魏子路，陳 強，雷志永，王 薦，譚梟麒*，周文濤，蔣 卓，崔應(yīng)中中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，天津

2荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州

一種聚胺類抑制劑在墾利10-1油田群的應(yīng)用

魏子路1，陳 強1，雷志永1，王 薦2，譚梟麒2*，周文濤2，蔣 卓2，崔應(yīng)中2
1中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，天津

2荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州

針對渤海墾利10-1油田群鉆井過程中穿越多層位，很難解決東營組、沙河街組井壁坍塌、掉塊，井壁失穩(wěn)的問題，通過延續(xù)活性軟泥頁巖井壁穩(wěn)定機理，選擇易調(diào)控處理劑提高抑制性，堅持上部地層軟抑制、下部地層強抑制概念，引入一種聚胺類抑制劑PF-HAS替代有機正電膠PF-JMH-YJ。該材料對軟泥巖適度抑制，又能與KCl兼容，既解決了傳統(tǒng)PEC體系流變不易控制，又解決了起下鉆阻卡問題，減少了復(fù)雜情況的產(chǎn)生；而且由于其與PEM體系兼容性好，使得PEC體系與PEM體系可以兼容，為同時鉆穿明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組直至沙河街組節(jié)省了一層套管，大大提高了作業(yè)時效，對渤海區(qū)塊其他油田的鉆井作業(yè)具有重要的指導(dǎo)意義。

井壁穩(wěn)定，抑制劑，聚胺類，兼容性，阻卡，流變性能

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1. 引言

渤海墾利10-1油田群(KL10-1區(qū)塊)明化鎮(zhèn)組、館陶組活性軟泥頁巖黏土礦物含量很高，達到了20%～50%左右，其中黏土礦物含量中主要以伊–蒙混層為主，質(zhì)量分數(shù)為60%～80%左右，且伊–蒙混層中又以蒙脫石為主，占混層比的45%～70%；其次為伊利石，占10%～35%左右，高嶺石與綠泥石含量較少，分別占據(jù)了6%和5%左右，明化鎮(zhèn)組大段活性軟泥頁巖非常容易水化分散、陽離子交換容量非常高[1] [2] [3]。

通過對探井作業(yè)期間KL10-1區(qū)塊的復(fù)雜情況統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)該區(qū)塊影響時效作業(yè)的主要因素多數(shù)屬于明化鎮(zhèn)組、館陶組地層起下鉆阻卡及東營組垮塌問題，主要包括遇阻遇卡、倒劃眼困難、頻繁蹩壓、抬鉆具、縮徑、鉆遇斷層發(fā)生井漏，返出大量泥團、巖屑和井壁掉塊等。采用傳統(tǒng)PEC體系流變性可調(diào)控性差，經(jīng)常需要大量泥漿置換來滿足對流變性的控制，而且由于正電膠抑制性偏弱，土相易分散導(dǎo)致泥餅虛厚，造成起下鉆阻卡等問題；若上部地層采用聚合物體系，下部過渡段采用PEM體系，由于過強的抑制性，上部井段易造成起下鉆困難，影響作業(yè)時效。以往采取措施是在進入東營組前下一層套管，上部井段用PEC體系，下部井段用PEM體系，嚴重影響時效，而且增大了成本。因此亟需進行體系改進升級，以滿足目前工程的需求。

2. KL10-1油田群技術(shù)難點及原因分析

2.1. 復(fù)雜情況及技術(shù)難點

根據(jù)復(fù)雜情況統(tǒng)計(表1)，探井作業(yè)期間復(fù)雜情況主要表現(xiàn)為起鉆遇阻，倒劃眼頻繁蹩抬鉆具，倒劃眼困難，以及下鉆遇阻，下劃眼困難。

Table 1. The statistics of complications in exploration wells表1. 探井復(fù)雜情況統(tǒng)計表

