牛曉 （中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊830011）

熊漢橋 （油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （西南石油大學(xué)），四川 成都610500）

何仲，潘麗娟 （中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊830011）

近年來鑒于油氣開采的新需求，發(fā)展了一種類油基性能的高性能水基強(qiáng)抑制鉆井液，這種鉆井液具有良好的抑制性能，同時(shí)又低于油基鉆井液的成本。在國(guó)外，利用這種 “多功能、強(qiáng)抑制、低成本”的設(shè)計(jì)理念［1］研究出了一種新型的高性能水基鉆井液體系HPWBM，該體系很好地解決了井壁周圍巖石水化膨脹分散的問題，同時(shí)還提高了一系列諸如提高鉆速、保護(hù)油氣層、減少壓力傳遞、減少鉆頭泥包、抑制天然氣水合物形成的性能。在國(guó)內(nèi)，研究人員在高性能水基鉆井液的研制方面也取得了很大的進(jìn)展，研究出了一系列的高性能水基鉆井液體系［2］。例如，胡進(jìn)軍等［3］的PDF-PLUS聚胺聚合物鉆井液；孔慶明等［4］報(bào)道ULTRADRIL水基鉆井液在張海502FH井的應(yīng)用；王薦等［5］研制了一套無黏土相聚胺強(qiáng)抑制鉆井液；屈沅治等［6］采用催化胺化法研制出一種新型胺基抑制劑并形成鉆井液體系。

筆者在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，同時(shí)結(jié)合西北油田順9區(qū)塊的鉆井特點(diǎn)，研究出匹配性能良好、成本低、鉆進(jìn)效率高、同時(shí)滿足儲(chǔ)層保護(hù)要求的鉆井液。

1 鉆井液處理劑優(yōu)選

1.1 強(qiáng)抑制劑篩選

篩選了國(guó)內(nèi)外數(shù)種強(qiáng)抑制劑進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分別進(jìn)行了滾動(dòng)回收率試驗(yàn)、線性膨脹試驗(yàn)、流變性能（最佳加量）試驗(yàn)、巖心浸泡試驗(yàn)。從表1評(píng)價(jià)結(jié)果可知，KCl、CFY-01、HPA等具有較強(qiáng)的防塌性和比較好的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)文獻(xiàn) ［7］，將KCl與其他處理劑復(fù)配使用，效果上比單純使用某一種處理劑更好。

1.2 防塌劑篩選

鑒于在強(qiáng)抑制劑的篩選試驗(yàn)中采用了胺基類抑制劑，根據(jù)聚合醇、聚醚多元醇、聚合脂、陽離子瀝青粉、鋁基防塌劑等處理劑之間的協(xié)同作用，篩選出鋁基防塌劑和胺基抑制劑共用的效果更好。試驗(yàn)中收集了多種鋁基防塌劑進(jìn)行分析 （見表2）。

由表2可以看出，通過滾動(dòng)回收率試驗(yàn)、16h線性膨脹試驗(yàn)、流變性能 （最佳加量）試驗(yàn)，可知DLP-1的性能均較好。因此在該次試驗(yàn)中采用DLP-1作為體系的防塌劑。

表1 強(qiáng)抑制劑篩選與評(píng)價(jià)

表2 防塌劑篩選與評(píng)價(jià)

1.3 其他主要處理劑篩選

1）增黏劑 評(píng)價(jià)黃原膠XC、聚合氯化鋁PAC、羧甲基纖維素CMC、聚丙烯酰胺PAM、羥乙基纖維素HEC、無機(jī)增黏劑SWZN、CNM等處理劑抗溫抗鹽抗鈣及表觀黏度等性能，優(yōu)選出PAC-LV、PAC-HV復(fù)配作為增黏劑。

2）降濾失劑 根據(jù)表3中評(píng)價(jià)的多種處理劑試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選出抗鹽抗鈣高溫降濾失劑作為降濾失劑。

表3 降濾失劑篩選與評(píng)價(jià)

3）無滲透處理劑 評(píng)價(jià)了BST-Ⅱ、OCL-BST、DL-701、QCX-2等4種處理劑，通過加入前后失水量測(cè)定、泥餅承壓試驗(yàn)、流變性能試驗(yàn)等，篩選出BST－Ⅱ作為無滲透處理劑。

4）潤(rùn)滑劑 評(píng)價(jià)了DNP、TRH-2兩種處理劑的潤(rùn)滑性能，其中DNP潤(rùn)滑系數(shù)最小 （0．1153），選擇DNP作為潤(rùn)滑劑。

