鶯瓊盆地高溫高壓井水基鉆井液技術(shù)

程玉生羅 鳴胡文軍吳 江王韶春劉喜亮（.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，廣東湛江 54057；.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 54057）

引用格式：程玉生，羅鳴，胡文軍，等.鶯瓊盆地高溫高壓井水基鉆井液技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2015，37（5）：37-40.

鶯瓊盆地高溫高壓井水基鉆井液技術(shù)

程玉生1羅 鳴2胡文軍1吳 江2王韶春1劉喜亮1
（1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，廣東湛江 524057；2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

引用格式：程玉生，羅鳴，胡文軍，等.鶯瓊盆地高溫高壓井水基鉆井液技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2015，37（5）：37-40.

摘要：中國南海鶯瓊盆地具有溫度梯度高、地層壓力高、安全密度窗口窄的特點，在高溫高壓狀態(tài)下經(jīng)常出現(xiàn)鉆井液流變性控制困難、井漏、電測遇阻和儲層污染等問題。根據(jù)該區(qū)塊地層的特點，通過大量的室內(nèi)研究，在聚磺體系的基礎(chǔ)上，引入甲酸鉀作為抑制劑，優(yōu)選了磺化材料及抗溫聚合物，在提高抑制性的同時，有效地降低了體系的活度，通過加重劑的優(yōu)化，改善鉆井液的流變性，同時使其具有低的高溫高壓失水，密度2.4 g/cm3的體系抗溫可達200 ℃?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，該鉆井液體系具有良好的抗溫性和流變性，高溫高壓失水低，泥餅質(zhì)量好，電測結(jié)果顯示，該鉆井液體系具有良好的儲層保護效果。

關(guān)鍵詞：鶯瓊盆地；高溫高壓；水基鉆井液；甲酸鉀；儲層保護

中國南海鶯瓊盆地是世界三大高溫高壓聚集地區(qū)之一,溫度梯度3.9~4.79 ℃/100 m,地層壓力當量密度最高達2.38 g/cm3，安全密度窗口小于0.1 g/cm3。在中國南海已鉆的高溫高壓井中最高溫度達249 ℃，最大鉆井液密度2.38 g/cm3，在鶯瓊盆地已鉆的多口高溫高壓井當中，鉆井液在高溫下很容易失去其性能，高壓下井壁失穩(wěn)誘發(fā)的卡鉆和井漏等復(fù)雜事故［1］，給鉆井作業(yè)帶來了很大的困難。同時，在高溫高壓條件下，電測和儲層保護問題也顯得異常突出。在過去所鉆的高溫高壓井中，溫度小于180℃時通常以水基鉆井液為主，溫度大于180 ℃時通常使用油基鉆井液。

為了進一步探明南海鶯瓊盆地的油氣狀況，提高高溫高壓井的鉆井效率，中海油服在原高溫高壓水基鉆井液的基礎(chǔ)上進行了進一步的優(yōu)化，引入了甲酸鉀作為抑制劑，優(yōu)選了磺化及抗溫聚合物材料，優(yōu)選高品質(zhì)重晶石（密度4.4 g/cm3）作為加重材料，構(gòu)建了新型的高溫高壓水基鉆井液體系，抗溫達200℃，密度可達2.40 g/cm3。室內(nèi)實驗結(jié)果表明，該鉆井液體系具有良好的流變性，低的高溫高壓失水，薄而致密的泥餅?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，該鉆井液體系具有良好的抗溫性和流變性，高溫高壓失水低，泥餅質(zhì)量好，具有良好的儲層保護效果。

1　室內(nèi)研究

高溫高密度鉆井液體系穩(wěn)定的性能、良好的流變性和抗溫性是鉆井取得成功的關(guān)鍵因素。從鉆井液體系的構(gòu)建、抑制防塌能力、封堵性能、抗污染能力以及儲層保護等方面進行了綜合評價。

1.1 鉆井液體系的構(gòu)建

鉆井液體系主要由抗溫聚合物、磺化材料、鹽、稀釋劑和加重劑等組成，要求具有良好的高溫流變性、較強的抑制黏土水化分散的能力，良好的懸浮穩(wěn)定能力以及潤滑性。儲層保護方面要求盡可能減少濾液的侵入，能夠滿足電測取全取準資料的要求。

基漿配方：1.5%膨潤土漿+0.3%~0.5%聚陰離子纖維素PF-PAC LV +3%~4%磺化瀝青Soltex+ 3%~4%磺化酚醛樹脂PF-SMP HT+3%~5%磺化褐煤PF-SPNH HT +0.5%~2%抗高溫聚合物Dristemp+ 1%~2%稀釋劑Drillthin+密度為4.4 g/cm3優(yōu)質(zhì)重晶石加重。不同密度基漿的基本性能見表1。

