合成基鉆井液研究及在泰國Chatturat-3井的應(yīng)用

龔厚平，王亞寧，張 頲，杜道勇，時(shí)冠蘭，林 建

(中國石化江蘇石油工程有限公司鉆井處，江蘇 揚(yáng)州 225261)

合成基鉆井液研究及在泰國Chatturat-3井的應(yīng)用

龔厚平，王亞寧，張 頲，杜道勇，時(shí)冠蘭，林 建

(中國石化江蘇石油工程有限公司鉆井處，江蘇 揚(yáng)州 225261)

以氣制油為基礎(chǔ)開發(fā)研究了一套高密度合成基鉆井液體系，并將該體系在泰國的風(fēng)險(xiǎn)探井Chatturat-3井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。結(jié)果表明：該合成基鉆井液體系抑制性強(qiáng)，攜砂能力好，潤滑性優(yōu)良，性能穩(wěn)定。機(jī)械鉆速與相鄰區(qū)塊同井段相比提高16%，且無毒、能生物降解，與地層不產(chǎn)生水敏作用，有利于保護(hù)油氣層和井壁穩(wěn)定。

合成基鉆井液 環(huán)境保護(hù) 強(qiáng)抑制性

Chatturat-3井位于泰國Block L29/50區(qū)塊，目的層為pha nok khao formation和nam phong 上部、底部氣層。資料顯示該區(qū)塊以前所鉆井很少，可供參考的資料幾乎沒有。距離該井最近的Chonnabot-1井資料顯示：施工過程中，鉆進(jìn)到1 425 m時(shí)使用1.31 g/cm3鉆井液，鉆遇高壓氣層時(shí)鉆井液密度提高到1.63 g/cm3才壓穩(wěn)氣層。鉆進(jìn)到3 263 m，又鉆遇一個(gè)高壓氣層，鉆井液密度提到2.29 g/cm3，表明該區(qū)塊鉆探風(fēng)險(xiǎn)較大。此外，在1 400～2 800 m井段存在一段易發(fā)生復(fù)雜故障的泥巖層。

合成基鉆井液具有礦物油基鉆井液的優(yōu)點(diǎn)，且環(huán)保性能顯著優(yōu)于礦物油，可滿足泰國國家的環(huán)保要求[1-2]。針對泰國Block L29/50區(qū)塊地層研制了一套具有良好環(huán)保性能的合成基鉆井液體系，并在Chatturat-3井進(jìn)行了應(yīng)用。

1 基礎(chǔ)油選擇

對聚a-烯烴PAO、醚類、氣制油與油基鉆井液用柴油、礦物油進(jìn)行閃點(diǎn)、粘度及芳烴含量評價(jià)，結(jié)果見表1。

表1 不同基礎(chǔ)油性能對比

由表1可知，氣制油的閃點(diǎn)較低，與5#白油相當(dāng)；密度為0.81 g/cm3，低于其他基礎(chǔ)油。由于氣制油中不含芳烴，運(yùn)動(dòng)粘度顯著低于其他基礎(chǔ)油，因而即便其閃點(diǎn)和密度稍低，其作為基礎(chǔ)油的性能顯著優(yōu)于其他油類[3-4]。氣制油粘度隨溫度的變化見圖1。

圖1 氣制油表觀粘度隨溫度的變化曲線

由圖1可見,氣制油的粘度較低,且受溫度的影響較小,適合作為合成基鉆井液的基液。

2 鉆井液配方及性能

2.1處理劑優(yōu)化評價(jià)

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，確定用氣制油作為合成基鉆井液的基礎(chǔ)油。優(yōu)選了相應(yīng)的主乳化劑、輔乳化劑、有機(jī)土、流型調(diào)節(jié)劑、增粘劑等處理劑進(jìn)行系統(tǒng)配方實(shí)驗(yàn)。采用鉆井液懸浮性能實(shí)驗(yàn)評價(jià)處理劑在油水比為80∶20的氣制油鉆井液體系中的性能，結(jié)果見表2。

表2 體系懸浮性能評價(jià)

