無黏土相鹽水儲(chǔ)層鉆井液體系研究

牟云龍　(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

劉衛(wèi)紅　(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

王雷， 楊培龍　(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

無黏土相鹽水儲(chǔ)層鉆井液體系研究

牟云龍(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

劉衛(wèi)紅(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

王雷， 楊培龍(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

[摘要]針對(duì)伊拉克Missan油田群儲(chǔ)層段鉆井作業(yè)中存在著卡鉆、漏失、氣侵、溢流、井壁失穩(wěn)、井徑擴(kuò)大等復(fù)雜事故,為了減少作業(yè)事故的發(fā)生,提高儲(chǔ)層保護(hù)的效果,室內(nèi)通過外加劑的優(yōu)選,建立了一套無黏土相鹽水儲(chǔ)層鉆井液體系。該體系以改性生物聚合物為流型調(diào)節(jié)劑,可降解的抗溫淀粉作為降濾失劑,并采用NaCl鹽水基液和CaCO3復(fù)合加重的方式進(jìn)行體系的密度調(diào)節(jié)。鉆井液性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明,該體系抗溫可達(dá)140℃,滾動(dòng)回收率達(dá)到了95.46%,同時(shí)體系還具有較好的抗侵污能力和儲(chǔ)層保護(hù)效果。

[關(guān)鍵詞]儲(chǔ)層鉆井液;儲(chǔ)層保護(hù);生物聚合物;伊拉克Missan油田

伊拉克Missan油田群位于伊拉克東南部Missan省，包括3個(gè)在生產(chǎn)油田：Abu Ghirab、Buzurgan和Fauqi油田，油田儲(chǔ)層巖性主要為碳酸鹽巖，部分地區(qū)有砂巖發(fā)育，部分層位含有微裂縫。油藏原始地層壓力系數(shù)為1.172～1.184，油藏最高溫度為120℃。從儲(chǔ)層段已鉆井的作業(yè)情況來看，存在著卡鉆、漏失、氣侵、溢流、井壁失穩(wěn)、井徑擴(kuò)大等復(fù)雜事故的發(fā)生。針對(duì)Missan油田儲(chǔ)層的特點(diǎn)，室內(nèi)設(shè)計(jì)了一種無黏土相鹽水儲(chǔ)層鉆井液體系，該體系的各項(xiàng)性能完全滿足Missan油田鉆井作業(yè)的需要，同時(shí)由于不含黏土相，可以有效地保護(hù)儲(chǔ)層。

1試驗(yàn)部分

1.1　主要試劑與儀器

1)試驗(yàn)試劑降濾失劑Flocat，聚陰離子纖維素PAC-LV，流型調(diào)節(jié)劑VIS-B，加重劑CaCO3，NaOH，Na2CO3，KCl，NaCl，工業(yè)品。

2)試驗(yàn)儀器ZNN-D6A型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)；GJS-B12K高頻高速攪拌器；ZNS-5A中壓濾失儀；XGRL-4滾子加熱爐(青島海通達(dá)專用儀器廠)。

1.2　鉆井液性能測(cè)試

鉆井液的流變性能、濾失性能等均按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5621—1993《鉆井液測(cè)試程序》進(jìn)行測(cè)定。

2鉆井液體系的確定

2.1　無黏土相鹽水儲(chǔ)層鉆井液體系設(shè)計(jì)

針對(duì)Missan油田儲(chǔ)層的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了無黏土相鹽水儲(chǔ)層鉆井液體系，該體系不含黏土相，可以有效地保護(hù)儲(chǔ)層。為了提高鉆井液攜巖和井眼清洗的效果，采用了改性生物聚合物VIS系列作為體系的流型調(diào)節(jié)劑。生物聚合物由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，而具有獨(dú)特的理化性質(zhì)，其低濃度溶液具有高黏度的特性(1%水溶液的黏度相當(dāng)于明膠的100倍)，是一種高效增稠劑，具有良好的抗剪切性(假塑性)，在靜態(tài)或低剪切作用下具有高黏度，在高剪切作用下表現(xiàn)為黏度下降，但分子結(jié)構(gòu)不變，當(dāng)剪切作用消失后黏度恢復(fù)正常。這些特性應(yīng)用于鉆井液中，可改善鉆井液的流變性，增強(qiáng)鉆井液的攜砂能力[1,2]。同時(shí)在該體系的設(shè)計(jì)中，采用了可降解的抗溫淀粉Flocat作為體系的降濾失劑。體系的密度調(diào)節(jié)則通過采用NaCl鹽水基液和CaCO3復(fù)合加重的方式進(jìn)行，CaCO3不僅起到加重作用，而且也可以作為暫堵劑對(duì)裂縫性地層進(jìn)行封堵，完井時(shí)可以通過酸化解堵。為進(jìn)一步提高體系的濾失和流變控制能力，體系中加入了低分子量的聚陰離子纖維素類聚合物PAC-LV。通過大量的室內(nèi)研究，確定體系的基本成分為：淡水+NaOH +Na2CO3+KCl +NaCl + VIS-B +PAC-LV+ Flocat + CaCO3。

