高溫高密度無(wú)黏土相鉆開(kāi)液室內(nèi)研究

文 華 陳 毅 侯 煉

（1.長(zhǎng)江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.中石化西南石油工程有限公司湖南鉆井分公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

隨著石油工業(yè)的發(fā)展， 我國(guó)大部分油田開(kāi)發(fā)利用己進(jìn)入中后期階段，需要打超深井、高溫井等高難度井，開(kāi)采難度增加。 現(xiàn)用的鉆井液體系，通常是以黏土作為鉆井液性能調(diào)節(jié)的基本物質(zhì)， 使鉆井液中亞微米固相顆粒大量存在，造成鉆進(jìn)時(shí)鉆速較低，而且高溫條件下鉆井液性能不穩(wěn)定， 從而使鉆井成本顯著增加并對(duì)油氣層造成損害。 高密度鉆井液中固相含量一般都較高，而高固含會(huì)導(dǎo)致鉆井液流的變性能難以控制。 通常需要使用稀釋劑來(lái)調(diào)節(jié)鉆井液的流變性， 使得高溫高密度鉆井液的處理變得十分復(fù)雜。 室內(nèi)針對(duì)這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套高溫高密度無(wú)黏土相甲酸鹽鉆開(kāi)液體系[1]。 體系的基本配方為：淡水＋0.4%VIS-B＋0.9%SPD＋2.5%FLOCAT＋320%HCOOK＋160%JQWY+1.5%2100BS（ρ=1.8g/cm3）

1 鉆開(kāi)液體系的性能優(yōu)選

1.1 增粘劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)體系性能的影響

表1 VIS-B 加量變化對(duì)性能影響

高溫高密度無(wú)黏土相鉆井液體系流變性是通過(guò)聚合物處理劑來(lái)調(diào)節(jié)， 通過(guò)篩選優(yōu)選出了VIS-B 作為甲酸鹽鹽水的增黏劑。 從表1 中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著VIS-B加量的增加， 體系的黏度和切力逐漸增大， 動(dòng)塑比（τd/μp）卻基本無(wú)變化，Φ6/Φ3 逐漸增大，即體系的低剪切黏度增大。 當(dāng)VIS-B 加量達(dá)到0.4%～0.5%時(shí)，體系的Φ6/Φ3值和動(dòng)切力相對(duì)較高，基本可以滿(mǎn)足鉆井施工的要求。 后續(xù)評(píng)價(jià)中選用VIS-B 加量為0.4%。

1.2 降濾失劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)體系性能的影響

表2 FLOCAT 加量變化對(duì)鉆井液性能影響

表2 為降濾失劑FLOCAT 質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%～3.0%之間體系流變性能，從表中可以看出，隨著FLOCAT 加量的增加，體系的黏度略微增大，體系的API 失水量逐漸變小。在超過(guò)2%的加量時(shí)， 體系的API 濾失量可以控制在5ml以?xún)?nèi)，可滿(mǎn)足鉆井施工的要求。 推薦降失水劑加量控制在2%～3%之間， 后續(xù)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)中確定FLOCAT 加量為2.5%。

2 體系綜合性能評(píng)價(jià)

2.1 抗侵污性能評(píng)價(jià)

表3 體系抗侵污性能

為了確保鉆井液在受到侵污后， 仍能夠保持較穩(wěn)定的鉆井液性能，室內(nèi)評(píng)價(jià)了體系對(duì)鉆屑、搬土、海水以及鹽類(lèi)的抗侵污能力[2]。 從表3 中可以看出體系在15%搬土侵污下，黏度略微增大，失水保持不變；在15%鉆屑侵污下，黏度和失水略微增大；在10%硫酸鈣侵污下流變性能基本無(wú)變化，失水略微增大，顯示了體系良好的抗侵污性能。

2.2 抗溫性能評(píng)價(jià)

室內(nèi)評(píng)價(jià)體系在65℃～146℃的溫度下老化后流變性能變化情況。 從表4 中可以看出，隨著老化溫度的升高，體系的失水量逐漸增大，因溫度的升高，導(dǎo)致體系中淀粉類(lèi)降失水劑FLOCAT 發(fā)生了部分高溫降解， 從而導(dǎo)致體系失水增大。 但溫度在146℃以下時(shí)，體系仍可以保持穩(wěn)定。

2.3 密度變化

體系以甲酸鉀鹽水作為基液， 其飽和密度可以達(dá)到1.59g/cm3，通過(guò)加入少量的JQWY 就可以配制密度至1.8 g/cm3，可以有效的降低體系中惰性固相的含量，減少儲(chǔ)層損害。 實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)了密度1.6～1.8g/cm3鉆井液的流變性能， 從表5 中可以看出該體系在不同密度下均有良好的流變性能。