表1　基漿基本性能

1.1.1 抑制劑的篩選 通過吸附等溫法測得飽和鹽溶液水的活度值可以看出，飽和HCOOK溶液的活度最低［2］（見表2）。

在室內(nèi)采用頁巖膨脹實驗和鉆屑回收率實驗，優(yōu)選和評價抑制性能［3］。在基漿中加入等量的HCOOK與KCl，測得漿樣8 h線性膨脹率見表3，可以看出，選擇HCOOK作為抑制劑能夠降低水的活度而且具有良好的抑制效果。

表2　飽和鹽溶液水的活度值

表3　 抑制性評價實驗

1.1.2 潤滑劑的選擇 在基漿中加入不同的潤滑劑后，測定鉆井液的潤滑系數(shù)（表4），幾種潤滑劑均可滿足高溫高壓井對潤滑性的要求，在鉆井過程中配合使用效果更好。

表4　鉆井液潤滑性實驗

1.2 鉆井液性能評價

1.2.1 抑制性 取鶯歌海區(qū)塊地層鉆屑通過清水和高溫高密度鉆井液進行滾動回收率的實驗，從表5實驗結(jié)果可以看出，對于所取儲層巖屑，該鉆井液體系具有較高的滾動回收率，顯示出該鉆井液體系具有良好的抑制性。

表5　抑制性評價實驗

1.2.2 封堵性 砂床漏失實驗采用兩端開口的高溫高壓失水儀進行，裝入60~80目的200 g細砂，在3.4 MPa的條件下測定漏失，實驗結(jié)果為0 mL；做完30min高溫高壓濾失后，倒出漿體，保留泥餅，在泥餅上面加入至刻度的清水，在3.4 MPa條件下測定漏失，共計漏出清水僅0.8 mL。

1.2.3 抗泥巖鉆屑污染能力 選取鶯歌海區(qū)塊現(xiàn)場的鉆屑烘干后對高溫高壓鉆井液進行污染實驗，實驗結(jié)果見表6。可以看出，該體系具有良好的抗巖屑侵的能力，加入8%的巖屑粉后，仍具有良好的流變性，滿足鉆井工程的需要。

表6　抗巖屑污染實驗

1.2.4 儲層保護性能 取鶯歌海區(qū)塊儲層巖心進行滲透率恢復(fù)值實驗，從表7可以看出，滲透率恢復(fù)值在85%以上，表明高溫高密度鉆井液具有較好的儲層保護效果。

表7　儲層保護評價實驗

通過室內(nèi)實驗可以看出，在密度2.0~2.4 g/cm3、溫度200 ℃的情況下，該配方性能較為穩(wěn)定。結(jié)合現(xiàn)場實際，進行了相應(yīng)的鉆屑污染、抑制性、儲層保護、封堵性及清水砂床漏失等相關(guān)實驗，實驗結(jié)果良好，通過后期實驗加入功能性材料后，保證了體系的封堵性和滲透性，各項性能達到要求，滿足現(xiàn)場作業(yè)的需要。

2　現(xiàn)場應(yīng)用

鶯瓊盆地高溫高壓井的難點一般在?212.7 mm井段，主要難點包括：（1）井底地層壓力大，要求的鉆井液密度高，高密度鉆井液在高溫情況下的流變性難以控制［4-5］；（2）鉆井液需具備良好的抑制性，維護泥巖的井壁穩(wěn)定，保證安全鉆進；（3）鉆井液需具備良好的抗污染能力，在高溫高密度條件下，要求寬的固相容量限，以及良好的抗鉆屑污染的能力；（4）鉆井液需具備低的HTHP濾失量及好的泥餅質(zhì)量，減少濾液侵入，做好儲層保護。

2.1 小型試驗

本井段的開鉆鉆井液采用回收部分上井段的舊漿與新漿混合,控制混配后鉆井液的MBT小于15 kg/m3。通過小型試驗確定舊漿與新漿的混配比例。上井段舊漿中主要處理劑的濃度為：0.3%~0.5%PF-PAC LV+3%~4%Soltex+2%~3%PFSMP HT+2%~3%PF-SPNH HT；新漿主要處理劑濃度為：4%~5%PF-SMP HT+4%~5%PF-SPNH HT+3 %~4%SOLTEX+0.2%~0.5%Dristemp+10%HCOOK。舊漿與新漿按1∶1的比例混合，然后使用優(yōu)質(zhì)重晶石（密度4.4 g/cm3）加重至1.85 g/cm3，測量性能見表8。

表8　小型試驗鉆井液性能

根據(jù)小型試驗結(jié)果，舊漿和新漿比例按1∶1~ 2∶1配制開鉆鉆井液。正常鉆進期間補充漿的維護配方為：10 m3井漿+20 m3膠液＋優(yōu)質(zhì)重晶石（密度4.4 g/cm3）加重至比井漿高0.05~0.1 g/cm3。膠液配方：淡水+0.6%燒堿+4%~5%PF-SMP HT+5%~10%PFSPNH HT+6%~10%SOLTEX +1%~10%PF-QWY（超細碳酸鈣）+10%PF-HCOOK（按需要考慮改善泥餅質(zhì)量，降低高溫高壓失水）。

