渤海油田抗高溫防塌型鉆井液體系的研究與應(yīng)用

陳強(qiáng)

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司，天津 300452)

渤海油田抗高溫防塌型鉆井液體系的研究與應(yīng)用

陳強(qiáng)

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司，天津 300452)

[摘要]渤海油田地層夾層多且復(fù)雜，泥巖段極易水化膨脹，鉆井液維護(hù)難度大，難以維持井壁穩(wěn)定。在對(duì)抗高溫穩(wěn)定劑研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一套適合于渤海油田砂泥巖互層鉆井的抗高溫防塌型鉆井液體系。室內(nèi)研究結(jié)果表明，該鉆井液體系在高溫高壓條件下流變性穩(wěn)定，懸浮攜砂性能好，防塌抑制能力強(qiáng)。該鉆井液在渤海油田2個(gè)區(qū)塊井段成功應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)易于維護(hù)，鉆井施工順利，很好地解決了渤海油田沙河街組地層砂泥巖互層井壁失穩(wěn)問(wèn)題。

[關(guān)鍵詞]防塌鉆井液；鉆井液穩(wěn)定劑；有機(jī)鹽；井壁穩(wěn)定；渤海油田

渤海油田在鉆井開發(fā)過(guò)程中，深部地層的泥頁(yè)巖垮塌、井壁失穩(wěn)系列問(wèn)題一直困擾著該油田的高效開發(fā)。傳統(tǒng)的PEM鉆井液體系(水基防塌鉆井液)不能滿足鉆井作業(yè)要求，井眼垮塌造成提前完鉆，導(dǎo)致部分進(jìn)尺報(bào)廢，或者更改增加一層套管程序，大大提高了鉆井的成本，部分井沒(méi)有實(shí)現(xiàn)獲得深部地層地質(zhì)數(shù)據(jù)的鉆井目的。將甲酸鹽引入到渤海油田傳統(tǒng)的PEM鉆井液體系中，滿足了大部分深部地層的防塌問(wèn)題，但有機(jī)鹽的含量增大，引起了鉆井液自身懸浮能力的明顯下降，出現(xiàn)了重晶石沉降、高溫高壓失水增加等問(wèn)題?；阢@井液穩(wěn)定劑與甲酸鹽，研發(fā)了一套抗溫性能穩(wěn)定、懸浮性能優(yōu)異的防塌型甲酸鹽鉆井液體系，很好地解決了渤海油田沙河街組地層泥頁(yè)巖井壁失穩(wěn)問(wèn)題，降低了井下復(fù)雜情況的發(fā)生率。

1渤海油田鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

渤海油田東營(yíng)組、沙河街組地層存在泥巖砂巖互存，泥巖易水化膨脹，出現(xiàn)掉塊坍塌，需要解決井壁穩(wěn)定問(wèn)題。根據(jù)前期開發(fā)的實(shí)鉆情況，歸納發(fā)現(xiàn)鉆井方面主要有以下問(wèn)題：①起下鉆困難，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致卡鉆事故；②井眼垮塌造成提前完鉆，導(dǎo)致部分進(jìn)尺報(bào)廢。

根據(jù)該油田以前的鉆井經(jīng)驗(yàn)和鉆井液使用的情況，發(fā)現(xiàn)鉆井液維護(hù)的難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①黏度增加，導(dǎo)致流變性變差，泵壓增加；②密度增加，導(dǎo)致液柱壓力增加，經(jīng)常誘發(fā)井漏的發(fā)生；③失水增加，泥餅變厚，導(dǎo)致起下鉆困難；④鉆井液懸浮能力下降，出現(xiàn)鉆具黏卡等情況[1，2]。