通過統(tǒng)計探井作業(yè)期間各井的平均倒劃眼速度只有97.6 m/h，造成倒劃眼速度偏低的主要層位為明化鎮(zhèn)組和館陶組倒劃眼困難，部分井東營組和沙河街組井段由于處理明化鎮(zhèn)組和館陶組時間長也出現(xiàn)倒劃眼困難現(xiàn)象。圖1為探井作業(yè)期間各井倒劃眼情況統(tǒng)計。

2.2. 原因分析及解決思路

綜合分析所鉆遇地層的巖性特征、鉆井液性能及現(xiàn)場施工措施初步推斷，KL10-1區(qū)塊已鉆井頻繁出現(xiàn)復(fù)雜情況的主要難點：各個地層均含有不同程度的泥巖，明化鎮(zhèn)組及館陶組巖屑組成多以伊–蒙間層為主，遇水膨脹厲害，在選擇體系時不能使用強抑制體系[4] [5] [6] [7]，只能選擇適度抑制分散的原則來保證起下鉆效率，而東營組和沙河街組巖屑性質(zhì)多為泥頁巖，容易垮塌，必須選用強抑制的不分散體系，從而保證井壁穩(wěn)定。

解決思路：上部明化鎮(zhèn)組、館陶組可盡量采用海水膨潤土漿深鉆，然后采用聚合物體系，加入聚胺抑制劑，達到適度抑制的效果，大大改善鉆井液流變穩(wěn)定性，保持井壁穩(wěn)定，待鉆進下部易垮塌地層，補充封堵劑及KCl，轉(zhuǎn)化成PEM體系，進而保證井壁的穩(wěn)定，該措施大大改善了鉆井液工藝和性能控制，同時降低了成本，節(jié)約了一層套管，使得各井段鉆井液兼容性更好[8]。

Figure 1. The statistics of backreaming velocity in KL10-1 Block圖1. KL10-1區(qū)塊探井倒劃眼速度統(tǒng)計

3. 聚胺抑制劑胺基硅醇(PF-HAS)

針對渤海墾利10-1油田群現(xiàn)場鉆井過程中穿越多層位，很難解決東營組、沙河街組井壁坍塌、掉塊，井壁失穩(wěn)等問題。對現(xiàn)用PEC及PEM鉆井液體系進行優(yōu)化升級，延續(xù)活性軟泥頁巖井壁穩(wěn)定機理，選擇易調(diào)控處理劑提高抑制性，堅持上部地層軟抑制、下部地層強抑制概念，通過引入聚胺抑制劑胺基硅醇PF-HAS，大大提高了PEC體系的抑制性，使得鉆井液的流變性更易控制，同時，PF-HAS與KCl兼容性好，使得PEC體系能夠很好地與PEM體系兼容，從而解決了鉆遇不同層位的體系轉(zhuǎn)化繁瑣及兼容性問題，大大簡化了現(xiàn)場鉆井液工藝。

PF-HAS的引入使得鉆井液體現(xiàn)出以下優(yōu)點：

1) 軟抑制體系。抑制性比PEC強，比PEM弱，主劑1% PF-HAS相當(dāng)于3% KCl的抑制性，使得上部井段起下鉆問題得到了解決，鉆井液操控性比較強。

2) 固相容量限高。傳統(tǒng)PEC體系主劑為有機正電膠，其在MBT值含量較低時，表現(xiàn)出流變性較好，后期鉆進由于鉆屑不斷增加，造成流變性惡化，用PF-HAS替代正電膠，使得體系具有高的固相容量限，可容納更多的固相，流變性更易控制。

3) 低黏高切。單純的 PF-HAS不僅提供抑制性，適量的加量還能降低體系黏度，通過復(fù)配 PF-VIF提切，實現(xiàn)了低黏高切，有利于攜砂，在使用中流變性穩(wěn)定。

4) 與PEM兼容性強。PEC體系中先加入PF-HAS再加入PEM主劑，體系同時兼具低黏高切、強抑制性的優(yōu)點，解決了不同層位不同體系的置換及井壁穩(wěn)定問題。

