分1井大井眼空气可循环泡沫钻井液技术[J]. 钻井液与完井液，2007，24（增刊）：86-88
[2] 王俊涛，杨景利.川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术[J]. 钻井液与完井液，2011，28（1）：5-7
关键词：低压低渗储层 氮气泡沫钻井液技术 泡沫液配方 水平井
前言
大牛地气田位于鄂尔多斯盆地北部，是发育在上古生界地层中的大型致密低渗气田，埋藏深度一般为2100～2900m，气藏平均孔隙度约7.6%，平均渗透率约0.4mD，气藏压力系数为0.85～1.00。该区盒1段储层采用传统的常规钻井液技术开发效果差，完井后往往需要大型压裂技术才能见到自然常能。
为有效保护和发现储层，在该区储层段钻井过程中实施低密度欠平衡钻井技术，有利于保护和发现油气层。2009年华北石油局在鄂尔多斯盆地为寻求低压低渗储层盒一段自然产能部署的3口水平井（DP14，DP19，DP22）。三开水平段采用低密度氮气泡沫钻井液技术，实施全过程欠平衡钻井，最大限度地发现和保护产层。通过氮气泡沫钻井液技术的实施，首次在盒一段见到自然产能，为证实该区该层实际产能情况提供了依据。这也是国内采用该项技术首次在水平井上进行应用，创出该技术水平段最长（1500m）的施工纪录，为有效开发此类储层提供了有效技术手段。
1.工程地质简况
DP14井二开用311.2mm的钻头钻至井深2693.42m，下入Φ244.5mm的套管2870.79m，三开用Φ215.9mm的钻头采用可循环氮气泡沫钻井液技术自井深2899.15m开始钻进，至井深4147.03m结束，水平段长1247.88m。总钻时213h，平均机械钻速5.86m/h。这是采用该技术成功完成的国内第一口水平井的施工。
DP19井二开用241.3mm的钻头钻至井深2693.42m，下入Φ177.98mm的套管2692.87m。2009年9月7日三开用Φ152.2mm的钻头采用氮气泡沫钻井液进行三开钻进，于2009年10月7日钻至井深3893.42m完钻，水平段长1200m，这是采用该技术成功完成的国内第一口小井眼水平井。
DP22井二开用311.2mm的钻头钻至井深2943.42m，下入Φ244.5mm的套管2942m，三开用Φ215.9mm的钻头采用氮气泡沫钻井液技术自井深2942m开始钻进，至井深4442m结束，水平段长1500m，平均机械钻速10.26m/h。这是采用该技术完成的国内第一口长水平段水平井的施工。
2.泡沫钻井液配方及室内评价
2.1泡沫钻井液的配方及性能
在已有研究的基础上，根据深井钻井的要求，选用抑制性好、携岩能力强的泡沫钻井液配方：1%AC-Ⅱ+2%YJB-1井壁稳定保护剂剂+2%稳泡剂WP-1+1%防水锁剂+辅助剂。泡沫性能见表1。
2.2水平井段携岩实验
利用水平井模拟装置对泡沫体系的携岩能力进行了试验，在环空中加入不同粒径的岩屑，在一定的泡沫质量下，调节注气量，注液量模拟井下循环过程，并收集返出的岩屑，实验结果见表2。
结果表明：不同粒径的砂粒在不同时间内总能全部返出。粒径越大越易携带，有利于泡沫携岩；颗粒混杂越细小的砂粒容易粘附在器皿壁上，全部返出的时间相对于粗颗粒的要长些。现场钻进时可通过旋转钻具的方式协助提高泡沫的携岩效果。
3.现场应用
3.1应用情况
（1）氮气泡沫钻井液技术在DP14井常规井眼的应用情况
该井三开水平段于2009年4月6日开始使用Φ215.9mm的PDC钻头采用氮气泡沫试钻进，按照施工参数：氮气排量80m3/min，泡沫基液排量5L/s进行循环，循环正常后开始钻进。泡沫钻井液性能：发泡体积420～450ml，半衰期：25～30min，井底当量密度0.20g/cm3，表明泡沫钻井液性能较好地满足了水平井的携岩要求，达到了钻进过程的欠平衡钻进，自井深3345m开始实现钻进过程持续点火。本井于2009年5月3日钻进至井深采4147.03m结束水平段钻进。总进尺1247.88m，平均机械钻速5.86m/h。
（2）氮气泡沫钻井液技术在DP22井常规井眼的应用情况
该井三开水平段采用氮气泡沫钻井液技术于2009年10月9日开始使用Φ215.9mm的PDC钻头试钻进，按照施工参数：氮气排量80m3/min，泡沫基液排量4L/s进行循环，循环正常后开始钻进。钻进过程中，钻压控制在10～40KN以内，钻进正常，接单根正常，返砂效果良好，泡沫钻井液性能：发泡体积400～450ml，半衰期：30～40min，井底当量密度0.21g/cm3，充分表明泡沫钻井液性能较好地满足了水平井的携岩要求，钻进过程中实现后效点火，实现了钻进过程的欠平衡钻进。本井于2009年11月11日钻进至井深采4442m结束，水平段总进尺1500m，平均机械钻速10.26m/h，创出该项技术水平井水平段最大施工纪录。
（3）氮气泡沫钻井液技术在DP19井小井眼的应用情况
该井于2009年9月5日自井深2693.42m开始使用Φ152.4mm的钻头进行钻进。采用的钻进参数：钻压2～3t，螺杆转速35rpm，注气量50～60m3/min，液量3～5L/s。泡沫返出正常，携岩正常，随着井深增加、水平段增长及时补充发泡剂、井壁稳定保护剂等材料用量，控制泡沫钻井液的性能（发泡体积不低于400mL，半衰期在20min以上），较好地满足了钻井要求，成功地于10月8日钻至设计井深3893.42m，国内采用该项技术首次完成小井眼水平段长1200m的钻井施工。
4 结论与建议
（1）采用的氮气泡沫钻井液配方及工艺技术，有效地满足了水平井的携岩要求，机械钻速提高明显。
（2）该项技术有利于低压低渗储层的保护和发现，钻进过程中实现的井底当量密度较低，起钻前采用吹干井眼法，使井底压力更低，既减少了液体对储层的侵入和浸泡，又有利于发现和评价储层，也为此类储层的勘探开发提供了有效技术手段。
（3）随着水平段的增长，在钻井过程中应严格执行短起下措施，特别是在钻速较快的井段尤为重要，这样有利于消除岩屑床，保证井下安全。建议控制钻速不超过10m/h。
参考文献
[1] 杨景利，薛玉志，张斌，等. 分1井大井眼空气可循环泡沫钻井液技术[J]. 钻井液与完井液，2007，24（增刊）：86-88
[2] 王俊涛，杨景利.川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术[J]. 钻井液与完井液，2011，28（1）：5-7