注：1#：氣制油+1%主乳化劑+0.5%輔乳化劑+26%CaCl2鹽水+2%石灰+重晶石

2#：氣制油+2%主乳化劑+0.5%輔乳化劑+26%CaCl2鹽水+2%石灰+重晶石

3#：氣制油+3%主乳化劑+1.0%輔乳化劑+26%CaCl2鹽水+2%石灰+0.5%有機(jī)土+重晶石

4#：氣制油+3%主乳化劑+1.0%輔乳化劑+26%CaCl2鹽水+2%石灰+1%有機(jī)土+重晶石

5#：氣制油320mL+3%主乳化劑+1.0%輔乳化劑+26%CaCl2鹽水+2%石灰+1%有機(jī)土+0.8%增粘劑+重晶石

6#：氣制油320mL+3%主乳化劑+1%輔乳化劑+26%CaCl2鹽水+2.5%流型調(diào)節(jié)劑+2%石灰+1%有機(jī)土+0.8%增粘劑+2%降濾失劑

由表2可知，隨著主輔乳化劑加量的增加，體系破乳電壓升高，潤滑穩(wěn)定性增加。隨著有機(jī)土和增粘劑的加入，體系懸浮性能逐漸增強(qiáng)，重晶石沉降問題得到改善；但隨著處理劑種類和加量的增加，粘度升高，加入流型調(diào)節(jié)劑后流變性恢復(fù)，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到最佳，故以6#配方為鉆井液的基礎(chǔ)配方。

2.2鉆井液性能

2.2.1 常規(guī)性能

該合成基鉆井液不同密度時(shí)性能見表3。

表3 不同密度時(shí)合成基鉆井液性能

注：1#：氣制油+26%CaCl2鹽水+2.6%主乳化劑+0.4%輔乳化劑+1.5%流型調(diào)節(jié)劑+1.0%堿度調(diào)節(jié)劑+0.8%有機(jī)土+0.8%高溫增粘劑+2.0%降濾失劑(油水比80∶20)

2#：氣制油+26%CaCl2鹽水+3.2%主乳化劑+1%輔乳化劑+2.5%流型調(diào)節(jié)劑+2%石灰+1%有機(jī)土+0.8%增粘劑+3.5%降濾失劑(油水比90∶10)

由表3可知，當(dāng)鉆井液密度為1.61 g/cm3時(shí)，油水比控制在80∶20，即使主輔乳化劑含量較低，流型調(diào)節(jié)劑加量為1.5%時(shí)，鉆井液動(dòng)塑比大于0.5，破乳電壓在800 V以上，說明體系具有良好的懸浮性和穩(wěn)定性。當(dāng)鉆井液密度增加至1.89 g/cm3，為防止固相含量增高引起的粘度效應(yīng)，油水比增加至90∶10，同時(shí)主輔乳化劑加量增加，流型調(diào)節(jié)劑增至2.5%，以控制鉆井液流型，同時(shí)適當(dāng)降低體系中的有機(jī)土和增粘劑含量，保證鉆井液具有良好的流變性。

2.2.2 抗污染性能

針對鉆井液可能受到的污染，進(jìn)行了氣制油合成基鉆井液抗污染實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

注：基礎(chǔ)配方為：氣制油+26%CaCl2+2.6%主乳化劑+0.4%輔乳化劑+1.5%流型調(diào)節(jié)劑+1.0%堿度調(diào)節(jié)劑+0.8%有機(jī)土+0.8%高溫增粘劑+2.0%降濾失劑(加重密度1.2 g/cm3，油水比80∶20)

由表4可見，鉆井液受石膏侵污后，其流變性和電穩(wěn)定性變化很小，石膏侵污量為3%時(shí)，其高溫高壓濾失量也只有5.8 mL。隨著鉆屑含量的增加，鉆井液粘度有所增加，但增幅不大，說明該合成基鉆井液抗石膏、鉆屑侵污能力較強(qiáng)。水侵對體系的流變性和破電壓產(chǎn)生影響，隨著水量的增加，體系粘切明顯增大，破乳電壓隨水量的增加逐漸降低，因?yàn)樗那秩敫淖兞梭w系的油水比，使油水比降低，粘度增加，因水相進(jìn)入消耗了乳化劑，所以降低了體系的電穩(wěn)定性?？蛇m當(dāng)補(bǔ)充油相和乳化劑來維持電穩(wěn)定性。NaCl侵入量的增加只對破乳電壓略有影響，有降低體系電穩(wěn)定性的作用，但是總體看體系性能受NaCl影響很小，具有很好的抗NaCl污染能力。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

