探讨钻井液摩阻系数对测井施工的影响

彭宁，汪涛，宋竞松，贾思航，何应生

中国石油华北油田公司技术监督检验处 （河北 任丘 062550）

测井是完钻后在井眼中进行电、声、核等测井方法来探测岩层的地球物理特性，用以研究地下地层孔渗性、构造等地质情况，发现和评价油气层的手段。目前冀中地区所钻井井深一般为2 500～6 500 m，井型为3段制和5段制的定向井，最大井斜可达60°，地层岩性为砂泥岩交互的碎屑岩。由于裸眼井段长达3 000 m，钻遇地层分别是明化镇组、馆陶组、东营组、沙河街组和孔店组，存在多套地层压力系统[1]，导致部分区块在勘探开发过程中测井作业遇阻遇卡情况严重，其影响因素众多，主要为井眼、钻井液、仪器和人员素质等，主要探讨冀中地区钻井液摩阻系数对测井施工的影响。

1 测井遇阻卡情况

冀中地区是华北油田的一个重要勘探开发区块，测井公司2018年共测井井次807次，其中开发井641次，探井166次（表1）。遇阻卡井次241次，其中开发井遇阻卡191次，占总井次29.80%，探井遇阻卡50次，占总井次30.12%。

华北油田为了经济、高效地勘探开发地下油气资源，保护生态环境，创造显著的社会效益和经济效益，同时避免地面和地下不利条件的限制，设计了不同类型的定向井以大幅提高油气产量和降低钻井成本，定向井设计比例高达95%。在定向井的测井过程中，受井斜和井眼不规则等因素的影响，测井仪器和电缆在井眼中会发生偏移，在下放和上提过程中电缆或仪器部分贴井壁运动，导致在测井施工过程中出现遇阻卡现象。对测井公司2018年遇阻卡情况进行分析，影响测井施工的因素主要有4项。人员素质的影响主要是仪器串选择不合理、下放或上提速度不符合现场实际、测井操作违章等，所占比例仅占2%；仪器因素是仪器测速、仪器直径、仪器故障等，一般仪器直径粗遇阻卡概率大，2018年遇阻卡项目主要是核磁共振和放射性，所占比例仅占30%；井眼因素和钻井液因素产生遇阻卡比例高达68%，主要是井眼地层岩性、井眼不规则、井斜角度、钻井液性能等，如高家堡地区地层岩性含有膏盐岩，遇阻卡井次占施工井次百分比为44%，其他地区仅为23%；现在井型多为定向井，井斜角度的大小直接影响测井施工，一般井斜度数与井遇阻卡概率成正比（图1）。虽然井眼因素可引发遇阻卡现象，但钻井液因素影响也不可忽视，钻井液性能以及泥饼摩阻系数不合理都可能导致测井施工中发生遇阻卡。钻井液摩阻系数的大小对测井施工会产生很大的影响，合理调整摩阻系数可以有效地减少测井中的遇阻卡现象。

表1 冀中地区2018年测井统计表

图1 冀中地区遇阻卡井次与施工井次占比图

2 摩阻系数分析

在钻井过程中，当钻头钻过渗透性地层时，由于钻井液的液柱压力大于地层孔隙压力，在压差作用下，钻井液的液体便会渗入地层，在液体发生渗滤的同时，钻井液中的固相颗粒会附着沉积在井壁上形成一层泥饼。由于井眼具有一定斜度，且轨迹不规则，存在大小不同的曲率，在测井过程中由于仪器和电缆自重，电缆会发生弹性形变产生侧向力，使仪器和电缆部分贴井壁沿一定方向运动[2]。若电缆与井壁摩擦达到一定程度，很容易在井壁上勒出键槽，在上提和下放仪器时很容易造成测井遇阻卡，产生遇阻卡原因可能是鱼雷或仪器马笼头比电缆直径大、具有推靠臂的仪器（如密度、井径和微电阻率扫描测井仪等）在井下沿贴井壁运动、仪器推靠臂失灵、由于设备原因或电缆绞车故障以致电缆和仪器在井内停留时间过长等[3]，所以钻井液的润滑性对测井施工影响很大，特别是在超深井和大斜度井时，仪器上提和下放阻力会大幅度提高，钻井液的润滑性能对减少测井中的遇阻卡现象，保证安全顺利测井起着至关重要的作用。