2.2　流型調(diào)節(jié)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)體系性能影響評(píng)價(jià)

鉆進(jìn)儲(chǔ)層時(shí)，鉆井液中的膨潤(rùn)土進(jìn)入儲(chǔ)層，會(huì)給儲(chǔ)層帶來較大的損害[3~7]。為了減少對(duì)儲(chǔ)層的損害，在條件許可的情況下，應(yīng)盡可能采用無黏土相鉆井液。同時(shí)為了能夠在高剪切速率下有效地破巖和在低剪切速率下有效地?cái)y帶巖屑，要求鉆井液具有較強(qiáng)的剪切稀釋性，即鉆井液表觀黏度隨著剪切速率的增加而降低。為了達(dá)到這一目的，經(jīng)常采用添加流型調(diào)節(jié)劑的方法來調(diào)節(jié)鉆井液的流變性能。VIS-B改性生物聚合物增黏劑是無黏土相鉆井液體系中的關(guān)鍵處理劑，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)決定了鉆開液體系懸浮性能。室內(nèi)評(píng)價(jià)了VIS-B質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化對(duì)體系性能的影響，結(jié)果如表1所示。隨著流型調(diào)節(jié)劑VIS-B質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鉆井液滾后的黏度、動(dòng)切力逐漸增加，濾失量逐漸降低；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)，體系具有較好的流變性，同時(shí)濾失量也小于5mL。

表1　流型調(diào)節(jié)劑VIS-B質(zhì)量分?jǐn)?shù)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)的讀值；VAPI為API濾失量。下同。

注2：老化條件為120℃×16h；60℃測(cè)流變。下同。

注3：鉆井液配方為淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + VIS-B +0.3%PAC-LV+3.0% Flocat + CaCO3(密度為1.28g/cm3)(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。

2.3　降濾失劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)體系性能影響評(píng)價(jià)

對(duì)于無黏土相的鉆開液體系，如何控制其濾失和造壁性能，保證井壁穩(wěn)定顯得十分重要。室內(nèi)選擇了一種可降解的抗溫淀粉Flocat作為體系的降濾失劑，并評(píng)價(jià)了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Flocat的降濾失效果，結(jié)果如表2所示。當(dāng)Flocat質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%以上時(shí)，API濾失量可以控制在5mL以內(nèi)，推薦降濾失劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%~3%。

表2　降濾失劑Flocat質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)體系性能的影響

注：鉆井液配方為淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + 0.6%VIS-B +0.3%PAC-LV+ Flocat + CaCO3(密度為1.28g/cm3)。

2.4　PAC-LV質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化對(duì)體系性能影響評(píng)價(jià)

PAC-LV為低分子量的聚陰離子纖維素類聚合物，其一般作為鉆井液體系的降濾失、以及流變性控制的處理劑，室內(nèi)評(píng)價(jià)了該添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化對(duì)鉆井液性能的影響，結(jié)果如表3所示。隨著PAC-LV質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，體系的黏度有一定程度的增加，同時(shí)體系的濾失量有所下降，綜合考慮選擇PAC-LV質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%。

表3　PAC-LV質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)體系性能的影響

注：鉆井液配方為淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + 0.6%VIS-B +PAC-LV+ 3%Flocat + CaCO3(密度為1.28g/cm3)。

3鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

依據(jù)添加劑的性能情況，確定鉆井液配方為：淡水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+3%KCl+16%NaCl+ 0.6%VIS-B+0.3%PAC-LV+3%Flocat+CaCO3(密度為1.28g/cm3)，并對(duì)體系的抑制性能、抗溫性能、抗侵污性能以及儲(chǔ)層保護(hù)效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

3.1　抑制性能評(píng)價(jià)

采用測(cè)定鉆井液體系的滾動(dòng)回收率和防膨率的方法來測(cè)定體系的抑制性能，評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果可知，體系的滾動(dòng)回收率達(dá)到95.46%，防膨率達(dá)到92.13%，表明該鉆井液體系具有很好的抑制泥頁巖水化膨脹的能力。

3.2　抗溫性能評(píng)價(jià)

溫度升高一般會(huì)導(dǎo)致聚合物分子鏈斷開，鉆井液體系黏度降低，添加劑失效。室內(nèi)評(píng)價(jià)了不同溫度下鉆井液體系熱滾16h前后的性能變化，結(jié)果如表4所示。在140℃以內(nèi)隨著熱滾溫度的增加，體系的流變性和API濾失量比較穩(wěn)定，說明體系具有很好的溫度適應(yīng)性和抗高溫老化能力，在140℃的條件下能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)鉆井作業(yè)的要求。

