抗高溫?zé)o黏土相鉆井液體系研究

萬芬，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）

隨著油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的深層次化，油氣鉆進(jìn)越來越深，鉆遇地層的溫度、壓力越來越高，對鉆井液提出了更高要求。尤其是水平井鉆井液，必須具有良好的攜砂能力以保持井眼清潔，良好的潤滑性以降低摩阻，良好的防塌性以保持井壁穩(wěn)定，良好的抗高溫性以保持高溫穩(wěn)定性等［1］。國外采用結(jié)構(gòu)調(diào)整和配方組合的方式使弱凝膠鉆井液的抗溫性能最高可達(dá)150℃，但這種鉆井液的成本較高。因此，研制出了一種抗高溫?zé)o黏土相鉆井液，用于高溫水平井鉆井，并對該體系的性能進(jìn)行了評價(jià)。

1 設(shè)計(jì)思路

試驗(yàn)通過在無黏土相鉆井液中添加褐煤樹脂或特種樹脂結(jié)合還原劑亞硫酸鈉來增強(qiáng)鉆井液的抗溫性能。選用甲酸鹽對無黏土相鉆井液進(jìn)行加重，提高體系的抑制性，可使鉆屑和黏土不分散、不膨脹，有利于井壁穩(wěn)定和儲(chǔ)層保護(hù)，既能提高體系的熱穩(wěn)定性，又能增大低剪切速率黏度，強(qiáng)化鉆井液快速生成弱凝膠的特性［2］。

2 抗高溫?zé)o黏土相鉆井液體系配方

現(xiàn)場鉆井用的無固相鉆井液抗溫能力只能達(dá)到140℃，為了更好地滿足高溫地層的鉆井需求，經(jīng)過室內(nèi)研究構(gòu)建出抗高溫?zé)o固相鉆井液。

試驗(yàn)配方：東海海水＋0.6%NaOH＋0.6%Na2CO3＋0.1%聚丙烯酰胺鉀鹽K－PAM＋0.8%流型調(diào)節(jié)劑PF－ViS－B＋2.5%降失水劑RS－1＋1%Na2SO3＋1%防坍塌抑制劑TEX＋1%抗溫降失水劑SHR＋1%抗溫降失水劑TEMP＋3%防塌潤滑劑JLX－C＋3%～5%KCl＋5%酸溶性儲(chǔ)層保護(hù)劑JQWY＋甲酸鈉 （密度為1.25g/cm3）。配方中百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

3 室內(nèi)研究

3.1 體系的抗溫性能

溫度對鉆井液性能的影響可分為可逆變化和不可逆變化2種情況。一般來講，可逆的性能變化反映了鉆井液從井口到井底，然后再返回到井口這個(gè)循環(huán)過程中的性能變化；不可逆的性能變化關(guān)系到鉆井液的熱穩(wěn)定性。對于抗高溫水基鉆井液，必須同時(shí)考慮這2個(gè)方面的問題。因此，在室內(nèi)用滾子加熱爐對鉆井液進(jìn)行滾動(dòng)老化16h后，測定鉆井液在50℃下的流變性結(jié)果見表1?？梢钥闯?，從130～170℃熱滾后，體系的性能都較為穩(wěn)定，這說明該抗高溫?zé)o固相鉆井液體系具有較好的溫度適應(yīng)性，能夠滿足不同層位、不同井段的鉆探需求。

表1 抗高溫?zé)o黏土相體系抗溫性能評價(jià)

3.2 體系的抑制性評價(jià)

采用熱滾回收率的評價(jià)方法，試驗(yàn)考察了抗高溫體系的抑制性能。試驗(yàn)時(shí)，在抗高溫?zé)o

黏土相鉆井液體系中加入6～10目的露頭土，熱滾后測定露頭土回收率，試驗(yàn)結(jié)果見表2?？梢娫摽垢邷伢w系的抑制性能優(yōu)良，其露頭土滾動(dòng)回收率在94%以上。

