曾 佳，程慧君，楊 雪

（1.荊州學(xué)院，湖北荊州 434020；2.湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院荊州分院，湖北荊州 434000）

我國(guó)常規(guī)淺層油氣田資源量逐步減少，油氣開(kāi)發(fā)只能著眼于深層、超深層的勘探開(kāi)發(fā)[1-3]，而深層、超深層都伴隨著地層的高溫、高壓，這給鉆井工程提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，對(duì)鉆井液而言挑戰(zhàn)更大[4，5]。水平井開(kāi)發(fā)是增大泄油面積，提高單井產(chǎn)能的重要手段，水平井裸眼完井對(duì)儲(chǔ)存保護(hù)要求較高[6，7]，通常采用無(wú)固相鉆井液來(lái)鉆探水平井，無(wú)固相鉆井液主要指不添加黏土和重晶石等固相的鉆井液，其具有儲(chǔ)層保護(hù)好的特點(diǎn)，通常采用可溶性鹽來(lái)加重，以達(dá)到平衡地層壓力的目的。目前已知的可溶鹽包括無(wú)機(jī)鹽氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉、磷酸鹽、溴鹽等，有機(jī)鹽甲酸鈉、甲酸鉀、甲酸銫等，無(wú)機(jī)一價(jià)金屬鹽加重密度有限，高價(jià)金屬鹽雖然加重密度高，但往往鉆井液用增黏劑在高價(jià)鹽中匹配性差[8]，有機(jī)鹽甲酸鈉和甲酸鉀最高密度為1.6 g/cm3，甲酸銫最高密度可達(dá)2.3 g/cm3，但甲酸銫價(jià)格昂貴，無(wú)法在鉆井液中應(yīng)用，此時(shí)如果需要超過(guò)1.6 g/cm3的無(wú)固相鉆井液將面臨巨大的挑戰(zhàn)[9，10]。

為解決高溫、高壓水平井儲(chǔ)層保護(hù)問(wèn)題，本文采用折中的方法，即采用無(wú)黏土相鉆井液，輔以少量可酸溶碳酸鈣來(lái)建立一種無(wú)黏土相低固相鉆井液體系，無(wú)黏土相可降低黏土亞微米顆粒對(duì)儲(chǔ)層的傷害，而碳酸鈣可以通過(guò)粒徑級(jí)配來(lái)降低污染儲(chǔ)層，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層保護(hù)的目的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

NaOH、MgO、Na2CO3：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司；甲酸鈉、甲酸鉀：工業(yè)品，山東恩諾新材料有限公司；增黏劑VIS-B：工業(yè)品，荊州嘉華科技有限公司；降濾失劑FLO-STA：工業(yè)品，荊州嘉華科技有限公司；潤(rùn)滑劑SLIP-Y：工業(yè)品，荊州嘉華科技有限公司；碳酸鈣：工業(yè)品，廣西龍飛礦粉廠(chǎng)。

GJS-B12K 高速攪拌機(jī)、XGRL-4 型滾子加熱爐、AB104-N 型電子天平、ZNN-D6 六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、SD-3 多聯(lián)中壓濾失儀、YM-2 液體密度計(jì)、EP-C 極壓潤(rùn)滑儀、LS-609 激光粒度儀等。

1.2 高溫高密度低固相鉆井液配制

按照鉆井液配制方法，采用GJS-B12K 高速攪拌機(jī)配制高溫高密度低固相鉆井液，基本配方如下：淡水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+2.0%MgO+0.5%VIS-B 增黏劑+4.0%FLO-STA 降濾失劑+2.0%SLIP-Y 潤(rùn)滑劑，采用甲酸鈉或甲酸鉀加重到一定密度后，再采用碳酸鈣加重到1.8 g/cm3。

1.3 鉆井液性能測(cè)試

鉆井液性能測(cè)試主要參照GB/T 16783.1-2014 鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，第1 部分水基鉆井液規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試鉆井液的流變性能、密度、濾失性能、潤(rùn)滑性能等。參照SY/T 5358-2010 儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法測(cè)試鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)性能。

1.4 加重性能測(cè)試

為保證在高密度條件下具有良好的流變性和較低的濾失量，需要對(duì)加重材料進(jìn)行不同配比的優(yōu)化，通過(guò)不斷調(diào)整甲酸鈉、甲酸鉀、碳酸鈣的不同配比，同時(shí)調(diào)整碳酸鈣粒徑來(lái)實(shí)現(xiàn)高密度下的良好性能。

1.5 耐溫及耐污染性能測(cè)試

本實(shí)驗(yàn)分別在130 ℃、140 ℃、150 ℃條件下測(cè)試了高密度低固相鉆井液的性能，考察體系的耐溫性能；采用氯化鈣、頁(yè)巖巖屑、硫酸鈣來(lái)污染鉆井液，考察體系的耐污染性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 甲酸鉀加重時(shí)碳酸鈣粒徑對(duì)性能影響

采用甲酸鉀加重至密度為1.6 g/cm3，再采用碳酸鈣進(jìn)行加重至1.8 g/cm3，采用LS-609 激光粒度儀對(duì)不同型號(hào)的碳酸鈣粒徑大小進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖1）。另外，考察不同粒徑碳酸鈣對(duì)鉆井液性能的影響，結(jié)果（見(jiàn)表1）。