3.1. 胺基硅醇(PF-HAS)抑制機理

胺基硅醇(PF-HAS)是含硅羥基、胺基的有機高分子(圖2)，分子中的Si—OH鍵與黏土上的Si—OH鍵縮聚成Si—O—Si鍵，胺基通過電荷吸附在黏土顆粒表面，同時形成牢固的化學(xué)吸附；同時，PF-HAS在胺基的基礎(chǔ)上引入了硅羥基，通過對黏土表面形成疏水層，阻止了胺基對黏土顆粒的影響，因此HAS的加入對體系的流變性和濾失量影響較小。由于PF-HAS可以在黏土表面形成一層疏水基團朝外具有疏水特性的吸附層，阻止和減緩了黏土表面的水化作用，從而增加體系的抑制能力。

Figure 2. The molecular structure of PF-HAS圖2. PF-HAS分子結(jié)構(gòu)

3.2. 胺基硅醇(PF-HAS)性能評價

3.2.1. 疏水特性

胺基硅醇(PF-HAS)可改變巖石表面的親水性，從而抑制井壁的水化膨脹，有利于保證井壁穩(wěn)定。圖3為水滴在被質(zhì)量分數(shù)為1%的PF-HAS水溶液浸泡過后巖石界面的前后對比圖，可以明顯看出，PF-HAS具有明顯的疏水性，從而防止水對地層的侵入，保證井壁的穩(wěn)定。

Figure 3. The effect of amino alcohol on surface hydrophilicity of rocks圖3. 胺基硅醇對巖石表面親水性影響

3.2.2. 流變性能

用PF-HAS替代正電膠后，使得原PEC流變性能更易控制。圖4為原PEC和用PF-HAS替代正電膠后的流體流變對比圖?？梢钥闯觯琍F-HAS替代正電膠后流體的Nφ3值(六速旋轉(zhuǎn)黏度計3r/min對應(yīng)的讀值，下同)基本無變化，說明PF-HAS對體系流變性能影響很小，而正電膠的加入對體系流變性能影響較大。

流變性能試驗配方：3%海水漿 + 0.3% NaOH + 0.15% Na2CO3+ 0.2% PF-PLH + 1.5%NPAN + 2%瀝青+ 抑制劑 + 0.1%XC + CaCO3(500目)，密度加重至1.2 g/cm3。

抗鉆屑污染試驗配方：1%抑制劑+10%鉆屑。

圖5為PF-HAS質(zhì)量分數(shù)對加入鉆屑后體系流變性的影響?？梢钥闯?，采用PF-HAS使得體系動切力及Nφ3無明顯變化，說明其對流變性影響較小，黏土容納能力強，抗鉆屑污染能力強。

Figure 4. The effect of different inhibitors on rheological properties of the system圖4. 不同抑制劑對體系流變性的影響

Figure 5. Effect of PF-HAS mass fraction on the rheological properties of the system after drilling cuttings圖5. PF-HAS質(zhì)量分數(shù)對加入鉆屑后的體系流變性能影響

3.2.3. 胺基硅醇抑制性試驗

選取現(xiàn)場量較大的KL10-1油田(1475～1675 m井段)泥頁巖樣，處理成2～5 mm和過100目2種規(guī)格，通過滾動分散試驗和膨脹率試驗評價現(xiàn)場鉆井液在110℃ × 16 h條件下老化后的抑制性。試驗結(jié)果見表2和圖6。對于KL10-1油田(1475～1675 m井段)泥頁巖樣，PEC體系和改進PEC體系的滾動分散回收率 ≤85%，巖屑膨脹率降低率在85%左右，抑制性相近，同屬于軟抑制，故PF-HAS在抑制性上可替代正電膠。

Table 2. The results of rolling dispersion test表2. 滾動分散試驗結(jié)果

Figure 6. The results of shale expansion test圖6. 頁巖膨脹試驗結(jié)果

3.2.4. 與KCl兼容性

表3為傳統(tǒng)PEC體系與改進PEC體系加入KCl后性能對比?？梢钥闯?，傳統(tǒng)PEC加入KCl后的黏切力和濾失量均大于改進PEC體系，因此PF-HAS與KCl兼容性好。

