高性能強抑制鉆井液室內(nèi)試驗研究

牛曉 （中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊830011）

熊漢橋 （油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 （西南石油大學(xué)），四川 成都610500）

何仲，潘麗娟 （中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊830011）

近年來鑒于油氣開采的新需求，發(fā)展了一種類油基性能的高性能水基強抑制鉆井液，這種鉆井液具有良好的抑制性能，同時又低于油基鉆井液的成本。在國外，利用這種 “多功能、強抑制、低成本”的設(shè)計理念［1］研究出了一種新型的高性能水基鉆井液體系HPWBM，該體系很好地解決了井壁周圍巖石水化膨脹分散的問題，同時還提高了一系列諸如提高鉆速、保護油氣層、減少壓力傳遞、減少鉆頭泥包、抑制天然氣水合物形成的性能。在國內(nèi)，研究人員在高性能水基鉆井液的研制方面也取得了很大的進展，研究出了一系列的高性能水基鉆井液體系［2］。例如，胡進軍等［3］的PDF-PLUS聚胺聚合物鉆井液；孔慶明等［4］報道ULTRADRIL水基鉆井液在張海502FH井的應(yīng)用；王薦等［5］研制了一套無黏土相聚胺強抑制鉆井液；屈沅治等［6］采用催化胺化法研制出一種新型胺基抑制劑并形成鉆井液體系。

筆者在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，同時結(jié)合西北油田順9區(qū)塊的鉆井特點，研究出匹配性能良好、成本低、鉆進效率高、同時滿足儲層保護要求的鉆井液。

1 鉆井液處理劑優(yōu)選

1.1 強抑制劑篩選

篩選了國內(nèi)外數(shù)種強抑制劑進行評價，并分別進行了滾動回收率試驗、線性膨脹試驗、流變性能（最佳加量）試驗、巖心浸泡試驗。從表1評價結(jié)果可知，KCl、CFY-01、HPA等具有較強的防塌性和比較好的經(jīng)濟性。根據(jù)文獻 ［7］，將KCl與其他處理劑復(fù)配使用，效果上比單純使用某一種處理劑更好。

1.2 防塌劑篩選

鑒于在強抑制劑的篩選試驗中采用了胺基類抑制劑，根據(jù)聚合醇、聚醚多元醇、聚合脂、陽離子瀝青粉、鋁基防塌劑等處理劑之間的協(xié)同作用，篩選出鋁基防塌劑和胺基抑制劑共用的效果更好。試驗中收集了多種鋁基防塌劑進行分析 （見表2）。

由表2可以看出，通過滾動回收率試驗、16h線性膨脹試驗、流變性能 （最佳加量）試驗，可知DLP-1的性能均較好。因此在該次試驗中采用DLP-1作為體系的防塌劑。

表1 強抑制劑篩選與評價

表2 防塌劑篩選與評價

1.3 其他主要處理劑篩選

1）增黏劑 評價黃原膠XC、聚合氯化鋁PAC、羧甲基纖維素CMC、聚丙烯酰胺PAM、羥乙基纖維素HEC、無機增黏劑SWZN、CNM等處理劑抗溫抗鹽抗鈣及表觀黏度等性能，優(yōu)選出PAC-LV、PAC-HV復(fù)配作為增黏劑。

2）降濾失劑 根據(jù)表3中評價的多種處理劑試驗結(jié)果，優(yōu)選出抗鹽抗鈣高溫降濾失劑作為降濾失劑。

表3 降濾失劑篩選與評價

3）無滲透處理劑 評價了BST-Ⅱ、OCL-BST、DL-701、QCX-2等4種處理劑，通過加入前后失水量測定、泥餅承壓試驗、流變性能試驗等，篩選出BST－Ⅱ作為無滲透處理劑。

