兩井地區(qū)強(qiáng)抑制性鉀銨基聚合物屏蔽暫堵型鉆井液體系實(shí)驗(yàn)研究

張靈霞，鄧田青，陳建康，張春萍，張 翱

（1.中國(guó)石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南南陽(yáng)473132；2.中海石油技術(shù)研究院；3.中國(guó)石化河南石油工程公司鉆井分公司；4.中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院）

1 研究區(qū)儲(chǔ)層特點(diǎn)

吉林油田兩井地區(qū)儲(chǔ)層巖性主要是灰褐色油浸細(xì)砂巖和褐灰色含油粉砂巖，粘土礦物主要以伊蒙混層、綠泥石和伊利石形式存在，伊蒙混層的間層比為70%左右。砂巖儲(chǔ)集性很低，孔隙度普遍小于10%，滲透率小于10×10－3μm2，有效孔隙度小于16.5%，總體上屬于低孔和低滲、特低滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)層極易因外來(lái)流體侵入而產(chǎn)生各種敏感性及水鎖損害。該地區(qū)儲(chǔ)層滲透率低、孔隙度小，毛細(xì)管壓力大，侵入儲(chǔ)層的液相返排困難；含水飽和度對(duì)儲(chǔ)層滲透率影響大，水鎖損害嚴(yán)重；儲(chǔ)層粘土礦物含量高，水敏作用強(qiáng)，儲(chǔ)層損害程度大，井段存在井壁失穩(wěn)等問(wèn)題［1－2］。為保證該地區(qū)鉆井工作的順利開(kāi)展，對(duì)現(xiàn)用6種鉆井液體系進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)，優(yōu)選出了保護(hù)儲(chǔ)層的低傷害鉆井液體系。

2 鉆井液體系的優(yōu)選

為防止外來(lái)流體對(duì)儲(chǔ)層造成損害，低孔、低滲砂巖油氣層鉆井液應(yīng)具有以下幾個(gè)方面的性能：①具有極強(qiáng)的封堵能力，降低濾液侵入，降低地層水敏效應(yīng)；②具有很強(qiáng)的抑制粘土水化膨脹分散能力，具有較好的防塌作用；③具有良好的防止水鎖損害的功能；④具有良好的高溫穩(wěn)定性和流變性，地滿(mǎn)足攜巖要求［3－5］。

對(duì)吉林油田常用的6套鉆井液體系（見(jiàn)表1）進(jìn)行常規(guī)性能評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，配方3、4及6濾失量相對(duì)較低，且老化前后流變性變化小，故在研究過(guò)程中測(cè)定了儲(chǔ)層保護(hù)效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，上述3套鉆井液體系基本性能優(yōu)良順序?yàn)椋号浞?（甲酸鹽低固相）、配方4（現(xiàn)場(chǎng)用鉀胺基聚合物）、配方3（甲酸鹽無(wú)固相）。

從儲(chǔ)層保護(hù)效果來(lái)看：配方4（鉀銨基聚合物鉆井液）的滲透率恢復(fù)值最高（82.42%），其次為配方3（甲酸鹽無(wú)固相鉆井液）（81.27%）。配方6（甲酸鹽低固相儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液）最低（75.74%）?？梢?jiàn)，鉀銨基聚合物鉆井液（配方4）基本性能良好，滲透率恢復(fù)值高，達(dá)到儲(chǔ)層保護(hù)要求；環(huán)境可接受性好，配制成本也在油田承受范圍內(nèi)。

3 優(yōu)選鉆井液體系的優(yōu)化及評(píng)價(jià)

吉林油田兩井地區(qū)儲(chǔ)層粘土礦物含量高，水敏性損害比較嚴(yán)重，雖然優(yōu)選出的鉀銨基聚合物鉆井液具有很好的抑制性，但其封堵效果還不是很理想。因此，在優(yōu)選出的鉀銨基聚合物體系基礎(chǔ)上，擬通過(guò)加入與該區(qū)塊儲(chǔ)層孔喉相匹配的復(fù)合暫堵劑（ZHLD），從而形成有效的致密泥餅，阻止固相顆粒以及濾液侵入地層，達(dá)到保護(hù)油氣層的目的［5］。

表1 兩井地區(qū)6種鉆井液體系

表2 兩井地區(qū)6種鉆井液的常規(guī)性能測(cè)試結(jié)果

表3 儲(chǔ)層巖心滲透率恢復(fù)值評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在配方4（鉀銨基聚合物鉆井液）中分別加入2%、3%、4%復(fù)合暫堵劑（ZHLD），研究了屏蔽暫堵劑加量對(duì)儲(chǔ)層巖心滲透率恢復(fù)值的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可見(jiàn)，隨屏蔽暫堵劑加量增加，儲(chǔ)層巖樣的滲透率恢復(fù)值有所增大，當(dāng)加量從2%增至4%時(shí)，巖樣的滲透率恢復(fù)值從81.25%增至87.04%，可有效提高儲(chǔ)層的滲透率恢復(fù)值［5］。