5）加重劑 評(píng)價(jià)了保護(hù)油氣層的BGH-Ⅰ、活化重晶石、2種普通重晶石粉等4種加重劑，進(jìn)行密度篩選及酸溶率測(cè)定，篩選出BGH－Ⅰ作為加重劑。

6）聚磺處理劑 聚磺處理劑能有效地降低鉆井液高溫高壓失水，提高井壁的穩(wěn)定性。在順9井區(qū)現(xiàn)用水基鉆井液中，基本上采用聚磺鉆井液體系，應(yīng)用效果上加入三磺處理劑的鉆井液要明顯優(yōu)于其他鉆井液。同時(shí)由于聚磺處理劑適用范圍較廣，使用效果比較好，成本較低，抗污染性能力也比較好，使用劑量比較大，能對(duì)體系性能起到較大的影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用情況，結(jié)合鉆井液研制的要求，提取現(xiàn)場(chǎng)鉆井液的優(yōu)點(diǎn)，在配方中加入經(jīng)典的聚磺體系處理劑，提高鉆井液的整體性能。

1.4 處理劑配伍性評(píng)價(jià)

考慮到處理劑優(yōu)選，如強(qiáng)抑制劑、防塌劑、增黏劑、潤(rùn)滑劑、加重劑、聚磺處理劑優(yōu)選試驗(yàn)均為單劑試驗(yàn)，不能全面考慮到與其他處理劑的配伍性，故對(duì)多種處理劑間配伍性進(jìn)行試驗(yàn)性能評(píng)價(jià)，試驗(yàn)配方見表4。配方評(píng)價(jià)結(jié)果如圖1所示，可以看出，處理劑配伍性良好，滾動(dòng)回收率最高可達(dá)94．6%。

表4 處理劑配伍性評(píng)價(jià)配方

圖1 處理劑配伍性評(píng)價(jià)結(jié)果

2 高性能強(qiáng)抑制鉆井液配方建立及評(píng)價(jià)

2.1 配方的建立

順9區(qū)塊志留系儲(chǔ)層屬于低孔特低滲且裂縫／微裂縫發(fā)育的砂巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)層敏感性礦物含量高，水敏／鹽敏性強(qiáng)。因此需要從3個(gè)方面進(jìn)行鉆井液設(shè)計(jì)：①防儲(chǔ)層敏感性損害，采用鉀基＋胺基強(qiáng)抑制劑；②防儲(chǔ)層孔喉堵塞，采用多級(jí)架橋精確暫堵技術(shù)［8］；③防裂縫／微裂縫損害，采用無滲透處理劑＋裂縫暫堵粒子。

鉆井液儲(chǔ)層保護(hù)功能配方設(shè)計(jì)為鉆井液基液＋強(qiáng)抑制劑＋KCl＋復(fù)合暫堵粒子＋無滲透處理劑＋變形粒子＋其他。其中復(fù)合暫堵粒子和變形粒子的設(shè)計(jì)依據(jù)多級(jí)架橋精確暫堵技術(shù)進(jìn)行。

根據(jù)順9井組儲(chǔ)層巖心孔喉區(qū)間滲透率貢獻(xiàn)率 （圖2）統(tǒng)計(jì)表明，順9井組儲(chǔ)層巖心孔喉區(qū)間對(duì)滲透率貢獻(xiàn)率最大的孔喉主要集中在0．4～1．0μm，1．0～1．6μm和2．5～6．3μm這3個(gè)區(qū)間，這3個(gè)區(qū)間孔喉對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)率分別為56．87%、21．57%和15．95%，3個(gè)區(qū)間的累計(jì)貢獻(xiàn)率為94．39%，表明儲(chǔ)層連通孔喉中對(duì)滲透率貢獻(xiàn)率較大的孔喉總體非常細(xì)小。設(shè)計(jì)多級(jí)架橋粒子為1．5%～2．0%CaCO3（3000目）＋0．2%～0．5%CaCO3（1500～2000目）＋0．1%～0．3%纖維粒子。室內(nèi)進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)后，得到的高性能強(qiáng)抑制水基鉆井液配方：

4%膨潤(rùn)土漿＋5%KCl＋1%～3%強(qiáng)抑制劑＋3%防塌劑DLP-1＋0．1%～0．15%增黏劑PAC-LV＋0．1%～0．15%增黏劑PAC-HV＋3%降濾失劑CF230＋2%～3%無滲透處理劑BST－Ⅱ＋1．5%～2．5%潤(rùn)滑劑DNP＋2%～3%磺甲基酚醛樹脂SMP-1＋2%～3%褐煤樹脂SPNH＋2%～3%磺化褐煤SMC＋油層保護(hù)劑 （1．5%～2．5%復(fù)合暫堵粒子＋0．5%～1．5%變形粒子）＋加重劑BGH－Ⅰ。

