程豈凡，張寶峰，路克崇，盧　平，段曉東

（西部鉆探工程有限公司國(guó)際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000）

混原油陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)

程豈凡*，張寶峰，路克崇，盧平，段曉東

（西部鉆探工程有限公司國(guó)際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000）

室內(nèi)通過(guò)對(duì)乳化劑、潤(rùn)滑劑及原油的優(yōu)選與最佳配比的研究，在陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究出一種適合大斜度、高密度、深井、定向井混原油陽(yáng)離子鉆井液配方，并對(duì)配方進(jìn)行了抗污染、抗高溫評(píng)價(jià)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該技術(shù)有效地改善了潤(rùn)滑性、濾失性等性能，很好地解決了深井、復(fù)雜井、定向井的托壓、劃眼、粘卡等井下復(fù)雜或事故。

深井；定向井；抑制；潤(rùn)滑；事故

近年來(lái)，隨著玉門油田勘探開發(fā)的不斷深入，深井、定向井（含開窗側(cè)鉆井）越來(lái)越多。受地層高粘土含量、高溫、裂縫發(fā)育、鹽水層、石膏層等諸多地質(zhì)難點(diǎn)的制約，深井、定向井復(fù)雜事故損失率及鉆井液成本居高不下。為了解決這一問(wèn)題，不得不加入大量潤(rùn)滑劑，但潤(rùn)滑劑又普遍存在加量大、有效周期短、效果欠理想等不足之處，制約了鉆井提速和成本控制。因此，有必要研究一套更適應(yīng)玉門油田深井、復(fù)雜井、定向井的鉆井液技術(shù)。

1　玉門油田定向井難點(diǎn)分析

（1）玉門油田受高粘土礦物含量、強(qiáng)水化能力地層的影響，定向井由于鉆具與井壁接觸面積大，極易引起托壓或粘卡。

（2）非定向井下部地層不帶扶正器，而定向井在穩(wěn)斜階段需帶雙扶正器鉆進(jìn)，井壁穩(wěn)定難度大；

（3）完井電測(cè)受井徑、斜井眼、全程PDC鉆頭鉆進(jìn)臺(tái)階較多、井身質(zhì)量等因素的制約，常規(guī)測(cè)井困難。

（4）定向井較常規(guī)鉆井機(jī)速低，裸眼段浸泡時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，鉆屑研磨較細(xì)，有害固相高。

2　混原油鉆井液的發(fā)展

為了滿足地質(zhì)上保護(hù)油氣層的要求或者取芯的需要，中國(guó)于20世紀(jì)60年代研制成功了混原油鉆井液?；煸豌@井液是用油類作內(nèi)相使之分散于水外相中形成的一種分散體系（乳狀液）。這種體系最早是由于原油混入鉆井液中而自然形成的，它有效地改善了鉆井液的潤(rùn)滑性、濾失性等性能。于是開始人為地加入油類，并研究了水油乳狀液的穩(wěn)定機(jī)理，重點(diǎn)研究了乳化劑的選擇。已得到的結(jié)論有：（1）表面活性劑吸附分子間相互作用力較大者，形成的界面膜強(qiáng)度也較大；（2）復(fù)合或混合表面活性劑形成的界面膜強(qiáng)度比單一表面活性劑吸附的界面膜強(qiáng)度高，且選取的表面活性劑HLB值相差越大，形成的復(fù)合乳化劑吸附的界面膜強(qiáng)度越高；（3）乳狀液分散介質(zhì)的粘度越大，則分散相液珠運(yùn)動(dòng)的速度越慢，越有利于乳狀液的穩(wěn)定，同時(shí)乳狀液粘度也越大；（4）溫度升高將降低界面膜的強(qiáng)度。

3　室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

3.1原油優(yōu)選

依照既有的研究成果，室內(nèi)對(duì)玉門油田各油區(qū)的原油品質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查研究。具體情況見表1。

