趙曉竹（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院）

環(huán)保型欠平衡水平井可循環(huán)泡沫鉆井液的研究與應(yīng)用

趙曉竹（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院）

欠平衡鉆井工藝及水平井鉆井工藝在提高采收率、節(jié)約鉆井成本和保護(hù)油氣藏等方面具有顯著的優(yōu)勢。開展了環(huán)保型欠平衡水平井可循環(huán)泡沫鉆井液研究，室內(nèi)篩選了發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、抑制劑，研制了適合欠平衡泡沫水平井鉆進(jìn)的環(huán)保型可循環(huán)霧化泡沫鉆井液配方，并對其抑制性、抗污染能力（抗巖屑、抗地層水、抗油）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，通過優(yōu)選配方及合理的優(yōu)化鉆井參數(shù)及鉆井工藝，實(shí)現(xiàn)泡沫可回收利用，提高泡沫鉆井液的環(huán)保性；同時(shí)實(shí)現(xiàn)泡沫水平段鉆進(jìn)，打開了儲(chǔ)層，確保了地質(zhì)錄井及時(shí)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層，在環(huán)保的同時(shí)有效降低了鉆井成本。

欠平衡水平井可循環(huán)泡沫鉆井液環(huán)保保護(hù)儲(chǔ)層可回收

引言

目前許多石油公司、鉆井公司及服務(wù)公司都在尋求降低勘探開發(fā)費(fèi)用、提高經(jīng)濟(jì)效益的方法和途徑［1-2］，油基鉆井液雖可用于儲(chǔ)層，但環(huán)保壓力較大，以降低鉆井成本和提高采收率為目的欠平衡水平井鉆井技術(shù)恰恰滿足了這方面的要求［2］。為將二者有效結(jié)合，同時(shí)，由于一次性泡沫及化學(xué)消泡在環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)性方面存在不足，因此，開展了環(huán)保型欠平衡水平井可循環(huán)泡沫鉆井液研究。

泡沫鉆井液是以泡沫作為鉆井液的一種欠平衡鉆井技術(shù)，可顯著提高鉆速，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并保護(hù)油氣層，提高采收率，特別適用于目前大量存在的低壓、低滲等難開發(fā)油氣藏［3］。泡沫鉆井過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是地面消泡。一次性鉆井液體系流程簡便，易于實(shí)施。在應(yīng)用過程中需要不斷地對井底返出的泡沫鉆井液進(jìn)行分離和消泡，消泡過程大多采用加入化學(xué)消泡劑的方法，分離、消泡后鉆井液被廢棄，除造成鉆井液大量損耗，廢棄的鉆井液中含有大量的鉆屑、起泡劑、消泡劑、緩蝕劑等污染物質(zhì)，污染環(huán)境［3］。

可循環(huán)泡沫鉆井液體系是指對返出井口的泡沫進(jìn)行處理（物理或化學(xué)方法），然后添加一定量的化學(xué)制劑，對鉆井液進(jìn)行二次起泡循環(huán)利用，在保留了泡沫鉆井液優(yōu)勢的同時(shí)，環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)性方面均得到了大幅度提高。

1　霧化泡沫鉆井液配方的研制

1.1發(fā)泡劑的優(yōu)選

霧化泡沫鉆井液的表面活性劑的篩選原則以發(fā)泡量大、抗高溫、抗污染能力強(qiáng)以及半衰期適中為原則，室內(nèi)采用傾注法對常用的表面活性劑進(jìn)行了評價(jià)。對FP-1、AES、K12、尼納爾、F873發(fā)泡劑常溫發(fā)泡性能進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果見表1。

表1　25℃下不同表面活性劑的起泡效果對比

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在常溫常壓下FP-1與K12等發(fā)泡劑具有溶解性好、易發(fā)泡以及泡沫質(zhì)量細(xì)膩等特點(diǎn)，因此，F(xiàn)P-1與K12發(fā)泡劑具有較好的發(fā)泡能力。

1.2穩(wěn)泡劑的優(yōu)選

實(shí)驗(yàn)選用聚丙烯酰胺、WP-1、羧甲基纖維素三個(gè)聚合物為穩(wěn)泡劑，表面活性劑為FP-1加量2.0%，泡沫效果見表2。

表2　25℃下穩(wěn)泡劑的穩(wěn)泡效果評價(jià)