圖2 順9井組儲(chǔ)層巖心孔喉區(qū)間滲透率貢獻(xiàn)率曲線

2.2 常規(guī)性能評(píng)價(jià)

測(cè)定高性能強(qiáng)抑制水基鉆井液的常規(guī)性能，包括流變性、API失水量、高溫高壓失水量等，結(jié)果如表5所示。

表5 高性能強(qiáng)抑制水基鉆井液常規(guī)性能評(píng)價(jià)

2.3 抗污染性能評(píng)價(jià)

體系的抗污染性能評(píng)價(jià)進(jìn)行了包括抗鹽、抗鈣、抗巖屑污染性能評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見表6?？梢钥闯觯擉w系熱滾前后流變性能變化不大，具有良好的抗污染能力。

2.4 抑制性評(píng)價(jià)

抑制性評(píng)價(jià)包括滾動(dòng)回收率評(píng)價(jià)和線性膨脹評(píng)價(jià)。試驗(yàn)采用順9井儲(chǔ)層巖屑進(jìn)行試驗(yàn)，用以考察鉆井液體系的抑制性，試驗(yàn)結(jié)果見表7、8。

表6 高性能強(qiáng)抑制水基鉆井液抗鹽性能評(píng)價(jià)

表7 鉆井液體系滾動(dòng)回收率試驗(yàn)

表8 鉆井液體系抑制膨脹試驗(yàn)

由表7試驗(yàn)結(jié)果可知，該強(qiáng)抑制水基鉆井液體系的滾動(dòng)回收率達(dá)到了94．64%，表明該鉆井液體系對(duì)易坍塌分散巖樣具有非常強(qiáng)的抑制分散能力。由表8試驗(yàn)結(jié)果可知，強(qiáng)抑制水基鉆井液16h膨脹率只有8．25%，表明該強(qiáng)抑制水基鉆井液體系及加重后對(duì)易坍塌、易膨脹鉆屑具有非常強(qiáng)的抑制能力。

2.5 沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

沉降穩(wěn)定性則是指在重力作用下鉆井液內(nèi)顆粒是否易于下沉的性質(zhì)［9］，一般用顆粒下沉速度的快慢來衡量沉降穩(wěn)定性的好壞，如兩桶加重后的鉆井液，靜止24h后分別測(cè)上部和下部鉆井液密度變化，其變化越小，則沉降穩(wěn)定性越好，越適合鉆井作業(yè)使用。試驗(yàn)中用量筒法分別對(duì)密度為1．39、1．52g／cm3的加重鉆井液的沉降穩(wěn)定性作評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果見表9。

表9 加重后鉆井液沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

從表9中可看出，密度為1．39g／cm3的加重鉆井液24h后上下密度差幾乎為0，密度為1．52g／cm3的加重鉆井液上下密度變化很小，僅有0．01g／cm3。由結(jié)果可以看出，該鉆井液體系能夠很好懸浮加重劑，密度可調(diào)性好并且性能穩(wěn)定。

2.6 保護(hù)油氣層性能評(píng)價(jià)

鉆井液動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)試驗(yàn)主要是盡量模擬實(shí)際工況，評(píng)價(jià)鉆井液對(duì)油氣層的綜合損害情況。試驗(yàn)采用SW-Ⅱ型動(dòng)態(tài)試驗(yàn)損害評(píng)價(jià)儀，參照鉆井液動(dòng)態(tài)污染試驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果見表10。從表10可以看出，動(dòng)態(tài)損害試驗(yàn)的巖心滲透率恢復(fù)值基本在85%以上，起到了很好的保護(hù)效果。

表10 強(qiáng)抑制水基鉆井液動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)

3 結(jié)論

1）形成一套高性能強(qiáng)抑制水基鉆井液體系，具有良好的抑制性能、流變性能、懸砂攜巖能力，抗溫能力達(dá)到150℃以上。

2）形成的鉆井液體系針對(duì)儲(chǔ)層敏感性損害、孔隙孔喉?yè)p害、裂縫／微裂縫損害分別提出應(yīng)對(duì)措施，有針對(duì)性地解決鉆井中可能遇到的問題。

3）形成的高性能鉆井液引入多級(jí)屏蔽暫堵技術(shù)，能夠很大程度上提高鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)性能。

4）研究的高性能水基鉆井液體系成本較低，維護(hù)方便，同時(shí)較為環(huán)保，可以滿足使用的要求。

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