2.2 維護措施

（1）隨著密度的增高，逐步提高抗溫聚合物Dristemp和Drillthin的加量,提高鉆井液的抗溫性。

（2）目的層段，通過加入石灰和燒堿保持鉆井液適度的堿度，pH不低于10。

（3）鉆進過程中，按400~600 L/h的速度補充燒堿水，保持鉆井液被消耗掉的自由水［6］。

（4）維持HCOOK的濃度10%，維持鉆井液的抑制性，在高溫體系中，能降低抗溫聚合物的熱穩(wěn)定要求，緩解聚合物的高溫降解作用［7］。

（5）通過加入PF-SMP HT、PF-SPNH HT和Soltex等材料，維護鉆井液低的高溫高壓失水。

（6）目的層前加入1%~3%PF-QWY（超細碳酸鈣）和1%~3%PF-STRH（隨鉆承壓增強劑）來進一步提高鉆井液的封堵和承壓能力，同時降低濾失，減少濾液的侵入。

（7）維持1%~2%的潤滑劑PF-LUBE和RHG來加強裸眼段的潤滑性，后期加入1%PF-GRA來改善鉆具與套管的防磨性。鉆井液性能見表9。

2.3 電測效果

在電測項目多、鉆井液靜止時間長的情況下，電測作業(yè)順利。目前應(yīng)用的最高溫度達193 ℃，測壓取樣見樣時間短，井壁取心效果良好，收獲率高，巖心表面無泥包現(xiàn)象。

表9　鉆進期間的鉆井液性能

3　結(jié)論

（1）通過優(yōu)化抗溫處理劑和改進加重材料以后，目前高溫高壓水基鉆井液性能得到了較大程度的改善。室內(nèi)實驗結(jié)果顯示在密度2.4 g/cm3、溫度200℃的條件下各項性能指標良好，在同等密度和溫度的高溫高壓水基鉆井液中性能較為優(yōu)良。

（2）現(xiàn)場應(yīng)用顯示，該高溫高壓水基鉆井液體系的流變性易于控制，在密度1.85~2.25 g/cm3的加重過程中整體流變性能和各項指標穩(wěn)定；在井下溫度190 ℃左右時各項性能穩(wěn)定，無性能突變和重晶石沉降的情況發(fā)生。

（3）該高溫高壓鉆井液體系目前在鶯瓊盆地高溫高壓井中應(yīng)用效果良好，但本地區(qū)更深的地層具有更高的溫度和壓力系數(shù)，以及更窄的安全密度窗口，計劃繼續(xù)通過加重材料的改性研究和體系的優(yōu)化來提高密度和溫度使用上限，以期在更高溫度和壓力的井中得以應(yīng)用。

參考文獻：

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［7］ 劉自明，苗海龍，王沖敏，等.甲酸鉀對PDF-THERM鉆井液的影響［J］. 鉆井液與完井液，2014，31（5）：32-34.

（修改稿收到日期 2015-08-08）

〔編輯 朱 偉〕

Water-Based Drilling Fluids Technology for High Temperature and High Pressure Wells in Yingqiong Basin

CHENG Yusheng1, LUO Ming2, HU Wenjun1, WU Jiang2, WANG Shaochun1, LIU Xiliang1
（1. COSL Oilfield Chemical Division, Zhanjiang 524057, China; 2. CNPC Zhanjiang Branch Company, Zhanjiang 524057, China）

Abstract:Yingqiong Basin in the South China Sea is characterized by high temperature gradient, high formation pressure, narrow safe density window, so such problems often occur in the condition of high temperature and high pressure as difficulty in control of drilling fluid rheology, lost circulation, electric logging blocked and reservoir pollution. Based on the characteristics of the formations of this Block and through large amount of indoor research, the potassium formate as inhibitor was introduced based on polysulfide system, and the sulfonated material and temperature resistant polymer were selected, which, while improving inhibition, effectively reduced the activity of the system and, through the optimization of weighting materials, improves the rheology of drilling fluid. At the same time, the drilling fluid has low HTHP water loss. A system with density of 2.4 g/cm3can resist a temperature of up to 200 ℃.Field application results show that the drilling fluid system has good temperature resistance and rheological property, low HTHP water loss and good quality of mud cake. Electric log results show that this drilling fluid system has good reservoir protection effect.

Key words:Yingqiong Basin; high temperature and high pressure; water-based drilling fluids; potassium formate; reservoir protection

作者簡介：程玉生，1980年生。畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）石油與天然氣工程專業(yè)，現(xiàn)從事鉆井液與完井液的技術(shù)研究與應(yīng)用工作，工程師。電話：0759-3911585。E-mail：chengysh@cosl.com.cn。

基金項目：中國海洋石油總公司十二五重大專項“東方13-1氣田高溫高壓鉆完井關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號：E-Y213G001.03）。

doi:10.13639/j.odpt.2015.05.010

文章編號：1000 – 7393（2015）05 – 0037 – 04

文獻標識碼：B

中圖分類號：TE254