2.4 抑制性能評(píng)價(jià)

抑制性反映了鉆井液穩(wěn)定井壁的能力， 室內(nèi)通過(guò)滾動(dòng)回收率考察了該體系的抑制性能。105℃下烘干的6～10目鉆屑50g，146℃老化16h 后，40 目篩出，烘干至恒重，計(jì)算滾動(dòng)回收率為98.3%， 表明該體系具有良好的抑制性能。 潤(rùn)滑性能反映了現(xiàn)場(chǎng)扭矩的大小，摩阻系數(shù)越低，扭矩越小。 室內(nèi)使用Baroid 公司生產(chǎn)的鉆井液極壓潤(rùn)滑儀來(lái)評(píng)價(jià)體系的潤(rùn)滑性，計(jì)算摩阻系數(shù)為0.115，具有良好的潤(rùn)滑性能。

2.5 潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)

鉆井液的潤(rùn)滑性能對(duì)減少卡鉆等井下復(fù)雜情況，保證安全、 快速鉆進(jìn)起著至關(guān)重要的作用。 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用Baroid 公司生產(chǎn)的鉆井液極壓潤(rùn)滑儀來(lái)測(cè)定[3]。 摩阻系數(shù)

表4 體系的抗溫性能

表5 密度變化對(duì)體系性能的影響

計(jì)算方法為：

摩阻系數(shù)=極壓潤(rùn)滑儀樣品扭矩讀數(shù)/100

表6 潤(rùn)滑劑加量對(duì)潤(rùn)滑性的影響

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著潤(rùn)滑劑加量的增大，體系摩阻系數(shù)降低， 表明加入的潤(rùn)滑劑能有效的降低鉆井液的摩擦阻力，體系具備良好的潤(rùn)滑性能。

2.6 體系儲(chǔ)層保護(hù)性能評(píng)價(jià)

參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》， 采用巖芯流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀、鉆井液靜損害實(shí)驗(yàn)儀等裝置模擬鉆井條件，在壓差3.5MPa、溫度90℃條件下， 巖芯污染后模擬氣層不同含水飽和度下的氣體滲透率。計(jì)算滲透率恢復(fù)值為55.19%，由于體系中JQWY 起到了暫堵作用，滲透率恢復(fù)值不高，采用隱形酸完井液完井后 （配方： 水+1%HTA+2%HCS+1.5%CA101），氣測(cè)滲透率恢復(fù)值達(dá)到94.45%。

3 結(jié)論

3.1 通過(guò)室內(nèi)研究， 確定了高溫高密度無(wú)黏土相鉆開(kāi)液體系最佳配方： 淡水＋0.4%VIS-B＋0.9%SPD＋2.5%FLOCAT＋320%HCOOK＋160%JQWY+1.5%2100BS（ρ=1.8g/cm3）。

3.2 該體系以甲酸鉀鹽水作為基液， 其飽和密度可以達(dá)到1.59g/cm3， 通過(guò)加入少量的JQWY 就可以配制密度至1.8g/cm3， 可以有效地降低體系中惰性固相的含量，減少儲(chǔ)層損害， 后期酸化完井后滲透率恢復(fù)值可達(dá)94.45%。

3.3 體系中沒(méi)有使用膨潤(rùn)土來(lái)調(diào)節(jié)體系黏度， 從而避免膨潤(rùn)土在高溫下不穩(wěn)定造成的體系流變性能難以控制的問(wèn)題，同時(shí)減少了亞微米固相顆粒，利于提高機(jī)械鉆速和保護(hù)儲(chǔ)層。

3.4 該體系具備良好的抑制性能， 其滾動(dòng)回收率可達(dá)到98.33%，體系添加劑較少，抗污染能力強(qiáng)，添加了高溫穩(wěn)定劑SPD，使其抗溫達(dá)到146℃。

［1］楊玻，黃林基，等.無(wú)黏土低固相甲酸鹽鉆井液［J］.鉆采工藝，2001，24（4）:58-60.

［2］王元慶，許明標(biāo)，等.高溫?zé)o固相甲酸銫鉆井液室內(nèi)研究［J］.河南科技，2013，29（1）:86-87.

［3］丁彤偉，鄢捷年，馮杰，等.抗高溫高密度水基鉆井液體系的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究 ［J］. 中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2007，31（2）:73-78.