陳智暉 蘭 林 楊文靜 夏海英

（中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院）

川西地區(qū)氣藏開發(fā)面臨越來越多的低品位儲層，這些儲層在區(qū)域和層位上均具有較大差異，開發(fā)難度大，采用常規(guī)定向井開采，氣藏開發(fā)經(jīng)濟效益差、單層壓裂后廢棄壓力高、氣藏采收率較低。為此，川西地區(qū)開始采用“水平井鉆井＋分段壓裂改造”技術(shù)進行開發(fā)。但在水平井，特別是水平段長度超過1 000m的水平井鉆井中極易出現(xiàn)井眼摩阻高、井壁穩(wěn)定性差和巖屑床等問題，已成為影響鉆井安全和周期的關(guān)鍵因素。針對這些難題，研究出了針對川西地區(qū)長水平井段鉆井的抑制性強、摩阻低的聚胺仿油基鉆井液，并進行了現(xiàn)場應(yīng)用。

1 長水平井段鉆井對鉆井液性能需求分析

川西中淺層水平井具有目的層埋深淺、水平段長、位垂比大的特點（表1），施工中存在：

（1）水平段長、井眼軌跡復(fù)雜，易阻卡；

（2）長裸眼、大斜度、大井徑井段井眼清潔困難；

（3）水平段砂巖和泥巖互層，易發(fā)生井壁失穩(wěn)和摩阻增大等問題。

表1 川西中淺層水平井基本情況Table 1 Basic situation of shallow horizontal wells in western Sichuan

針對中淺層水平井中存在的難點和問題，鉆井液應(yīng)具有：

（1）良好的潤滑性能，水平井段控制摩阻系數(shù)在0.1以下；

（2）良好的動塑比，體系的動切力和終切保持在適當(dāng)?shù)姆秶?，能夠懸浮住巖屑，維持井眼清潔；

（3）良好的封堵性能和抑制能力，能夠在鉆遇砂巖夾泥巖或大段泥巖的情況下，保證井壁的穩(wěn)定性。

2 聚胺仿油基鉆井液研究

2.1 主要處理劑特點

據(jù)文獻報道，聚胺是一種具有強抑制性的低相對分子質(zhì)量陽離子聚合物。其抑制性作用機理為：聚胺分子在水中解離形成NH＋4，進入粘土層間，置換水化陽離子并與硅氧烷基形成氫鍵結(jié)合，降低層間距，減弱粘土水化；同時，聚胺分子鏈上的疏水部分覆蓋在黏土表面，阻止水分子進入，進一步抑制粘土水化［1］。

仿油基處理劑MEG（甲基葡萄糖甙）是一種聚糖類高分子物質(zhì)的單體衍生物，為環(huán)式單體。MEG分子鏈上含有4個強親水羥基基團和一個弱親油甲氧基基團，這種結(jié)構(gòu)使其能夠在井壁上形成一層類似油包水泥漿的吸附膜，把巖石中的水和鉆井液中的水分隔開來。這種分子特性使得MEG在鉆井液中具有：

（1）抑制作用；

（2）封堵、潤滑作用；

（3）去水化作用；

（4）降濾失作用。

聚胺仿油基鉆井液是以聚胺和仿油基處理劑MEG為主要處理劑的鉆井液體系。這種組合方式結(jié)合了兩種處理劑的優(yōu)點，既保證了體系具有較強的抑制性又兼具了高潤滑性和良好的降濾失性，能夠滿足川西長水平井段的鉆井施工需求。

2.2 室內(nèi)實驗

2.2.1 聚胺性能評價

目前，聚胺種類繁多、性能差異較大，選擇常用的聚胺產(chǎn)品進行性能評價。從表2和表3評價數(shù)據(jù)可以看出：聚胺處理劑的抑制性能均大大優(yōu)于KCl溶液；聚胺①在抑制性方面優(yōu)于其他聚胺處理劑，起泡率略為偏高，但其在鉆井液中加量相對較小，對鉆井液起泡性能影響不大。綜合考慮，選擇聚胺①為聚胺仿油基鉆井液所有抑制劑。

表2 聚胺抑制劑泥頁巖滾動回收性能評價Table 2 Shale scroll recycling performance evaluation of polyamine

表3 聚胺抑制劑起泡性能評價Table 3 Blistering performance evaluation of polyamine

對優(yōu)選的聚胺①進行加量與抑制性變化關(guān)系評價，從實驗結(jié)果（圖1）可以看出，聚胺的加入能大大提高液體的抑制性能，并隨加量的增加抑制性呈增強趨勢。

2.2.2 MEG性能評價

實驗結(jié)果（圖2）表明，當(dāng)w（MEG）＜15%，MEG溶液抑制性能較差；而當(dāng)w（MEG）≥15%，MEG溶液抑制性突然大大提高。實驗結(jié)果與國內(nèi)外報道中對MEG作為抑制劑的加量推薦值趨勢一致。從MEG處理劑的結(jié)構(gòu)特點分析，其強抑制性主要是通過覆蓋井壁，親油基阻隔水分子進入而達到的，這也決定了MEG處理劑強抑制性作用必須在加量達到一定值時才能體現(xiàn)。

