國(guó)內(nèi)低滲油氣藏鉆井液體系發(fā)展現(xiàn)狀

鄭士權(quán)，楊淑君，王永生，許 均，吳 彬，王 薦

（1．大慶鉆探工程公司國(guó)際事業(yè)部，吉林 松原138000；2．江漢油田鉆井一公司泥漿站，湖北 潛江433121；3．大慶鉆探工程公司鉆井工程服務(wù)公司，吉林 松原138000；4．中國(guó)石油西部鉆探工程公司，新疆 烏魯木齊830011；5．湖北漢科新技術(shù)股份有限公司，湖北 荊州434000）

隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展以及開采的不斷進(jìn)行，目前低滲油氣藏在我國(guó)已相當(dāng)普遍，其中滲透率小于50×10－3μm2的低滲油氣藏的地質(zhì)儲(chǔ)量約占全國(guó)總儲(chǔ)量的25%，而低滲油氣藏的天然氣儲(chǔ)量所占比例更高，因此，開發(fā)好低滲油氣藏對(duì)我國(guó)石油工業(yè)今后的持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義［1］。

低滲油氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜，開采難度很大。低滲油氣藏的特殊性又決定了其比常規(guī)油氣藏更容易受到損害也更難解除損害，一旦受損就很容易喪失工業(yè)性產(chǎn)能。保護(hù)好低滲儲(chǔ)層、盡可能地降低油氣層損害對(duì)低滲油氣藏的勘探與開發(fā)至關(guān)重要。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)于低滲油氣藏儲(chǔ)層損害機(jī)理及其控制都給予了足夠重視，并針對(duì)低滲油氣藏的開發(fā)研制了相應(yīng)的鉆井液體系［2－5］。

作者在此對(duì)國(guó)內(nèi)低滲油氣藏鉆井液體系發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)。

1 MMH 正電膠鉆井液體系［6，7］

MMH正電膠鉆井液體系是混合金屬氫氧化物體系的簡(jiǎn)稱，其主劑MMH是一種以鋁、鈣、鎂等混合而成的無(wú)機(jī)氫氧化物。該體系具有獨(dú)特的流變性：靜止時(shí)呈現(xiàn)假性固體狀態(tài)，具有一定彈性；攪拌時(shí)產(chǎn)生極強(qiáng)的剪切稀釋性能，即“固－液雙重性”。這主要是形成的MMH－粘土－水復(fù)合體結(jié)構(gòu)不同所引起的。靜止時(shí)體系的水全部被極化后可形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，表現(xiàn)為靜切力較高，但這種結(jié)構(gòu)很容易被破壞，所以攪拌時(shí)很容易稀化。同時(shí)，極化水鏈結(jié)構(gòu)破壞和形成均十分迅速，因此，假性固體相流體的轉(zhuǎn)化或反轉(zhuǎn)化都可在很短時(shí)間內(nèi)完成。

MMH正電膠鉆井液體系獨(dú)特的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致使體系內(nèi)沒有獨(dú)立的粘土顆粒存在，這就制約了粘土顆粒向油氣層孔喉內(nèi)侵入，尤其對(duì)于低滲油氣藏，可以有效阻止鉆井液固相及濾液的侵入。

MMH正電膠鉆井液體系自1991年以來(lái)已在國(guó)內(nèi)大部分低滲油氣田得到應(yīng)用，其抑制能力強(qiáng)、懸浮性能好、對(duì)巖心滲透率恢復(fù)值高，和優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的屏蔽暫堵保護(hù)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用效果良好。

2 聚合醇鉆井液體系［8，9］

聚合醇鉆井液體系是20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來(lái)的，旨在解決聚合物水基鉆井液工程性能的不足以及油基鉆井液存在的環(huán)境污染，該體系以聚合醇為主要處理劑，并與聚合物大分子處理劑及相關(guān)處理劑協(xié)同作用。

聚合醇是一類以聚氧丙烯段作為疏水基團(tuán)、聚氧乙烯段作為親水基團(tuán)的嵌段非離子型低分子量聚合物，其結(jié)構(gòu)通式為：

HO［CH2CH2O］x［CH（CH3）CHO］y［CH2CH2O］zH

濁點(diǎn)（CPT）是聚合醇的最主要特性之一，聚合醇分子具有兩親結(jié)構(gòu)（R－O－R），由于結(jié)構(gòu)中的空間位阻效應(yīng)，在低溫條件下表現(xiàn)為親水特性，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，則轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油特性，其轉(zhuǎn)變溫度即為濁點(diǎn)。鉆井液中加入一定濁點(diǎn)的聚合醇后，當(dāng)?shù)貙訙囟雀哂诰酆洗紳狳c(diǎn)時(shí)，聚合醇轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油特性，相分離吸附成膜，使鉆井液表現(xiàn)出類似于油基泥漿的特性，提高泥餅?zāi)ば?，減緩濾液和壓力的侵入，從而有利于井壁穩(wěn)定和儲(chǔ)層保護(hù)；在鉆井液上返過(guò)程中，地層溫度不斷降低，當(dāng)鉆井液溫度低于濁點(diǎn)時(shí)，聚合醇會(huì)脫附變?yōu)橛H水特性，因此又具有良好的環(huán)保特性。