表2 抗高溫?zé)o黏土相體系的抑制性能

3.3 體系的抗污染試驗(yàn)評價(jià)

為了評價(jià)體系的抗污染性能，進(jìn)行了抗NaCl、露頭土粉試驗(yàn)，老化條件為160℃×16h，結(jié)果見表3、4。從表3看出，該抗高溫體系在160℃熱滾后抗NaCl污染能力強(qiáng)，體系流變性能穩(wěn)定，低剪切能力強(qiáng)。從表4看出，抗高溫?zé)o黏土相體系在160℃熱滾后抗露頭土粉污染能力強(qiáng)，體系流變性能穩(wěn)定，低剪切能力增強(qiáng)。

表3 抗高溫?zé)o黏土相體系抗NaCl的污染試驗(yàn)結(jié)果

表4 抗高溫?zé)o黏土相體系抗露頭土粉的污染試驗(yàn)結(jié)果

3.4 體系的潤滑性評價(jià)

室內(nèi)在極壓潤滑儀上評價(jià)了體系的潤滑性能。從表5可以看出，隨著抗高溫體系老化溫度的升高，該體系的摩阻因數(shù)變小，潤滑性變好。

3.5 體系的濾餅破膠評價(jià)

通常水平井鉆井，需要對裸眼井段泥餅進(jìn)行破膠清除，防止對儲(chǔ)層的損害。將160℃熱滾后泥餅分別用海水、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的隱形酸HTA和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的破膠劑JPC浸泡30min做破膠試驗(yàn)。從圖1可以看出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的JPC溶液破膠效果最好。JPC為高溫破膠劑，含有過氧化劑，具有較高的破膠效率，能對泥餅和聚合物膠液進(jìn)行有效消除。

表5 抗溫?zé)o黏土相體系潤滑試驗(yàn)結(jié)果

3.6 體系的儲(chǔ)層保護(hù)評價(jià)

根據(jù)鉆井液損害評價(jià)程序和方法，在壓差3.5MPa、溫度160℃、污染125min的損害試驗(yàn)條件下，模擬評價(jià)該鉆井液體系對巖心的污染程度。巖心污染后采用破膠液（過濾海水＋3%破膠劑JPC） （配方中百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）對巖心端面進(jìn)行破膠；再用隱形酸完井液（過濾海水＋0.5%～0.8%隱形酸HTA＋1%～2%黏土防膨劑HCS＋1.5%緩蝕劑 CA101－3＋0.6%防水鎖劑SATRO）（配方中百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）浸泡。

圖1 抗高溫體系老化后泥餅破膠試驗(yàn)

綜合評價(jià)鉆完井液對巖心的污染程度，結(jié)果如表6所示，該鉆井液對油氣層的保護(hù)效果良好，鉆完井液污染后的巖心滲透率恢復(fù)值達(dá)到92.6%，具有很好的保護(hù)油氣層的效果。

表6 抗高溫?zé)o黏土相體系損害后巖心的滲透率恢復(fù)值

4 結(jié)論

1）抗高溫?zé)o黏土相鉆井液體系抗高溫能力達(dá)到170℃，高溫老化后體系性能穩(wěn)定，低剪切黏度高。

2）體系的抗污染能力強(qiáng)，抑制性強(qiáng)，滾動(dòng)回收率高達(dá)96%以上。

3）體系的儲(chǔ)層保護(hù)效果好，鉆完井液污染巖心后滲透率恢復(fù)值達(dá)到92.6%。

［1］葉艷，鄢捷年 .無固相弱凝膠鉆井液配方優(yōu)化及在塔里木油田的應(yīng)用 ［J］.鉆井液與完井液，2007，24（6）：11～12.

［2］吳飛，陳禮儀，周應(yīng)華，等 .甲酸鹽無固相鉆井液研究 ［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2003，30（3）：321～324.versity，Jingzhou434023，Hubei，China）

［編輯］ 帥群