表4　體系的抗溫性能

注：鉆井液配方為淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + 0.6%VIS-B +0.3%PAC-LV+ 3%Flocat + CaCO3(密度為1.28g/cm3)。下同。

3.3　抗地層水污染評(píng)價(jià)

Missan油田地層水具有很高的礦化度，其中Fauqi油田的礦化度高達(dá)235858mg/L，為了考察地層水的侵污對(duì)鉆井液性能的影響，在鉆井液體系內(nèi)加入一定量的模擬地層水(礦化度235858mg/L)，測(cè)定鉆井液熱滾前后性能的變化，結(jié)果如表5所示。隨著地層水的加入，體系的黏度逐漸變小，濾失量變大，但總體來看，在地層水質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時(shí)，體系流變性能和濾失性能變化不大，說明體系具有較好的抗地層水污染的能力。

表5　體系抗地層水污染評(píng)價(jià)

3.4　抗鉆屑侵污評(píng)價(jià)

在鉆井過程中，鉆屑會(huì)侵入到鉆井液體系中，為考察鉆屑侵污對(duì)鉆井液性能的影響，在鉆井液體系內(nèi)加入一定量的Missan油田現(xiàn)場(chǎng)的鉆屑，測(cè)定鉆井液熱滾前后性能的變化，結(jié)果如表6所示。當(dāng)鉆屑的侵污量達(dá)到15%時(shí)，體系性能仍能保持穩(wěn)定，表明體系具有較好的抗鉆屑侵污能力。

表6　體系抗鉆屑侵污評(píng)價(jià)

3.5　無黏土相鹽水鉆井液儲(chǔ)層保護(hù)效果評(píng)價(jià)

為了考察無黏土相鹽水鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)效果，采用Missan油田現(xiàn)場(chǎng)巖心，進(jìn)行了儲(chǔ)層保護(hù)效果評(píng)價(jià)，結(jié)果如表7所示。采用無黏土相鹽水鉆井液污染巖心后，其滲透率恢復(fù)值為69.44%；而將污染端切除5mm后，滲透率恢復(fù)值可以達(dá)到95.93%。說明鉆井液在儲(chǔ)層中侵污深度有限，這是因?yàn)轶w系中加有CaCO3，能夠在近井地帶迅速形成暫堵層，防止固相顆粒的進(jìn)一步侵入，對(duì)于Missan油田目前直井射孔完井工藝來說，該鉆井液體系可以有效地保護(hù)儲(chǔ)層。

表7　儲(chǔ)層保護(hù)效果

4結(jié)論

1)通過室內(nèi)研究，建立了一套適合Missan油田直井射孔完井的無黏土相鹽水儲(chǔ)層鉆井液體系。

2)該體系具有較好的耐溫性能，抗溫可達(dá)140℃，體系的抑制性能優(yōu)良，鉆屑的滾動(dòng)回收率達(dá)到95.46%；同時(shí)體系具有較好的抗侵污能力，能有效地抵抗高礦化度地層水和鉆屑的侵污，對(duì)射孔完井具有較好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙向陽,張潔,尤源.鉆井液黃原膠膠液的流變特性研究[J].天然氣工業(yè), 2007, 27(3): 3~6.

[2]崔孟忠,李竹云,徐世艾.生物高分子黃原膠的性能、應(yīng)用與功能化[J].高分子通報(bào), 2003,6 (3):23~28.

[3]Al-Taq A，Bazin B，Ding D，et al. Mud-induced formation damage in carbonate reservoirs: consequences on productivity of open-hole horizontal wells[J].SPE94551,2005.

[4]Longeron D G, Alfenore J, Salehi N.Experimental approach to characterize drilling mud invasion, formation damage and cleanup efficiency in horizontal wells with open-hole completions[J].SPE58737,2000.

[5]Van der Z C H.Benchmarking the formation damage of drilling fluids[J].SPE86544,2004.

[6]樂平, 楊建, 馮仁鵬. 鉆井過程中的儲(chǔ)層損害和儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009,11(5): 27~30.

[7]Burnett D B, Hodge R M.Laboratory and field evaluation of the role of drill solids in formation damage and reduced horizontal well productivity[J].SPE37125,1996.

[編輯]帥群

[引著格式]牟云龍，劉衛(wèi)紅，王雷， 等.無黏土相鹽水儲(chǔ)層鉆井液體系研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ,2015,12(26):46~49.

[中圖分類號(hào)]TE254

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2015)26-0046-04

通信作者：

[作者簡(jiǎn)介]牟云龍(1984-)，男，工程師，現(xiàn)在從事油氣田鉆井技術(shù)工作；劉衛(wèi)紅，liuweihong06@126.com。

[收稿日期]2014-09-08