表1　玉門油田各油區(qū)原油品質(zhì)情況

根據(jù)粘度、含水、含蠟較低的標(biāo)準(zhǔn)，白楊河的原油最適合混入鉆井液中。

3.2乳化劑優(yōu)選

室內(nèi)以水為連續(xù)相，原油為分散相對(duì)乳化劑進(jìn)行了優(yōu)選。具體方法是：將原油混入清水中，高攪1min，倒入量筒，分別靜置1h和24h后讀取上層析出的原油量，計(jì)算乳化率?？紤]到乳化劑的方便性，室內(nèi)選取了現(xiàn)場(chǎng)常用的3種乳化劑，TW-60、SP-80和OP-10進(jìn)行優(yōu)配。900ml水+100mL原油+0.6%OP-10+0.2% SP-80具有較理想的乳化效果。SP-80的加入能大幅度提高乳狀液的穩(wěn)定性。SP-80加量過(guò)大時(shí)，復(fù)合乳化劑HLB值進(jìn)一步降低，乳化效果反而下降。

3.3原油最佳加量確定

室內(nèi)以0.6%OP-10+0.2%SP-80為乳化劑對(duì)不同原油加量的鉆井液潤(rùn)滑性進(jìn)行了測(cè)試，鉆井液中混入原油后能有效增強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑性，加量在10%以前，摩阻系數(shù)直線下降，10%以后摩阻系數(shù)下降較慢。見圖1。

圖1　混入原油對(duì)鉆井液潤(rùn)滑性的影響

3.4混油鉆井液最佳pH值確定

既有研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，常規(guī)陽(yáng)離子聚磺鉆井液的pH值控制在9.5～10之間。室內(nèi)對(duì)混油陽(yáng)離子鉆井液的pH值進(jìn)行了研究，結(jié)果表明pH值在10～11之間具有比較理想的流變性，所以混油陽(yáng)離子鉆井液的pH值控制為10比較合理。

3.5潤(rùn)滑劑優(yōu)選

為了進(jìn)一步提高鉆井液的潤(rùn)滑性，同時(shí)提高乳狀液的穩(wěn)定性，室內(nèi)對(duì)潤(rùn)滑劑進(jìn)行了優(yōu)選。結(jié)果表明，0.5%Kx-1+2%JxFQ-6能有效提高鉆井液的潤(rùn)滑性。

3.6流變性調(diào)整

取酒東長(zhǎng)2-24井4000m時(shí)的鉆井液（配方）（3%坂土漿+0.2NaOH+0.4%CHM+0.4%NW-1+3%HS-1+ 4%HS-2+3%DYFT-1+2%稀釋劑+1%CaO+2%潤(rùn)滑劑+5%原油+乳化劑+加重材料）作基漿做了如下流變實(shí)驗(yàn)（見表2），由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見：HS-1與FCLS、CaO配合使用降粘和調(diào)節(jié)流變性的效果更加突出。

表2　不同處理劑對(duì)鉆井液流變性的影響

3.7Ca2+對(duì)混原油鉆井液泥餅質(zhì)量的影響

室內(nèi)對(duì)Ca2+對(duì)鉆井液泥餅的影響進(jìn)行了研究（見表3），較理想的Ca2+控制范圍為800～1200mg/L。Ca2+低于800mg/L對(duì)失水和泥餅影響較小；Ca2+高于1200mg/L對(duì)失水和泥餅影響較大，且高溫后鉆井液增稠。

3.8鉆井液配方形成

根據(jù)以上研究，以原有陽(yáng)離子體系鉆井液配方為基礎(chǔ)，結(jié)合玉門油田各區(qū)塊地層特點(diǎn)，引入了原油、乳化劑，形成了現(xiàn)有的陽(yáng)離子混油定向井鉆井液配方。

配方：3%坂土漿+0.2NaOH+0.4%CHM+0.4% NW-1+3%HS-1+4%HS-2+3%DYFT-1+2%MFG+ 2%稀釋劑+1%CaO+2.5%潤(rùn)滑劑+5%～10%原油+ 0.3%～0.6%OP-10+0.1%～0.2%SP-80+加重材料。