4）潤滑劑 評價了DNP、TRH-2兩種處理劑的潤滑性能，其中DNP潤滑系數(shù)最小 （0．1153），選擇DNP作為潤滑劑。

5）加重劑 評價了保護油氣層的BGH-Ⅰ、活化重晶石、2種普通重晶石粉等4種加重劑，進行密度篩選及酸溶率測定，篩選出BGH－Ⅰ作為加重劑。

6）聚磺處理劑 聚磺處理劑能有效地降低鉆井液高溫高壓失水，提高井壁的穩(wěn)定性。在順9井區(qū)現(xiàn)用水基鉆井液中，基本上采用聚磺鉆井液體系，應(yīng)用效果上加入三磺處理劑的鉆井液要明顯優(yōu)于其他鉆井液。同時由于聚磺處理劑適用范圍較廣，使用效果比較好，成本較低，抗污染性能力也比較好，使用劑量比較大，能對體系性能起到較大的影響。根據(jù)現(xiàn)場的實際應(yīng)用情況，結(jié)合鉆井液研制的要求，提取現(xiàn)場鉆井液的優(yōu)點，在配方中加入經(jīng)典的聚磺體系處理劑，提高鉆井液的整體性能。

1.4 處理劑配伍性評價

考慮到處理劑優(yōu)選，如強抑制劑、防塌劑、增黏劑、潤滑劑、加重劑、聚磺處理劑優(yōu)選試驗均為單劑試驗，不能全面考慮到與其他處理劑的配伍性，故對多種處理劑間配伍性進行試驗性能評價，試驗配方見表4。配方評價結(jié)果如圖1所示，可以看出，處理劑配伍性良好，滾動回收率最高可達94．6%。

表4 處理劑配伍性評價配方

圖1 處理劑配伍性評價結(jié)果

2 高性能強抑制鉆井液配方建立及評價

2.1 配方的建立

順9區(qū)塊志留系儲層屬于低孔特低滲且裂縫／微裂縫發(fā)育的砂巖儲層，儲層敏感性礦物含量高，水敏／鹽敏性強。因此需要從3個方面進行鉆井液設(shè)計：①防儲層敏感性損害，采用鉀基＋胺基強抑制劑；②防儲層孔喉堵塞，采用多級架橋精確暫堵技術(shù)［8］；③防裂縫／微裂縫損害，采用無滲透處理劑＋裂縫暫堵粒子。

鉆井液儲層保護功能配方設(shè)計為鉆井液基液＋強抑制劑＋KCl＋復(fù)合暫堵粒子＋無滲透處理劑＋變形粒子＋其他。其中復(fù)合暫堵粒子和變形粒子的設(shè)計依據(jù)多級架橋精確暫堵技術(shù)進行。

根據(jù)順9井組儲層巖心孔喉區(qū)間滲透率貢獻率 （圖2）統(tǒng)計表明，順9井組儲層巖心孔喉區(qū)間對滲透率貢獻率最大的孔喉主要集中在0．4～1．0μm，1．0～1．6μm和2．5～6．3μm這3個區(qū)間，這3個區(qū)間孔喉對滲透率的貢獻率分別為56．87%、21．57%和15．95%，3個區(qū)間的累計貢獻率為94．39%，表明儲層連通孔喉中對滲透率貢獻率較大的孔喉總體非常細小。設(shè)計多級架橋粒子為1．5%～2．0%CaCO3（3000目）＋0．2%～0．5%CaCO3（1500～2000目）＋0．1%～0．3%纖維粒子。室內(nèi)進行復(fù)配試驗后，得到的高性能強抑制水基鉆井液配方：

4%膨潤土漿＋5%KCl＋1%～3%強抑制劑＋3%防塌劑DLP-1＋0．1%～0．15%增黏劑PAC-LV＋0．1%～0．15%增黏劑PAC-HV＋3%降濾失劑CF230＋2%～3%無滲透處理劑BST－Ⅱ＋1．5%～2．5%潤滑劑DNP＋2%～3%磺甲基酚醛樹脂SMP-1＋2%～3%褐煤樹脂SPNH＋2%～3%磺化褐煤SMC＋油層保護劑 （1．5%～2．5%復(fù)合暫堵粒子＋0．5%～1．5%變形粒子）＋加重劑BGH－Ⅰ。