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，部分水解聚丙烯酰胺穩(wěn)泡劑、CMC纖維素類均存在水溶性效果較差，尤其當(dāng)部分水解聚丙烯酰胺穩(wěn)泡劑、CMC纖維素類加量大于0.3%后，基液的發(fā)泡效果受到一定的影響；同時(shí)，水解聚丙烯酰胺穩(wěn)泡劑基液具有“爬桿效應(yīng)”，不利于配置優(yōu)質(zhì)霧化泡沫液，而穩(wěn)泡劑WP-1具有較強(qiáng)的泡沫穩(wěn)定能力，并且與發(fā)泡劑具有較好的協(xié)同作用。

1.3霧化泡沫鉆井液抑制劑的優(yōu)選

常用的抑制劑一般為KCl以及聚合物類抑制劑，對于霧化泡沫體系，抑制劑的加入在增強(qiáng)泡沫體系抑制性的同時(shí)，又不會(huì)影響泡沫的性能。抑制劑不同加量下的泡沫高度以及半衰期變化見表3、表4。

表3　KCl（2%FP-1）抑制劑對泡沫性能的影響

表4　YG-1（2%FP-1）抑制劑對泡沫性能的影響

從表3、表4可以看出，抑制劑YG-1的加入基本對霧化泡沫性能影響較小。隨抑制劑YG-1加量的增加，泡沫高度逐漸減小，但仍具有較好的發(fā)泡效果。

抑制劑的最主要作用為提高體系的抑制性，因此，對不同抑制劑加量下的巖屑回收率進(jìn)行了測定，結(jié)果見表5。

表5　泥頁巖巖屑回收率

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入抑制劑后的泡沫抑制性明顯高于清水的抑制性，最低巖屑回收率為25.6%，最高巖屑回收率達(dá)80.5%，滿足了提高抑制性的需要。實(shí)驗(yàn)表明，適當(dāng)加入抑制劑不會(huì)影響泡沫的性能，因此，選定YG-1作為此泡沫體系的抑制劑。

1.4霧化泡沫鉆井液抗地層水、抗油及抗巖屑侵實(shí)驗(yàn)

在欠平衡泡沫水平井鉆進(jìn)過程中，為了確保霧化泡沫液與地層水及原油具有較好的相容性，要求霧化泡沫液具有較強(qiáng)的抗地層水、抗油污染能力以及抗巖屑污染能力。

在升深4井侏羅系第SI-2層地層中進(jìn)行抗鹽、抗油侵、抗巖屑侵能力實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表6、表7、表8。

表6　25℃下霧化泡沫鉆井液體系的抗鹽能力

表7　霧化泡沫鉆井液體系抗油侵能力

表8　霧化泡沫鉆井液體系抗巖屑侵能力

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，霧化泡沫鉆井液具有較強(qiáng)的抗鹽能力，滿足現(xiàn)場霧化泡沫鉆井工藝技術(shù)要求。

2　水平段欠平衡泡沫鉆井應(yīng)用

2.1水平段鉆進(jìn)基本概況

翻172-平160井是部署在黑龍江省肇源縣裕民鄉(xiāng)境內(nèi)長10區(qū)塊長43-長39井區(qū)，屬于松遼盆地中央坳陷區(qū)朝陽溝階地薄荷臺(tái)鼻狀構(gòu)造西部的1口水平采油井。原設(shè)計(jì)為三開水平段1200～1974.22m（垂深1021.12～1126.47m）采用泡沫鉆井液打開儲(chǔ)層，技套下深1198m，口袋1～2m，技套進(jìn)入油層1～2m，泡沫鉆井液直接進(jìn)入砂巖層鉆進(jìn)。而實(shí)際二開水平段鉆井深1353m，技套下深1343.73m，口袋9.27m，技套并未進(jìn)入油層，采用硅基陽離子鉆井液體系鉆至井深1454.51m，見到油砂，鉆換為泡沫水平井鉆進(jìn)。

2.2泡沫欠平衡鉆進(jìn)情況

泡沫鉆進(jìn)段鉆具組合：Φ215mm鉆頭（B425）+配合接頭+K7LZ×7.0DW螺桿1.00°+強(qiáng)制型箭形回壓閥（2只）+Φ172mm無磁鉆鋌（1根）+EM-MWD儀器（懸掛短接+絕緣接頭+轉(zhuǎn)換接頭）+Φ127mm無磁加重鉆桿（1根）+Φ127mm加重鉆桿（12根）+Φ127mm鉆桿（90根18°臺(tái)肩）+Φ127mm加重鉆桿（12根）+Φ127mm鉆桿（18°臺(tái)肩）+鉆桿旋塞（1只）+強(qiáng)制型箭形回壓閥（1只）+方鉆桿。