3.9配方抑制性評(píng)價(jià)

室內(nèi)對(duì)陽(yáng)離子鉆井液混油前后的抑制性做了對(duì)比（見表4）。

數(shù)據(jù)表明：陽(yáng)離子鉆井液具有極高的抑制性，混油后抑制性有所增強(qiáng)。

表3　〔Ca2+〕對(duì)鉆井液失水和泥餅的影響

表4　不同介質(zhì)下回收率和膨脹率對(duì)比對(duì)比

3.10配方抗污染能力評(píng)價(jià)

結(jié)合玉門油田存在高壓鹽水層及地層易水化分散的特點(diǎn)，室內(nèi)對(duì)配方進(jìn)行了抗鹽及抗鉆屑侵試驗(yàn)，結(jié)果表明，配方加入5%NaCl后對(duì)性能影響不大，抗鉆屑侵能力可達(dá)到3%，說(shuō)明配方具有較強(qiáng)的抗污染能力。

4　推廣應(yīng)用情況

4.1混原油陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)應(yīng)用范圍

混原油陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)主要應(yīng)用于深井、復(fù)雜井、高密度定向井，井斜超過(guò)30°的中低密度定向井或水平井。

4.2混原油陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)在酒東區(qū)塊（高密度定向井）的應(yīng)用

長(zhǎng)2-26井是酒東一口高密度定向井，井斜30.67°，原油用量8%，鉆井周期69.5d（提前19.5d），鉆井液?jiǎn)挝怀杀?87.43元/m，事故時(shí)間15h（0.9%），復(fù)雜為零。應(yīng)用混原油陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)后，有效地解決了高密度定向井易托壓、粘卡的問(wèn)題。

4.3混原油陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)在鴨K區(qū)塊（中低密度定向井）的應(yīng)用

鴨K區(qū)塊已應(yīng)用3口井，無(wú)托壓或粘卡現(xiàn)象，均做到了無(wú)復(fù)雜無(wú)事故事故，測(cè)井成功率100%，平均井徑擴(kuò)大率10%以內(nèi)。

4.4混原油陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)在青西區(qū)塊（深井、復(fù)雜井）的應(yīng)用

青西區(qū)塊已應(yīng)用2口井，其中柳平1井的事故是因?yàn)榍菲胶忏@井液密度過(guò)低，不能有效平衡地層壓力導(dǎo)致，終止欠平衡后井下正常；Q2-68井事故后側(cè)鉆過(guò)程中引入了該技術(shù)，有效地降低了事故復(fù)雜損失率，縮短了鉆井周期。

5　認(rèn)識(shí)與結(jié)論

（1）混原油陽(yáng)離子鉆井液潤(rùn)滑性好、抑制性強(qiáng)、對(duì)環(huán)境影響小、成本相對(duì)較低，能很好地解決定向井托壓、粘卡和普通潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑效果差、維護(hù)周期短、加量大、成本高等問(wèn)題。

（2）混原油鉆井液中除加入乳化劑外，適當(dāng)加入潤(rùn)滑劑及合理的pH值控制能有效提高乳狀液的穩(wěn)定性。

（3）陽(yáng)離子鉆井液中混入原油后對(duì)鉆井液抑制性有一定的增強(qiáng)作用。

（4）陽(yáng)離子鉆井液中混入原油后對(duì)鉆井液流變性有一定影響，但關(guān)鍵在乳化效果，充分乳化的情況下對(duì)鉆井液流變性的影響不大，通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)即可恢復(fù)良好的鉆井液流型。

[1]穆劍.鉆井液及處理劑評(píng)價(jià)手冊(cè)[M].石油工業(yè)出版社，2007.

[2]劉禧元，夏延波，張權(quán).粘附卡鉆機(jī)理與實(shí)踐探討［J］.吐哈油氣，2009（9）：14.

TE254

B

1004-5716(2015)07-0076-03

2014-06-20

2014-07-11

程豈凡（1979-），男（漢族），甘肅酒泉人，工程師，現(xiàn)從事鉆井液技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工作。