圖2 順9井組儲層巖心孔喉區(qū)間滲透率貢獻率曲線

2.2 常規(guī)性能評價

測定高性能強抑制水基鉆井液的常規(guī)性能，包括流變性、API失水量、高溫高壓失水量等，結(jié)果如表5所示。

表5 高性能強抑制水基鉆井液常規(guī)性能評價

2.3 抗污染性能評價

體系的抗污染性能評價進行了包括抗鹽、抗鈣、抗巖屑污染性能評價，試驗結(jié)果見表6。可以看出，該體系熱滾前后流變性能變化不大，具有良好的抗污染能力。

2.4 抑制性評價

抑制性評價包括滾動回收率評價和線性膨脹評價。試驗采用順9井儲層巖屑進行試驗，用以考察鉆井液體系的抑制性，試驗結(jié)果見表7、8。

表6 高性能強抑制水基鉆井液抗鹽性能評價

表7 鉆井液體系滾動回收率試驗

表8 鉆井液體系抑制膨脹試驗

由表7試驗結(jié)果可知，該強抑制水基鉆井液體系的滾動回收率達到了94．64%，表明該鉆井液體系對易坍塌分散巖樣具有非常強的抑制分散能力。由表8試驗結(jié)果可知，強抑制水基鉆井液16h膨脹率只有8．25%，表明該強抑制水基鉆井液體系及加重后對易坍塌、易膨脹鉆屑具有非常強的抑制能力。

2.5 沉降穩(wěn)定性評價

沉降穩(wěn)定性則是指在重力作用下鉆井液內(nèi)顆粒是否易于下沉的性質(zhì)［9］，一般用顆粒下沉速度的快慢來衡量沉降穩(wěn)定性的好壞，如兩桶加重后的鉆井液，靜止24h后分別測上部和下部鉆井液密度變化，其變化越小，則沉降穩(wěn)定性越好，越適合鉆井作業(yè)使用。試驗中用量筒法分別對密度為1．39、1．52g／cm3的加重鉆井液的沉降穩(wěn)定性作評價，其評價結(jié)果見表9。

表9 加重后鉆井液沉降穩(wěn)定性評價

從表9中可看出，密度為1．39g／cm3的加重鉆井液24h后上下密度差幾乎為0，密度為1．52g／cm3的加重鉆井液上下密度變化很小，僅有0．01g／cm3。由結(jié)果可以看出，該鉆井液體系能夠很好懸浮加重劑，密度可調(diào)性好并且性能穩(wěn)定。

2.6 保護油氣層性能評價

鉆井液動態(tài)評價試驗主要是盡量模擬實際工況，評價鉆井液對油氣層的綜合損害情況。試驗采用SW-Ⅱ型動態(tài)試驗損害評價儀，參照鉆井液動態(tài)污染試驗評價標(biāo)準(zhǔn)進行評價。試驗結(jié)果見表10。從表10可以看出，動態(tài)損害試驗的巖心滲透率恢復(fù)值基本在85%以上，起到了很好的保護效果。

表10 強抑制水基鉆井液動態(tài)損害評價

3 結(jié)論

1）形成一套高性能強抑制水基鉆井液體系，具有良好的抑制性能、流變性能、懸砂攜巖能力，抗溫能力達到150℃以上。

2）形成的鉆井液體系針對儲層敏感性損害、孔隙孔喉損害、裂縫／微裂縫損害分別提出應(yīng)對措施，有針對性地解決鉆井中可能遇到的問題。

3）形成的高性能鉆井液引入多級屏蔽暫堵技術(shù)，能夠很大程度上提高鉆井液的儲層保護性能。

4）研究的高性能水基鉆井液體系成本較低，維護方便，同時較為環(huán)保，可以滿足使用的要求。

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