抗高溫油基鉆井液的研究

羅勇，張海山 （中海石油 （中國）有限公司上海分公司，上海200030）

王昌軍 （長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

由福昌 （荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州434100）

隨著油田開發(fā)對油氣層保護及鉆井要求越來越高，對鉆井液體系及性能也提出了更高的要求。油基鉆井液與水基鉆井液相比較，具有能抗高溫、抗鹽鈣侵、有利于井壁穩(wěn)定、潤滑性好和對油氣層傷害小等很多優(yōu)點，目前已成為鉆高難度的高溫深井、大斜度定向井、水平井和各種復(fù)雜地層的重要手段[1]。

東海低孔滲油氣田資源豐富，且大多埋藏較深，巖性較差，壓力較高，鉆遇的地層越來越復(fù)雜，井底溫度越來越高。特別是2012年已完成的作業(yè)，平均井深達到4700多米，井底靜止溫度均達到160℃以上，多口井出現(xiàn)起下鉆困難、卡鉆、電測遇阻等事故。為了更好地滿足現(xiàn)場作業(yè)需要，筆者對東海低孔滲油氣田常用油基鉆井液體系進行了室內(nèi)抗高溫評價研究。通過對乳化劑、增黏劑等處理劑種類及加量的研制與篩選，同時輔助加入降濾失劑和封堵劑，配制出一套抗高溫油基鉆井液體系。試驗表明，該體系在高溫下具有較好的穩(wěn)定性能。

1 試驗部分

1.1 試驗藥品、儀器與方法

1）試驗藥品 Hiemul主乳；Hicoat輔乳化劑；HIRHEO－A流型調(diào)節(jié)劑；MOGEL有機土；HIVIS－D增黏劑；HIFLO降濾失劑；HIFLO－S瀝青；重晶石。

2）試驗儀器 高速攪拌器；滾子加熱爐；四聯(lián)室溫中壓濾失儀；ZNN－D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計；高溫高壓濾失儀；ELECTRICAL STABILITY TESTER MODEL 230；電子天平。

3）試驗方法 按API標(biāo)準(zhǔn)進行鉆井液體系配制與測試；流變性測試溫度65℃；熱滾最高溫度220℃，熱滾時間16h。

1.2 抗高溫油基鉆井液體系配方

經(jīng)室內(nèi)試驗研究，構(gòu)建出一套抗高溫油基鉆井液。配方為：3＃白油＋2.6%Hiemul主乳＋0.4%Hicoat輔 乳 化 劑 ＋1.5%HIRHEO－A 流 型 調(diào) 節(jié) 劑 ＋2.0%CaO＋0.5%MOGEL 有 機 土 ＋0.5%HIVIS－D增黏劑＋3%HIFLO降濾失劑＋3.0%HIFLO－S瀝青＋水相 （26%CaCl2溶液）＋ 重晶石調(diào)節(jié)密度；油水比為80/20。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化劑加量變化的影響

為了形成穩(wěn)定的油包水乳狀液，必需正確地選擇和使用乳化劑。一般認(rèn)為乳化劑的作用機理是：在油/水界面形成具有一定強度的吸附膜；降低油水界面張力；增加外相黏度。上述3個方面均可阻止分散相液滴聚并變大，從而使乳狀液的性能保持穩(wěn)定。其中又以吸附膜強度最為重要，它是乳狀液能否保持穩(wěn)定的決定性因素[2]。試驗研究了乳化劑加量對體系性能的影響，結(jié)果見表1。

表1 乳化劑加量變化影響評價

從表1可見，乳化劑加量達到3.0%時，體系的電穩(wěn)定性可以達到700V以上，μp為22mPa·s，τd達到10Pa，性能穩(wěn)定，滿足鉆井作業(yè)低黏高切的要求。

2.2 抗溫性能評價

溫度對體系的影響很大。通常情況下，溫度升高，鉆井液體系的流變性能會變差，濾失量也會顯著增加。將該鉆井液體系在不同的溫度下老化16h后，測定其流變性及高溫高壓濾失量，評價其抗溫能力。結(jié)果見表2。

表2 體系的抗溫性能

從表2可以看出，該體系抗溫能力達到220℃；高溫老化后，流變性能穩(wěn)定，破乳電壓762V，動塑比0.31，高溫高壓失水量3.6ml。

2.3 密度對鉆井液性能的影響

一些高溫井往往伴隨著高壓，因此現(xiàn)場需要對鉆井液進行密度調(diào)節(jié)以滿足鉆井要求。室內(nèi)試驗評價了在不同密度下的體系性能，結(jié)果見表3、4。

表3 不同密度的鉆井液體系在150℃老化后的性能

表4 不同密度的鉆井液體系在180℃老化后的性能

從表3、4可以看出，密度為1.60g/cm3的鉆井液體系在150～180℃熱滾16h后，性能穩(wěn)定。

2.4 抑制性能評價

鉆井液的抑制性是指鉆井液抑制井壁巖土水化、膨脹、分散的性能，在原理上與黏土的造漿性和井壁的遇水穩(wěn)定性有密切的聯(lián)系。室內(nèi)采用滾動回收法評價了油基鉆井液的抑制性。具體方法為：加入50g經(jīng)過105℃烘干后6～10目的鉆屑，再經(jīng)過150℃熱滾16h，40目篩出，烘至恒重，計算一次滾動回收率。結(jié)果見表5。

從表5可以看出，該油基鉆井液體系的一次滾動回收率達到95.2%，說明具有良好的抑制性能。

2.5 抗污染性能評價

鉆井過程中經(jīng)常會鉆遇各種復(fù)雜地層，如頁巖、鹽巖、泥巖等，這就要求鉆井液在抑制頁巖水化的同時，還應(yīng)該具有如抗鹽、水等污染的能力。在室內(nèi)評價了該油基鉆井液體系抗NaCl、海水、鉆屑的能力。試驗條件為：150℃熱滾16h。結(jié)果見表6。

表5 抑制性評價

表6 抗污染性能評價

從表6可以看出，該油基鉆井液體系具有較好的抗污染性能，抗CaCl2、CaSO4、NaCl、現(xiàn)場海水、露頭土均達到10%。

3 結(jié)論

1）以Hiemul和Hicoat作為主輔乳化劑，確定主乳化劑的推薦加量為2.6%，輔乳化劑的推薦加量為0.4%，建立了穩(wěn)定的抗高溫油基鉆井液體系。

2）該油基鉆井液體系抗溫能力達220℃，高溫?zé)釢L之后體系具有良好的流變性能、濾失性能，具有較強的懸浮能力、抑制性能及抗污染能力。

[1]白小東，蒲曉琳 .國外保護儲層的油基鉆井完井液新技術(shù)研究與應(yīng)用 [J].精細石油化工進展，2005，6（12）：12～14.

[2]吳滿祥，楊斌，卓綠燕，等 .國外新型可逆乳化鉆井液技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 [J].內(nèi)蒙古石油化工，2008，（9）：47～48.