從圖1 和表1 所知，激光粒度儀顯示碳酸鈣型號(hào)TS-1 到TS-4 粒徑逐漸減小，越來(lái)越細(xì)，選用的碳酸鈣粒徑分布均為近正態(tài)分布，代表性較強(qiáng)。

圖1 碳酸鈣粒徑粒度分布圖

從表1 可知，采用四種碳酸鈣配制出的1.8 g/cm3密度的鉆井液后，隨著粒徑逐步變細(xì)，黏度逐步增大，濾失量呈現(xiàn)先降低后略微增大的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，碳酸鈣粒徑對(duì)鉆井液綜合性能產(chǎn)生影響，其最優(yōu)粒徑為T(mén)S-3 型號(hào)的碳酸鈣，流變性與濾失量均較好。

表1 碳酸鈣不同粒徑對(duì)性能影響

2.2 甲酸鹽加重至不同密度時(shí)性能影響

在選取了合適的碳酸鈣粒徑后，先采用甲酸鹽將鉆井液加重至一定密度后，再通過(guò)碳酸鈣加重至1.8 g/cm3，對(duì)鉆井液性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要考察在不同甲酸鹽及加重到不同密度時(shí)，鉆井液能否達(dá)到合理性能，且能夠具有最優(yōu)的成本，數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）。

從表2 可知，甲酸鈉單獨(dú)加重時(shí)，采用碳酸鈣加重到1.8 g/cm3，鉆井液黏度非常高，且濾失量增大，說(shuō)明無(wú)法采用甲酸鈉與碳酸鈣進(jìn)行復(fù)配加重；當(dāng)采用甲酸鈉與甲酸鉀復(fù)配加重至1.5 g/cm3后，再采用碳酸鈣加重后，鉆井液流變性和濾失量均較好；采用甲酸鉀單獨(dú)加重至1.5 g/cm3和1.6 g/cm3后，再采用碳酸鈣加重，鉆井液流變性和濾失量均較好。由于甲酸鉀價(jià)格遠(yuǎn)高于甲酸鈉，綜合考慮，可以采用甲酸鈉、甲酸鉀、碳酸鈣三者復(fù)配的加重方案，一方面可以實(shí)現(xiàn)鉆井液良好的性能，另一方面，成本也較低。

表2 甲酸鹽加重至不同密度時(shí)對(duì)鉆井液性能的影響

2.3 鉆井液耐溫性能測(cè)試

將鉆井液在不同溫度下老化24 h 后，分別測(cè)試其流變性和濾失量數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3）。從表3 中可知，隨著溫度的升高，鉆井液黏切逐漸降低，且濾失量逐步升高，但仍然都在較為合理的范圍內(nèi)；體系的摩阻系數(shù)隨著溫度的升高，逐步增大，但總體均小于0.12，體系具有較好的潤(rùn)滑性能，表明該高溫高密度低固相體系具有較好的耐溫能力，能夠滿(mǎn)足不同溫度條件下的水平井鉆進(jìn)的要求。

表3 高溫高密度低固相鉆井液耐溫性能評(píng)價(jià)

2.4 鉆井液耐污染性能測(cè)試

在體系中加入氯化鈣、硫酸鈣、頁(yè)巖巖屑，在140 ℃條件下老化24 h，分別測(cè)試其流變性和濾失量，數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4）。從表4 可知，該體系受到鈣鹽污染時(shí)，黏切略有降低，濾失量略有升高，具有較好的抗鈣能力；體系在受到頁(yè)巖巖屑污染后，黏切升高較多，濾失量變化不大，說(shuō)明體系具有一定的耐巖屑污染的能力，能夠滿(mǎn)足不同地質(zhì)條件下的鉆井要求。

表4 高溫高密度低固相鉆井液耐污染性能評(píng)價(jià)

2.5 儲(chǔ)層保護(hù)性能測(cè)試

將高溫高密度低固相鉆井液采用高溫高壓動(dòng)態(tài)污染的方式對(duì)不同滲透率的露頭巖心進(jìn)行污染后，采用直接返排的方式測(cè)試滲透率恢復(fù)率（巖心污染端不進(jìn)行切面處理），評(píng)價(jià)鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)，數(shù)據(jù)（見(jiàn)表5）。從表5 可知，高溫高密度低固相鉆井液污染后的露頭巖心滲透率恢復(fù)率可達(dá)80%以上，說(shuō)明該體系具有較好的儲(chǔ)層保護(hù)效果，采用低固相進(jìn)行水平井鉆井來(lái)保護(hù)儲(chǔ)層是可行的。

表5 儲(chǔ)層保護(hù)性能

3 結(jié)論

（1）高溫高密度低固相鉆井液采用甲酸鹽復(fù)配碳酸鈣加重密度可達(dá)1.8 g/cm3，且可采用甲酸鈉與甲酸鉀復(fù)配來(lái)降低成本，亦可采用甲酸鉀單獨(dú)復(fù)配碳酸鈣加重以獲取更優(yōu)的鉆井液性能，碳酸鈣粒徑控制在D50為23 μm 左右時(shí)，且呈正態(tài)分布，對(duì)鉆井液流變性和濾失性影響最小。

（2）高溫高密度低固相鉆井液具有較好的耐溫性能，最高可達(dá)150 ℃，具有良好的耐鈣與巖屑污染性能，且具有潤(rùn)滑性能與儲(chǔ)層保護(hù)性能好的特點(diǎn)，能夠用于高溫深層水平井鉆井的保護(hù)儲(chǔ)層鉆井液。