钻井液的摩阻系数是反映钻井液润滑性的一个重要参数，在测井施工中，摩阻系数是测井仪器和电缆表面与钻井液之间的相互作用以及润滑剂所起作用的综合体现。如果钻井液性能差，失水过大，钻井液净化效果不理想，有害固相含量偏高，就提高了钻井液的摩阻系数。冀中地区测井遇阻卡现象可分为严重、中等和轻微3类，严重指测井仪器遇卡后进行穿芯打捞成功或仪器无法打捞造成井下事故或遇阻卡后，需要4次以上通井才完成测井任务，2018年打捞占比（打捞次数与遇卡次数）达11.57%；中等指测井遇阻卡后经2～3次通井完成测井任务，轻微指遇阻卡后小于等于1通井或经过现场技术处理完成测井任务。对2018年测井遇阻卡的156口井测井前钻井液取样进行的摩阻系数测定结果进行了分析（图2），当摩阻系数小于等于0.10时，发生微遇阻卡或测井施工顺利，摩阻系数0.10～0.14时会发生中等遇阻卡，摩阻系数大于0.14时会发生严重遇阻卡，可以得出摩阻系数对测井施工顺利与否密切相关，从研究中发现当井深比较浅时，特别是井深小于2 900 m的井摩阻系数对测井施工影响轻微，研究井中有6口井摩阻系数都大于0.1，个别井都达到了0.18，如G9-34井完钻井深2 760 m，摩阻系数为0.14，测井施工顺利完成。

图2 冀中地区遇阻卡井摩阻系数散点图

3 解决方案

目前华北油田全部使用的是水基钻井液，摩阻系数在0.15～0.25。为了使测井施工顺利进行，摩阻系数应保持在0.05～0.10，应加入有效的各类润滑剂改善其润滑性能，以保持较低的摩阻控制，从而减少测井遇阻卡，保证测井施工顺利完成。

3.1 降低钻井液失水和固相含量

良好的润滑性能的泥饼必须具有光滑、致密、薄韧3个特点，为了在测井过程中使测井仪器和电缆的摩阻力有所降低，加入降滤失剂和其他改进泥饼质量的处理剂可以改善泥饼质量和钻井液的润滑性能；使用低固相钻井液，严格控制钻井液黏土含量，搞好固相控制和净化，降低钻井液固相含量可以使泥饼黏附性减小，泥饼变薄，保证测井正常施工。

3.2 添加合适的润滑剂

由于测井仪器和电缆的某一部分点或线形与井壁的接触，两接触面间有一层极薄的润滑膜，测井仪器和电缆与井壁的摩擦与这两表面和润滑剂的特性有关，如润滑膜的厚度和强度、粗糙表面的相互作用以及液体中固相颗粒间的相互作用。通过研究认为在测井前钻井队通井时可加入塑料小球和低荧光润滑剂RH8501，以保证测井施工顺利进行。

二乙烯苯与苯乙烯共聚物的塑料小球是具有无毒、无味、无荧光、耐酸、耐碱、抗高温和抗压的一种透明球体，不溶于水和油，在准备测井时通井起钻前加入塑料小球使其贴附在井壁上，这样在测井仪器和电缆与井壁之间由滑动摩擦转化为滚动摩擦可以大幅降低仪器下行和上提阻力[4-5]。

低荧光润滑剂RH8501在华北油田使用比较普遍，是一种液体润滑剂，可以使测井仪器和电缆与井壁接触产生的固—固摩擦改变为通过表面活性剂的非极性端再吸附一层油膜。从而使测井仪器和电缆与井壁的摩阻力大大降低。

4 结论

1）钻井队在测井前通井时处理好钻井液，调整钻井液性能时一定要考虑地区、井深、井型、地层等因素，在高家堡地区摩阻系数要≤0.08,对于井深比较浅的小井斜定向井摩阻系数对测井施工的影响较小，可适当放宽。

2）测井前通井时加入一定量的润滑剂可以保证测井施工正常，防止遇阻卡现象的发生，可在下钻到底循环钻井液时加入低荧光润滑剂RH8501，起钻前加入一定量的塑料小球，使测井仪器和电缆与井壁保持润滑，减少在测井过程中井壁上键槽的产生，降低通井次数，减少遇阻卡现象，使测井施工顺利完成。