Table 3. The performance comparison between traditional PEC and improved PEC after using of KCl表3. 傳統(tǒng)PEC與改進PEC加入KCl后性能對比

傳統(tǒng)PEC配方：3%海水漿 + 0.3%NaOH + 0.15% Na2CO3+ 0.3%陰離子纖維素PF-PAC-LV + 0.5%穩(wěn)定劑PF-PLH + 2%降濾失劑DYFT-II + 1%正電膠 + 0.1% XC + 3% KCl (重晶石加重至1.3 g/cm3)。

改進PEC配方：3%海水漿 + 0.3%NaOH + 0.15%Na2CO3+ 0.5%穩(wěn)定劑PF-PLH + 1.4%提切降濾失劑PF-VIF + 2%防塌劑DYFT-II + 2.0%胺基硅醇 + 3%KCl (重晶石加重至1.3 g/cm3)。

4. 現(xiàn)場應(yīng)用效果

PF-HAS的引入使得PEC體系得到大大的改善，解決了與PEM體系的兼容問題，為渤海油田的開發(fā)提供了有效保障。前期將PF-HAS在KL10-1區(qū)塊進行應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果，不僅大大改善倒劃眼效率，同時節(jié)省了時間，為甲方節(jié)省了一層技術(shù)套管，大大提高了作業(yè)效率，為“降本增效”起到很好的保障。后期推廣應(yīng)用到墾利區(qū)塊、渤中區(qū)塊、秦皇島32-6區(qū)塊、曹妃甸區(qū)塊等，應(yīng)用效果顯著。下面以KL10-1區(qū)塊為例，從鉆井液性能、井徑曲線、倒劃眼效率、作業(yè)時效說明PF-HAS的引入對現(xiàn)場應(yīng)用效果的改善。

針對KL10-1區(qū)塊的特點，現(xiàn)場鉆井液采取四段式操作模式：管鞋至1000 m (明化鎮(zhèn)組)井段采用海水開鉆鉆進，鉆至1000 m后轉(zhuǎn)為海水膨潤土漿閉路鉆進至館陶組頂，館陶組地層通過加入PF-HAS軟抑制劑，防止井壁變硬，進東營組地層開始使用KCl轉(zhuǎn)化為PEM體系，增強鉆井液抑制性，防止井壁垮塌。

PF-HAS的引入使現(xiàn)場操作上免去很多繁瑣工作，操作簡單，流變性能易控制，鉆井液體系綜合性能優(yōu)良(以KL10-1B54井為例，見表4)。

Table 4. The drilling fluid performance in Well KL10-1B54表4. KL10-1B54井鉆井液性能表

4.1. 井徑曲線

由圖7可以看出井深在1450 m之前井眼擴大率較大，轉(zhuǎn)化完鉆井液后，館陶組地層井眼擴大率適度，進入東營組(2300 m)后井眼較規(guī)則，無縮徑現(xiàn)象。

Figure 7. The borehole diameter curve in Well KL10-1B54圖7. KL10-1B54井井徑曲線

4.2. 倒劃眼統(tǒng)計

KL10-1區(qū)塊前期的探井未引入PF-HAS，后續(xù)的開發(fā)井逐漸引入PF-HAS，對比開發(fā)井與探井的平均倒劃眼速度可以直觀看出，使用改進型PEC體系的生產(chǎn)井，明顯提高了機械鉆速和起下鉆效率，其平均倒劃眼速度明顯高于探井速度，其中探井為97.6 m/h；生產(chǎn)井為128.2 m/h，倒劃眼速度較探井提高31.4%。

4.3. 鉆井時效統(tǒng)計

PF-HAS的引入使得KL10-1區(qū)塊開發(fā)時效得到明顯提高，各開發(fā)平臺實鉆周期均小于設(shè)計周期，整個KL10-1區(qū)塊(見圖8、圖9)共節(jié)約鉆井工期80 d，時效比基本設(shè)計提高14.6%。以KL10-1B平臺上開發(fā)的11口井為例，其時效數(shù)據(jù)如圖9所示，設(shè)計鉆井工期167 d，實際鉆井工期為135.62 d，共計節(jié)約工期31.38 d，時效比基本設(shè)計提高18.8%。