研究表明，當(dāng)溫度高于濁點(diǎn)時(shí)聚合醇在粘土表面的吸附能力大幅增強(qiáng)，其親油特性使其大量吸附在鉆屑表面并將鉆屑表面的親水性質(zhì)改變?yōu)橛H油性質(zhì)，從而避免鉆屑水化分散和防止泥包。聚合醇在濁點(diǎn)附近溫度下在粘土表面的吸附量見圖1。

圖1 濁點(diǎn)溫度附近聚合醇在粘土表面的吸附量Fig．1 The adsorption quantity of polycol on clay surface at the temperature around its CPT

不僅如此，溫度高于濁點(diǎn)時(shí)聚合醇還能形成分子膠束，能有效封堵孔喉和微裂縫，從而降低泥餅的滲透率，提高地層承壓強(qiáng)度。同時(shí)還能明顯降低油－水界面張力及氣－液表面張力（表1），對(duì)于低滲油氣藏防止水鎖、保護(hù)油氣層起到很好的作用。

表1 聚合醇體系的氣－液表面張力及油－水界面張力／mN·m－1Tab．1 The gas－liquid surface tension and oil－water interfacial tension of polycol system／mN·m－1

3 甲基葡萄糖苷鉆井液體系［10，11］

甲基葡萄糖苷鉆井液體系是近年來(lái)研發(fā)的一種新型水基鉆井液體系。該鉆井液具有與油基鉆井液相似的性能，可以有效抑制頁(yè)巖水化并維持井眼穩(wěn)定，還具有良好的潤(rùn)滑性、抗污染能力以及儲(chǔ)層保護(hù)特性，并且無(wú)毒、易生物降解，環(huán)境污染很小。

甲基葡萄糖苷鉆井液體系主要是選用按一定比例混合的甲基葡萄糖苷和水的混合液作為基液，然后加入一定量的增粘劑和降濾失劑，體系成分簡(jiǎn)單。

甲基葡萄糖苷鉆井液體系的主要成分為甲基葡萄糖苷，它是由淀粉經(jīng)高溫降解為葡萄糖，然后與甲醇反應(yīng)，再經(jīng)分離、提純獲得，原料來(lái)源廣、價(jià)格低廉，所以成本相對(duì)較低。其作用機(jī)理主要為：

（1）甲基葡萄糖苷分子通過(guò)親水羥基吸附在井壁和巖屑上形成半透膜，提高頁(yè)巖的膜效率，從而有效減緩壓力傳遞和濾液的侵入，達(dá)到抑制頁(yè)巖水化及孔隙壓力增大的目的，最終穩(wěn)定井壁。

（2）甲基葡萄糖苷基液能配制出濾失性能優(yōu)良的鉆井液，能很快形成低滲透的致密濾餅，具有良好的膜效率，可有效控制固相和濾液侵入引起的儲(chǔ)層傷害。

（3）甲基葡萄糖苷可以降低濾液的化學(xué)活性，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥頁(yè)巖膨脹壓的有效控制，阻止水分子向泥頁(yè)巖中滲透。

資料顯示，濃度為80%的甲基葡萄糖苷溶液的LC50值高于500×10－3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了美國(guó)環(huán)保局（EPA）所規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，具有極好的環(huán)境保護(hù)特性。

4 可循環(huán)微泡沫鉆井液體系［12，13］

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外推出了一種新型的、可循環(huán)使用的、成本較低的低密度鉆井流體——可循環(huán)微泡沫鉆井液體系，很好地解決了一些低滲儲(chǔ)層較多、儲(chǔ)層裂縫發(fā)育、承壓能力低、地層壓力較低、滲透率較高，用正壓差鉆井很容易給地層造成傷害的油田鉆井作業(yè)難題，主要用于低滲油氣藏、壓力衰竭油氣藏的儲(chǔ)層保護(hù)、鉆井時(shí)漏失嚴(yán)重地層以及一些用常規(guī)鉆井液體系難以實(shí)施的低密度欠平衡鉆井作業(yè)等。