從表4可以看出，MEG在降濾失和潤滑性能方面也有良好的表現(xiàn)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的MEG就能大大降低鉆井液的濾失量并且能改善泥餅質(zhì)量；同時隨MEG的加入，鉆井液的潤滑系數(shù)也逐漸降低，改善了鉆井液的潤滑性能。

表4 MEG加量對鉆井液性能影響情況Table 4 Effect of MEG dosage on drilling fluid properties

MEG做為抑制劑加量較多而致使用成本較高，在聚胺仿油基體系中已有具有強抑制作用的聚胺處理劑，故MEG在體系中主要作為降濾失劑和潤滑劑使用，在抑制性方面僅為輔助作用。

2.2.3 鉆井液配方優(yōu)化及性能評價

將聚胺和MEG處理劑與常用的降濾失劑和潤滑劑做配伍性評價實驗，這兩種處理劑與絕大部分處理劑配伍性能良好，現(xiàn)場應(yīng)用時，便于處理劑的選擇。優(yōu)化出的聚胺仿油基鉆井液基本配方如下：4%（w）NV－1＋0.3%（w）聚合物包被劑＋0.2%（w）聚合物降粘劑＋3%（w）瀝青類防塌劑＋0.8%（w）聚胺①＋3%（w）MEG＋1%（w）聚合物降濾失劑＋4%（w）潤滑劑①＋2%（w）潤滑劑②＋重晶石。

表5 聚胺仿油基鉆井液熱滾（100℃、16 h）后性能Table 5 Performance after heating of polyamine imitation oil－based drilling fluid（100℃，16h）

從表5體系性能評價結(jié)果可以看出，該體系流變合理；濾失量較低，泥餅薄而致密；潤滑系數(shù)和粘附系數(shù)也均低于0.1，潤滑性能非常優(yōu)良。

從圖3可以看出，聚胺仿油基鉆井液在抑制性方面較常規(guī)的正電膠、鉀石灰抑制體系具有顯著優(yōu)勢，抑制水平接近了油基泥漿，能有效地抑制泥頁巖的水化膨脹。適合在中淺層長水平井段（含泥頁巖層位）使用，能有效地減低摩阻、維持井壁穩(wěn)定，保證施工順利進行。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

目前，聚胺仿油基鉆井液體系已在川西60余口水平井使用，現(xiàn)場應(yīng)用情況良好（表6、表7、圖4、圖5和表8）。從現(xiàn)場鉆井液的性能檢測情況可以看出，聚胺仿油基體系在現(xiàn)場應(yīng)用中流變性、降濾失性和潤滑性等方面性能良好，完全滿足長水平井段的施工對鉆井液的性能要求。在抑制性能方面，現(xiàn)場鉆井液均表現(xiàn)出較強的抑制性，滾動回收率均在90%左右。取現(xiàn)場鉆井液對泥頁巖巖心進行高溫膨脹性能測定，336h的膨脹率僅為0.16%，在作業(yè)時間內(nèi)有效地抑制了泥頁巖的水化膨脹。

表6 現(xiàn)場鉆井液性能Table 6 Properties of field drilling fluid

表7 現(xiàn)場鉆井液抑制性能Table 7 Inhibition performance of field drilling fluid

表8 現(xiàn)場鉆井情況統(tǒng)計Table 8 Statistics of drilling situation

該體系在現(xiàn)場施工過程中表現(xiàn)出良好的性能優(yōu)勢，成功地解決了水平井段易出現(xiàn)的摩阻難以控制、井壁不穩(wěn)定等現(xiàn)象，減少了井下復(fù)雜情況的發(fā)生，提高了鉆井效率。在MP75－1H井，順利地完成了500 m左右的泥頁巖層位水平鉆進，現(xiàn)場返出巖屑中未出現(xiàn)過于細(xì)小巖屑，且大小分布均勻，說明了該聚胺仿油基體系能有效地抑制泥頁巖層段的水化膨脹。

4 認(rèn)識及結(jié)論

（1）聚胺仿油基鉆井液性能穩(wěn)定，聚胺在體系中主要起抑制作用，MEG主要作為潤滑劑使用，兼具抑制和降濾失功效。

（2）聚胺仿油基鉆井液流變性能合理、濾失量小且濾餅薄，抑制性強和潤滑性優(yōu)于常規(guī)鉆井液，接近油基鉆井液水平。鉆進過程中井壁穩(wěn)定，井徑擴大率保持在較低范圍，滿足川西地區(qū)長水平井段鉆井需要。

［1］邱正松，鐘漢毅，黃維安.新型聚胺頁巖抑制劑特性及作用機理［J］.石油學(xué)報，2011，32（4）：678－682.