2抗高溫防塌型鉆井液技術(shù)與作用機(jī)理

如果鉆井液在流變性、造壁性、穩(wěn)定性、固相含量等方面的性能會(huì)發(fā)生大幅改變，則會(huì)誘發(fā)井漏、井壁失穩(wěn)、卡鉆等井下復(fù)雜情況。鉆井液性能的維護(hù)不僅關(guān)系到井下作業(yè)安全，更是影響鉆井作業(yè)效率和成敗的關(guān)鍵因素。筆者主要以鉆井液穩(wěn)定劑PAC-T、甲酸鹽和聚合醇為基礎(chǔ)，在分析其作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立了一套防塌型鉆井液體系。

1)作用機(jī)理PAC-T為淡黃色或乳白色黏稠狀乳液，是經(jīng)多功能單體聚合而得的聚合物，有良好的耐鹽、耐高溫能力。PAC-T高分子微球可以作為流型調(diào)節(jié)劑和高溫穩(wěn)定劑，填充并占據(jù)層狀膨潤(rùn)土搭接的空間結(jié)構(gòu)內(nèi)，改變膨潤(rùn)土粒子的剛性搭接程度，降低溫度變化對(duì)鉆井液性能的影響，從而維持高溫鉆井液的流變性。PAC-T鉆井液穩(wěn)定劑的主要作用機(jī)理及功能特點(diǎn)如下：①納微米聚合物微球，提高高溫穩(wěn)定性，減少高溫降解與斷鏈的問(wèn)題；②納微米聚合物顆粒，與膨潤(rùn)土進(jìn)行顆粒級(jí)配，提高膨潤(rùn)土在高溫下的穩(wěn)定性，改善鉆井液的流變性能，防止鉆井液中膨潤(rùn)土或加重材料沉降；③納微米聚合物顆粒，配合其他降濾失劑，能降低鉆井液失水，提高鉆井液對(duì)孔隙的封堵能力；④納微米聚合物顆粒及乳液外觀特征，有利于提高鉆井液的潤(rùn)滑性能。甲酸鹽鉆井液的礦化度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地層水，地層水向體系中反滲透，即使少量濾液進(jìn)入地層，滲透距離也會(huì)小于一般鉆井液。不會(huì)引起黏土的水化分散，甲酸鹽離子能大量地侵入巖屑表面的水化層，壓縮水化膜的厚度，阻止巖屑的水化膨脹分散，有利于巖屑的清除，提高體系的防塌抑制性。聚合醇的濁點(diǎn)效應(yīng)使其形態(tài)隨井下溫度發(fā)生變化，能在井壁、鉆屑和鉆具上形成憎水性分子膜，阻止泥頁(yè)巖水化分散，通過(guò)穩(wěn)定井壁、抑制鉆屑水化分散而達(dá)到穩(wěn)定鉆井液性能、降低鉆具扭矩。

2)抗高溫防塌型鉆井液體系抗高溫防塌型鉆井液體系基本組成為：鉆井液穩(wěn)定劑PAC-T、甲酸鹽、降濾失劑、聚合醇等[3～8]?；A(chǔ)配方為：3%海水膨潤(rùn)土漿+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%膠凝劑XC+1%包被劑PLH+1%磺化酚醛樹脂SMP+1.5%降濾失劑TEMP+1.5%磺化瀝青FT-1+1.5%低滲透成膜劑LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+穩(wěn)定劑PAC-T +重晶石(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。

3室內(nèi)研究

3.1抗高溫防塌型鉆井液的基本性能

依據(jù)鉆井液添加劑的作用機(jī)理，在傳統(tǒng)的PEM鉆井液中引入甲酸鉀，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定抗高溫防塌型鉆井液體系，評(píng)價(jià)了不同溫度老化后穩(wěn)定劑PAC-T對(duì)體系性能的影響，如表1所示。

表1　PAC-T對(duì)體系性能的影響

注1：μa為表觀黏度；μp為塑性黏度；τd為動(dòng)切力；Nφ6、Nφ3分別為六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)6、3r/min對(duì)應(yīng)的讀數(shù)；VAPI為濾失量；Vhthp為高溫(120℃)高壓濾失量。