可循環(huán)微泡沫鉆井液體系由氣、液兩相或氣、液、固三相組成，體系內(nèi)的氣泡以均勻、非聚集、非連續(xù)態(tài)存在，氣體含量小于普通泡沫。單從相的組成上看，可循環(huán)微泡沫鉆井液與普通泡沫鉆井液無(wú)甚差異，但兩者的相態(tài)結(jié)構(gòu)差異明顯。普通泡沫的氣泡半徑較大，液膜很薄，氣泡之間排列緊密，存在明顯的Plateau交界，氣泡形狀為不規(guī)則多邊形，且大小分布不均；而可循環(huán)微泡沫體系的氣泡半徑很小，液膜較厚，其尺寸與氣泡半徑相當(dāng)，泡與泡之間分散排列，氣泡大小分布較為均勻，幾乎不存在Plateau交界。

可循環(huán)微泡沫鉆井液具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）有利于機(jī)械鉆速的提高。鉆井作業(yè)時(shí)，由于可循環(huán)微泡沫鉆井液體系的密度較小且可調(diào)（0．4～0．9 g·cm－3），所產(chǎn)生的液柱壓力降低，使得井底被破碎的巖石的“壓持效應(yīng)”減小。此外，采用可循環(huán)微泡沫流體鉆進(jìn)能在井底巖縫中形成一個(gè)振動(dòng)的液層，類似于沸騰層，產(chǎn)生“穴蝕”作用。

（2）有利于儲(chǔ)層污染的降低。由于液柱壓力較低，故鉆井液滲入地層的深度和儲(chǔ)層的污染程度大大減小，有利于保護(hù)油氣層。

（3）有利于防止井漏的產(chǎn)生。同樣由于液柱壓力較低，可能使鉆進(jìn)過(guò)程中泡沫流體的密度低于地層壓力系數(shù)，或當(dāng)量循環(huán)密度低于易漏地層的臨界漏失壓力，使得井漏的幾率和程度大為減小。

（4）有較強(qiáng)的攜砂能力。因?yàn)榕菽黧w基液的粘度一般較高，泡沫體系的粘度也相應(yīng)較高，其攜帶鉆屑的能力較強(qiáng)，大大避免了巖石的重復(fù)切屑，井眼凈化能力得到改善。

5 低自由水鉆井液體系［14，15］

低滲油氣藏具有典型的低孔、低滲特征，鉆進(jìn)過(guò)程中外來(lái)流體的進(jìn)入容易造成氣流阻力的進(jìn)一步加大，從而影響低滲油氣藏的發(fā)現(xiàn)、判斷及后期開采。低自由水鉆井液體系針對(duì)鉆井液自由水的流動(dòng)狀態(tài)，在保證鉆井液正常流動(dòng)的情況下采用特殊的自由水絡(luò)合劑有效絡(luò)合鉆井液中的自由水，從而使體系對(duì)液相的束縛力大于地層孔喉的毛細(xì)管力及自吸水力，進(jìn)而減少濾液侵入地層的量和深度。同時(shí)，鉆井液體系中引入了能顯著降低氣－液表面張力和油－水界面張力的表面活性劑，以減小液相流放阻力及氣流阻力，也有利于保護(hù)低孔低滲油氣藏。

室內(nèi)研究結(jié)果表明，低自由水鉆井液體系與其它常用的鉆井液體系相比具有較低的自由水含量，幾種鉆井液體系自由水含量的對(duì)比見圖2。

低自由水鉆井液體系目前已經(jīng)在中海油上海分公司的麗水、寧波、天外天等區(qū)塊低孔低滲油藏以及冀東南堡油田玄武巖層理發(fā)育地層20余口井成功應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，該體系具有很好的流變特性、潤(rùn)滑性、抑制性及封堵能力，不僅解決了井壁穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)提高了機(jī)械鉆速、減小了鉆井液密度、縮短了鉆井周期。

6 結(jié)語(yǔ)

圖2 不同鉆井液體系自由水含量對(duì)比Fig．2 Comparison of free water contents in different drilling fluid systems

低滲油氣藏由于孔喉尺寸小，固相顆粒不足以進(jìn)入地層，因此傳統(tǒng)意義上的屏蔽暫堵、提高泥餅質(zhì)量等方式并不適用于低滲油氣藏，最主要的保護(hù)是減輕液相侵入造成的污染以及減少低滲油氣藏的自吸水量。因此，如何降低鉆井液濾液的侵入量、濾液的氣－液表面張力及油－水界面張力是選擇適合低滲油氣藏的鉆井液體系的關(guān)鍵。

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