泡沫鉆進(jìn)參數(shù)：注氣量70～71m3/min，注液量5.8L/s，注氣壓力4.78～5.32MPa，鉆壓8t，轉(zhuǎn)速25r/min，扭矩4kN·m。

鉆至井深1529.78m，打開油層，結(jié)束泡沫鉆進(jìn)，期間錄井撈砂熒光顯示良好?，F(xiàn)場鉆井施工參數(shù)見表9。

應(yīng)用HUBS軟件，根據(jù)實(shí)際井深、注氣量、注液量、注氣壓力等參數(shù)計(jì)算出不同井深實(shí)際當(dāng)量密度、流體返速、節(jié)點(diǎn)返速、欠壓值（表10）。當(dāng)量密度隨測深變化見圖1。

圖1　翻172-平160井泡沫鉆井當(dāng)量密度隨測深的變化

2.3泡沫可回收利用情況及其現(xiàn)場性能

應(yīng)用泡沫鉆井工藝實(shí)現(xiàn)了基液可回收利用，回收液處理后的性能能夠滿足現(xiàn)場施工要求，有效降低了成本。泡沫基液回收前后性能見表11。

表9　翻172-平160井泡沫鉆井液鉆井施工參數(shù)

表11　泡沫基液回收前后性能

翻172-平160井共使用泡沫基液649m3，該井累計(jì)使用清水配制泡沫基液265m3，回收液配制基液384m3，回收液處理后的性能能夠滿足現(xiàn)場施工要求。霧化泡沫可循環(huán)利用率達(dá)到59.1%，達(dá)到預(yù)期降低成本要求。

2.4儲(chǔ)層保護(hù)效果

采用泡沫欠平衡鉆井工藝技術(shù)有效保護(hù)了儲(chǔ)層，確保了地質(zhì)錄井及時(shí)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層。泡沫鉆進(jìn)段巖性及油氣顯示見表12。

表12　泡沫鉆進(jìn)段巖性及油氣顯示

3　結(jié)論

1）所研制的泡沫鉆井液抑制性較強(qiáng)，在現(xiàn)場施工過程中保證了井壁的穩(wěn)定性。

2）泡沫鉆井抗地層水、抗油及巖屑污染能力均較強(qiáng)，滿足了現(xiàn)場施工要求。

3）翻172-平160井是大慶油田首次將泡沫鉆井工藝應(yīng)用于水平井，最大程度地保護(hù)油氣層不受污染。泡沫水平井鉆井技術(shù)在該井獲得了初步成功，為以后兩種鉆井技術(shù)的進(jìn)一步完美結(jié)合積累了經(jīng)驗(yàn)，填補(bǔ)了大慶油田該項(xiàng)技術(shù)的空白。

4）實(shí)現(xiàn)了泡沫水平段鉆進(jìn)，成功打開了儲(chǔ)層，確保了地質(zhì)錄井及時(shí)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層。

5）實(shí)現(xiàn)了泡沫可回收利用，在保留了泡沫鉆井液優(yōu)勢的同時(shí)，環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)性方面均得到了大幅度提高，有效降低了鉆井成本。

［1］呂振華，成效華，宋玉寬，等.欠平衡鉆井完井液技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.油田化學(xué)，2001，18（1）：3-7.

［2］楊虎，江勇，胡軍，等.牛102井欠平衡泡沫水平井鉆井技術(shù)［J］.石油學(xué)報(bào)，2002，23（1）：88-93.

［3］王傳偉，倪紅堅(jiān)，王瑞和，等.泡沫鉆井液消泡技術(shù)［J］.鉆采工藝，2011，34（2）：106-108.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.005.015

2015-01-07）

趙曉竹，工程師，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）（化學(xué)工程專業(yè)），從事鉆井液體系及防漏堵漏技術(shù)研究工作，E-mail：zhaoxiaozhu@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶市紅崗區(qū)八百坰鉆井工程技術(shù)研究院鉆井液技術(shù)研究所，163413。