注2：基漿為3%海水膨潤(rùn)土漿+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%膠凝劑XC+1%包被劑PLH+1%磺化酚醛樹脂SMP+1.5%降濾失劑TEMP+1.5%磺化瀝青FT-1+1.5%低滲透成膜劑LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+重晶石。下同。

表2　防塌型鉆井液體系的懸浮穩(wěn)定性

鉆井液中加入PAC-T后，鉆井液黏切略有增加，失水量顯著降低。試驗(yàn)表明，PAC-T在體系中起到良好的護(hù)膠、穩(wěn)定、降濾失的作用，顯著地降低了鉆井液的常溫及高溫高壓失水量。

3.2抗高溫防塌型鉆井液的懸浮穩(wěn)定性能

室內(nèi)配制基漿500mL，倒入500mL量筒與老化罐中，在室溫及高溫下靜置觀察鉆井液體系分層及沉降情況(表2)。常溫下靜置7d后，加入PAC-T鉆井液穩(wěn)定劑的體系沒(méi)有分層及沉降產(chǎn)生，且上下密度差僅0.02g/cm3；140℃高溫靜置3d后，加入PAC-T鉆井液穩(wěn)定劑的體系略有沉降，上下密度差僅0.08g/cm3，但較未加入PAC-T的鉆井液要明顯改善很多。這說(shuō)明抗高溫防塌型鉆井液體系具有較好的懸浮穩(wěn)定性。

因此確定抗高溫防塌型鉆井液體系配方為：3%海水膨潤(rùn)土漿+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%膠凝劑XC+1%包被劑PLH+1%磺化酚醛樹脂SMP+1.5%降濾失劑TEMP+1.5%磺化瀝青FT-1+1.5%低滲透成膜劑LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+0.5%穩(wěn)定劑PAC-T +重晶石(密度為1.45g/cm3)。

3.3抗高溫防塌型鉆井液的防塌抑制性能

350mL鉆井液體系中加入烘干的6～10目露頭土50g，在140℃下滾動(dòng)老化16h，冷卻，鉆井液過(guò)40目篩回收露頭土顆粒，烘干,稱重，計(jì)算回收率。室內(nèi)回收率試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。該鉆井液體系有很好的抑制性能，能有效抑制黏土水化分散，穩(wěn)定井壁。

表3　鉆井液體系抑制性評(píng)價(jià)結(jié)果

表4　鉆井液體系的潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)結(jié)果

3.4抗高溫防塌型鉆井液的潤(rùn)滑性能

室內(nèi)采用E-P極壓潤(rùn)滑儀對(duì)鉆井液體系的潤(rùn)滑性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果如表4所示。該鉆井液體系具有良好的潤(rùn)滑性能，能有效降低鉆具扭矩。

4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況與效果

抗高溫防塌型鉆井液在渤海油田2個(gè)區(qū)塊井段成功應(yīng)用。

5結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)鉆井液穩(wěn)定劑PAC-T的加入能夠明顯提高鉆井液的綜合性能，在流變性、高溫高壓降失水性、懸浮穩(wěn)定性等方面均具有較好的性能。

2)抗高溫防塌型鉆井液具有很強(qiáng)的防塌抑制性和抗溫性，二次滾動(dòng)回收率達(dá)到了89%，在140℃下靜置3d，井筒內(nèi)鉆井液密度差僅0.08g/cm3，具有較好的懸浮穩(wěn)定性能。

3)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，抗高溫防塌型鉆井液有利于砂泥巖互層的井壁穩(wěn)定，提高了鉆井速度，有效解決了油田砂泥巖互層復(fù)雜層段的井壁失穩(wěn)問(wèn)題，保證了作業(yè)的安全和效率。

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[編輯]帥群

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2015)17-0050-04

[中圖分類號(hào)]TE254