3.1工程概況

Chatturat-3井于2013年12月4日用φ660.4 mm鉆頭鉆導(dǎo)眼至井深19.54 m，下入φ508 mm×K55×11.13 mm導(dǎo)管19.40 m。一開φ444.5 mm鉆頭鉆至井深201.3 m后，下入φ339.8 mm套管200.6 m，作業(yè)順利。二開使用φ311 mm鉆頭鉆至井深1 402.5 m，下入φ244.5 mm套管1 401.5 m。三開使用φ216 mm鉆頭鉆至井深2 800 m，電測一次成功，下入φ177.8 mm尾管至2 799.10 m，固井作業(yè)順利。四開使用φ155.5 mm鉆頭鉆至井深4 004 m完鉆，完鉆時(shí)間2014年3月29日。2014年4月6日完井。

3.2合成基鉆井液配置及要求

1)按合成基鉆井液的配置要求，首先清洗所有循環(huán)罐(錐形罐、沉淀罐、所有上水罐及管線)，并將所有海底控制閥門的橡膠密封墊更換成耐油的密封膠墊。在日常維護(hù)及處理過程中，不能有大量的水進(jìn)入，否則不利于性能穩(wěn)定。

2)Chatturat-3井在井深1 400 m處開始更換鉆井液，基礎(chǔ)油到位后根據(jù)合成基鉆井液配置程序，按油水比80∶20以及各種處理劑的最佳配比進(jìn)行配置。每種處理劑加完后都要按要求用混合漏斗充分?jǐn)嚢?0～40 min，以便充分乳化。合成基鉆井液配置完后，替換出井筒里的kcl-聚合物鉆井液，然后用泥漿泵再循環(huán)2～3 h，進(jìn)一步促進(jìn)體系的乳化，保證體系性能的穩(wěn)定。表5為更換后的合成基鉆井液性能。

表5 合成基鉆井液性能參數(shù)

從表5可以看出，1 400～1 921 m合成基鉆井液性能幾乎無多大變化，說明其穩(wěn)定性非常好。

3.3鉆井液日常維護(hù)

1)按油水比80∶20及各種添加劑的最佳比例定期配置8～10 m3合成基鉆井液，定期采取等濃度補(bǔ)充法混入循環(huán)的泥漿中。及時(shí)檢測鉆井液性能變化，每12 h至少檢測兩套性能，包括漏斗粘度、密度、塑性粘度、屈服點(diǎn)和破乳電壓、氯含量、堿度、鈣離子、固體含量油/水比例,等等。

2)鉆井液破乳電壓應(yīng)大于600 V，可通過定期添加乳化劑和石灰提高鉆井液乳化穩(wěn)定性。Chatturat-3井后期鉆井液破乳電壓一直在1 000 V以上，保持了良好的乳化穩(wěn)定性。

3)高溫高壓濾液中不應(yīng)含有自由水。若HTHP濾失有增大趨勢或?yàn)V液中有自由水，應(yīng)立即將主乳化劑和輔乳化劑直接加入體系或預(yù)混合后加入體系。如果因提高密度需要在泥漿中直接加入重晶石，應(yīng)同時(shí)補(bǔ)充乳化劑保持重晶石的濕潤性。保證泥漿中的石灰含量。

4)維持良好的乳化狀態(tài)，保證乳化劑在井漿中的濃度，添加適量的FXZRJ和FXJLS降低失水，使高溫高壓濾失控制在4 mL以內(nèi)。形成的泥餅光滑薄韌。

5)一般用石灰使pH值保持在8.5～10.5左右，有利于發(fā)揮乳狀液作用和有機(jī)膨潤土的配制，克服H2S、CO2等酸性氣體的污染，在CaCl2水相體系中，還有利于防止CaCl2的水解沉淀。

6)使用好固控設(shè)備，隨著井深的增加，振動(dòng)篩篩布選擇200目，定期使用離心機(jī)，嚴(yán)格控制劣質(zhì)固相進(jìn)入泥漿。

7)根據(jù)井下情況及地層壓力及時(shí)調(diào)整鉆井液密度，未鉆遇高壓氣層(1 400～2 800 m)，鉆井液密度一直控制在1.21～1.25 g/cm3。

3.4合成基鉆井液應(yīng)用效果

1)Chatturat-3井在二開井段(1 400～3 800 m)使用合成基鉆井液，效果顯示：雖然合成基鉆井液配置比較繁瑣，但由于維護(hù)采用等濃度補(bǔ)充方式，所以鉆井液性能非常穩(wěn)定，基本一周無需做大的處理，粘度基本保持不變，且流變性和熱穩(wěn)定性好。