經(jīng)過(guò)一系列的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)選出了一套適合吉林油田兩井地區(qū)的強(qiáng)抑制性鉀銨基聚合物屏蔽暫堵型鉆井液體系，該配方為：4%膨潤(rùn)土 ＋4.5%氯化鉀 ＋0.3%KPAM＋1.5%聚丙烯腈銨鹽 ＋1%抗復(fù)合鹽降濾失劑 ＋2%SMP－1＋1%磺化瀝青。

表4 屏蔽暫堵劑加量對(duì)儲(chǔ)層巖心滲透率恢復(fù)值的影響

3.1 常規(guī)性能評(píng)價(jià)

對(duì)4種配方進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表5。從表中數(shù)據(jù)可以看出，無(wú)論加重前后，其各項(xiàng)性能參數(shù)均達(dá)到鉆井液設(shè)計(jì)要求。加重后的濾失量比加重前有所降低，加入暫堵劑后的濾失量比加入暫堵劑（ZHLD）前有所降低。

表5 優(yōu)化配方的常規(guī)性能

3.2 動(dòng)濾失量評(píng)價(jià)

使用LH－2智能型鉆井液HTHP動(dòng)態(tài)污染實(shí)驗(yàn)裝置，分別于室溫和80℃條件下測(cè)定優(yōu)化鉆井液配方在加入暫堵劑前后的動(dòng)濾失量隨時(shí)間的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，室溫下累積動(dòng)濾失量不超過(guò)1 mL，80℃溫度下累積動(dòng)濾失量不超過(guò)3.5 mL。充分說(shuō)明，優(yōu)選的聚胺聚合物鉆井液可以起到顯著的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

圖1 密度1.18 g／cm3 的鉀胺基聚合物鉆井液優(yōu)化配方的動(dòng)濾失曲線(xiàn)

3.3 抑制性性評(píng)價(jià)

鉀銨基聚合物鉆井液由于其強(qiáng)抑制性、低濾失量、低PH的特性，是一種保護(hù)低孔低滲儲(chǔ)層的理想聚合物鉆井液。其中加入的聚丙烯酸鉀處理劑是一種長(zhǎng)鏈高分子，水解產(chǎn)生的K＋能提供一定的正電性，鑲嵌在粘土晶層間不容易被交換出來(lái)，降低粘土表面的電位，從而使粘土的分散能力更低。此外，聚丙烯酸鉀分子水解產(chǎn)生的－COOH可與粘土顆粒表面的－O和－OH基團(tuán)靠氫鍵結(jié)合發(fā)生吸附，長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)能夠很好地將粘土顆粒包被起來(lái)，防止與水分子接觸，抑制顆粒的水化分散。鉀銨基鉆井液的這種強(qiáng)抑制性能可通過(guò)頁(yè)巖膨脹性實(shí)驗(yàn)得到充分證明［9－10］。將乾231井的一部分巖心粉碎，進(jìn)行分散性試驗(yàn)，經(jīng)120℃熱滾16 h后，巖心的回收率見(jiàn)圖2?？梢钥闯觯洶坊酆衔镢@井液優(yōu)化配方（密度1.18 g／cm3）的巖屑回收率高達(dá)96.9%，略高于甲酸鹽無(wú)固相鉆井液，明顯高于4.5%KCl鹽水。

圖2 密度1.18 g／cm3 的鉀胺基聚合物鉆井液優(yōu)化配方的巖屑回收率

3.4 儲(chǔ)層保護(hù)效果評(píng)價(jià)

使用從現(xiàn)場(chǎng)采集的第二批巖心，即乾231井的儲(chǔ)層巖心，使用LH－1型鉆井液HTHP動(dòng)態(tài)污染實(shí)驗(yàn)裝置，在室溫下測(cè)定經(jīng)優(yōu)化配方污染后巖心的滲透率恢復(fù)值，進(jìn)行了保護(hù)儲(chǔ)層效果評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。從表中數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化配方在加入3%復(fù)合暫堵劑后，巖樣的滲透率恢復(fù)值為88.14%，證明該優(yōu)化體系能夠?qū)Φ涂住⒌蜐B儲(chǔ)層實(shí)現(xiàn)“堵得住、易返排”，具有良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

表6 優(yōu)化配方加入暫堵劑前后保護(hù)效果比較

4 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)吉林油田兩井地區(qū)常用的6套鉆井液配方性能綜合評(píng)價(jià)，優(yōu)選出性能較好的鉀銨基鉆井液體系。通過(guò)加入與該區(qū)塊儲(chǔ)層孔喉相匹配的符合暫堵劑（ZHLD），最終形成了適合該地區(qū)的強(qiáng)抑制性鉀銨基聚合物屏蔽暫堵型鉆井液體系。

（2）優(yōu)化的鉆井液體系有良好的流變性能；室溫下累積動(dòng)濾失量不超過(guò)1 mL，80℃溫度下累積動(dòng)濾失量不超過(guò)3.5 mL，頁(yè)巖回收率高達(dá)96.9%，具有良好的防塌抑制能力；對(duì)低孔、低滲巖心封堵能力強(qiáng)，滲透率恢復(fù)值可達(dá)88%以上，儲(chǔ)層保護(hù)效果好。

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