Figure 8. The comparison chart of drilling interval in Platform KL10-1A圖8. KL10-1A平臺工期對比圖

Figure 9. The comparison chart of drilling interval in Platform KL10-1B圖9. KL10-1B平臺工期對比圖

5. 結(jié)論

1) 聚胺抑制劑胺基硅醇(PF-HAS)抑制性比PEC強，比PEM弱，主劑1% PF-HAS相當(dāng)于3% KCl的抑制性，使得上部井段起下鉆問題得到了解決，鉆井液操控性比較強。

2) 胺基硅醇提高了體系的固相容量限，使得體系可容納更多的固相，流變性更易控制。

3) 單純的PF-HAS不僅提供抑制性，適量的加量還能降低體系黏度，通過復(fù)配PF-VIF提切，實現(xiàn)了低黏高切，有利于攜砂，在使用中流變性穩(wěn)定。

4) 在加入PF-HAS的PEC體系中加入PEM主劑后，體系同時兼具低黏高切、強抑制性的優(yōu)點，解決了不同層位不同體系的置換及井壁穩(wěn)定問題。

5) PF-HAS現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，泥漿性能穩(wěn)定，使得渤海油田開發(fā)時效得到明顯提高，各開發(fā)平臺實鉆周期均小于設(shè)計周期，不僅滿足了生產(chǎn)需要，提高了了作業(yè)時效，同時降低了作業(yè)成本，僅KL10-1區(qū)塊共節(jié)約鉆井工期80多天，時效比基本設(shè)計平均提高14.6%。

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[編輯] 帥群

Received: Nov. 30th, 2016; accepted: Jan. 7th, 2017; published: Feb. 15th, 2017

The Application of A Polyamine Inhibition in KL10-1 Oilfield Group

Zilu Wei1, Qiang Chen1, Zhiyong Lei1, Jian Wang2, Xiaoqi Tan2*, Wentao Zhou2, Zhuo Jiang2, Yingzhong Cui2
1China Oilfield Chemicals Services Limited, Tianjin
2Hanc New-Technology Research Institute, Jingzhou Hubei

In the process of going through multi-layers in drilling of Bohail Oilfield Group, it was difficult to solve the problems of wellbore collapse and falling off and wellbore instability in Dongying and Shahejie Formations. By continuously using active and soft mud shale borehole stability mechanism, an easy control treatment agent was chosen to improve the inhibitory, adhere to the concept of soft restrain in the upper strata and strong inhibition in the lower formation, a kind of polyamine inhibitor PF-HAS was used instead of PF-JMH-YJ, PF-HAS was moderately used for inhibition to the soft mudstone, and compatible with KCl, by which the problems of hard control of rheology in traditional PEC system and drilling pipe stuck in tripping were solved and complications in drilling were reduced. Because of its good compatibility with the PEM system, the PEC system can be compatible with PEM system, at the same time, a layer of intermediate casing for drilling in Ninghuazhen Formation, Guantao Formation, Dongying and Shahejie Formations is saved, it greatly improves the operation efficiency, and it provides an important guidance for the drilling operations in the other oil fields in Bohai Area.

Inhibitory, Polyamine, Compatibility, Stuck, Rheology

魏子路(1977-)，男，助理工程師，現(xiàn)主要從事鉆井液技術(shù)研究工作。

2016年11月30日；錄用日期：2017年1月7日；發(fā)布日期：2017年2月15日

*通信作者。

文章引用: 魏子路, 陳強, 雷志永, 王薦, 譚梟麒, 周文濤, 蔣卓, 崔應(yīng)中. 一種聚胺類抑制劑在墾利10-1油田群的應(yīng)用[J]. 石油天然氣學(xué)報, 2017, 39(1): 47-56. https://doi.org/10.12677/jogt.2017.391007