2)抑制性和抗污染能力強(qiáng)。由于合成基鉆井液濾液中不含水相，因此具有同油基鉆井液一樣的黏土抑制能力，可降低井壁失穩(wěn)。同時(shí)，合成基鉆井液中各組分能有效抑制鉆屑的水化分散，使鉆井液體系具有較強(qiáng)的抗污染能力。鉆進(jìn)過程中振動(dòng)篩的巖屑規(guī)整，清潔，包被得非常好。

3)潤滑性好。合成基鉆井液的基液一般為強(qiáng)極性物質(zhì)，可作為優(yōu)良的界面潤滑劑，其潤滑作用完全能達(dá)到鉆井要求。

4)由于鉆井液各項(xiàng)性能優(yōu)良，機(jī)械鉆速明顯提高，與相鄰區(qū)塊同井段相比提高16%；1 300～1 400 m平均鉆時(shí)3～5 min/m，而同地層上部井段鉆時(shí)基本在20～30 min/m。井壁穩(wěn)定，1 445～2 800 m井段平均井徑擴(kuò)大率0.32%。表6為Chatturat-3井各井段使用鉆井液體系及平均井徑擴(kuò)大率統(tǒng)計(jì)。

表6 Chaturrat-3井各井段井徑擴(kuò)大率統(tǒng)計(jì)

5)環(huán)境兼容能力強(qiáng)。合成基鉆井液蒸汽中所含的餾分基本不含芳香化合物，毒性小，可生物降解，對環(huán)境污染小，符合環(huán)保要求。

4 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

1)氣制油合成基鉆井液性能穩(wěn)定，抑制和懸浮性強(qiáng)，抗污染能力好，且塑性粘度較低，與相鄰區(qū)塊同井段相比機(jī)械鉆速提高16%，提速效果明顯。井壁穩(wěn)定效果顯著，使用井段平均井徑擴(kuò)大率僅0.32%。滿足了Chatturat-3井鉆井需求，施工過程中未出現(xiàn)任何復(fù)雜故障。

2)該合成基鉆井液所用的基礎(chǔ)油不含芳烴，無異味，易生物降解，生物聚積潛能低，環(huán)境友好，能滿足環(huán)境保護(hù)要求。其循環(huán)當(dāng)量密度比常規(guī)油基鉆井液小，降低了鉆井作業(yè)的井漏風(fēng)險(xiǎn)。

3)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示合成基鉆井液對儲(chǔ)層巖心污染小，形成的泥餅容易清除，巖心滲透率恢復(fù)值大于85%，對儲(chǔ)層保護(hù)效果較好。

4)該合成基鉆井液粘度受溫度影響變化較大，合成基液低溫粘度較高的問題可通過加入乳化劑和流型調(diào)節(jié)劑來控制。

[1] 張琰．合成基鉆井液發(fā)展綜述[J].鉆井液與完井液，1998，15(3):28-32．

[2] Park S，Cullun D，Mclean A D．The success of synthetic-based drilling fluids offshore gulf of Mexico:a fieldcomparison to conventional systems[R].SPE 26354，1993．

[3] 羅躍，王志龍，梅平，等．合成基鉆井液技術(shù)研究進(jìn)展[J].湖北化工，1999(2) :9-10．

[4] 岳前升，舒福昌．合成基鉆井液的研制及其應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2004，5(21) :1-3．

(編輯 謝 葵)

The synthetic based drilling fluid and its application in Chatturat-3 well，Thailand

Gong Houping，Wang Yaning，Zhang Ting，Du Daoyong，Shi Guanlan，Lin Jian

(DrillingCompany，SinopecOilfieldServiceJiangsuCorporation，Yangzhou225261，China)

Based on gas to liquids，it was developed a set of high-desity synthetic based drilling fluid system.And the drilling fluid system was applied in the Chatturat-3 risk exploration well，Thailand.The field test results showed that the drilling fluid system has strong inhibition capability，good proppant-carrying capacity，excellent lubricity，and stable performance.Compared with the same well interval in the adjacent block，the mechanical drilling rate was increased by 16%.And the drilling fluid system is nontoxic，biodegradable，and non water-sensitivity of formation，which is beneficial for the reservoir protection and borehole stability.

synthetic based drilling fluid;environmental protection;strong inhibition capability

TE254

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.01.016

2014-10-21；改回日期2014-11-17。

收稿日期：龔厚平(1972—)，高級工程師，現(xiàn)主要從事油田化學(xué)研究與管理工作。電話：0514-86760106，E-mail: gonghp.jsyt@sinopec.com。