混原油陽離子鉆井液技術(shù)

程豈凡，張寶峰，路克崇，盧　平，段曉東

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000）

混原油陽離子鉆井液技術(shù)

程豈凡*，張寶峰，路克崇，盧平，段曉東

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000）

室內(nèi)通過對乳化劑、潤滑劑及原油的優(yōu)選與最佳配比的研究，在陽離子鉆井液技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究出一種適合大斜度、高密度、深井、定向井混原油陽離子鉆井液配方，并對配方進行了抗污染、抗高溫評價。現(xiàn)場應(yīng)用表明，該技術(shù)有效地改善了潤滑性、濾失性等性能，很好地解決了深井、復(fù)雜井、定向井的托壓、劃眼、粘卡等井下復(fù)雜或事故。

深井；定向井；抑制；潤滑；事故

近年來，隨著玉門油田勘探開發(fā)的不斷深入，深井、定向井（含開窗側(cè)鉆井）越來越多。受地層高粘土含量、高溫、裂縫發(fā)育、鹽水層、石膏層等諸多地質(zhì)難點的制約，深井、定向井復(fù)雜事故損失率及鉆井液成本居高不下。為了解決這一問題，不得不加入大量潤滑劑，但潤滑劑又普遍存在加量大、有效周期短、效果欠理想等不足之處，制約了鉆井提速和成本控制。因此，有必要研究一套更適應(yīng)玉門油田深井、復(fù)雜井、定向井的鉆井液技術(shù)。

1　玉門油田定向井難點分析

（1）玉門油田受高粘土礦物含量、強水化能力地層的影響，定向井由于鉆具與井壁接觸面積大，極易引起托壓或粘卡。

（2）非定向井下部地層不帶扶正器，而定向井在穩(wěn)斜階段需帶雙扶正器鉆進，井壁穩(wěn)定難度大；

（3）完井電測受井徑、斜井眼、全程PDC鉆頭鉆進臺階較多、井身質(zhì)量等因素的制約，常規(guī)測井困難。

（4）定向井較常規(guī)鉆井機速低，裸眼段浸泡時間相對較長，鉆屑研磨較細，有害固相高。

2　混原油鉆井液的發(fā)展

為了滿足地質(zhì)上保護油氣層的要求或者取芯的需要，中國于20世紀60年代研制成功了混原油鉆井液。混原油鉆井液是用油類作內(nèi)相使之分散于水外相中形成的一種分散體系（乳狀液）。這種體系最早是由于原油混入鉆井液中而自然形成的，它有效地改善了鉆井液的潤滑性、濾失性等性能。于是開始人為地加入油類，并研究了水油乳狀液的穩(wěn)定機理，重點研究了乳化劑的選擇。已得到的結(jié)論有：（1）表面活性劑吸附分子間相互作用力較大者，形成的界面膜強度也較大；（2）復(fù)合或混合表面活性劑形成的界面膜強度比單一表面活性劑吸附的界面膜強度高，且選取的表面活性劑HLB值相差越大，形成的復(fù)合乳化劑吸附的界面膜強度越高；（3）乳狀液分散介質(zhì)的粘度越大，則分散相液珠運動的速度越慢，越有利于乳狀液的穩(wěn)定，同時乳狀液粘度也越大；（4）溫度升高將降低界面膜的強度。

3　室內(nèi)實驗

3.1原油優(yōu)選

依照既有的研究成果，室內(nèi)對玉門油田各油區(qū)的原油品質(zhì)進行了調(diào)查研究。具體情況見表1。

表1　玉門油田各油區(qū)原油品質(zhì)情況

根據(jù)粘度、含水、含蠟較低的標準，白楊河的原油最適合混入鉆井液中。

3.2乳化劑優(yōu)選

室內(nèi)以水為連續(xù)相，原油為分散相對乳化劑進行了優(yōu)選。具體方法是：將原油混入清水中，高攪1min，倒入量筒，分別靜置1h和24h后讀取上層析出的原油量，計算乳化率?？紤]到乳化劑的方便性，室內(nèi)選取了現(xiàn)場常用的3種乳化劑，TW-60、SP-80和OP-10進行優(yōu)配。900ml水+100mL原油+0.6%OP-10+0.2% SP-80具有較理想的乳化效果。SP-80的加入能大幅度提高乳狀液的穩(wěn)定性。SP-80加量過大時，復(fù)合乳化劑HLB值進一步降低，乳化效果反而下降。

3.3原油最佳加量確定

室內(nèi)以0.6%OP-10+0.2%SP-80為乳化劑對不同原油加量的鉆井液潤滑性進行了測試，鉆井液中混入原油后能有效增強鉆井液的潤滑性，加量在10%以前，摩阻系數(shù)直線下降，10%以后摩阻系數(shù)下降較慢。見圖1。

圖1　混入原油對鉆井液潤滑性的影響

3.4混油鉆井液最佳pH值確定

既有研究及現(xiàn)場應(yīng)用表明，常規(guī)陽離子聚磺鉆井液的pH值控制在9.5～10之間。室內(nèi)對混油陽離子鉆井液的pH值進行了研究，結(jié)果表明pH值在10～11之間具有比較理想的流變性，所以混油陽離子鉆井液的pH值控制為10比較合理。

3.5潤滑劑優(yōu)選

為了進一步提高鉆井液的潤滑性，同時提高乳狀液的穩(wěn)定性，室內(nèi)對潤滑劑進行了優(yōu)選。結(jié)果表明，0.5%Kx-1+2%JxFQ-6能有效提高鉆井液的潤滑性。

3.6流變性調(diào)整

取酒東長2-24井4000m時的鉆井液（配方）（3%坂土漿+0.2NaOH+0.4%CHM+0.4%NW-1+3%HS-1+ 4%HS-2+3%DYFT-1+2%稀釋劑+1%CaO+2%潤滑劑+5%原油+乳化劑+加重材料）作基漿做了如下流變實驗（見表2），由實驗結(jié)果可見：HS-1與FCLS、CaO配合使用降粘和調(diào)節(jié)流變性的效果更加突出。

表2　不同處理劑對鉆井液流變性的影響

3.7Ca2+對混原油鉆井液泥餅質(zhì)量的影響

室內(nèi)對Ca2+對鉆井液泥餅的影響進行了研究（見表3），較理想的Ca2+控制范圍為800～1200mg/L。Ca2+低于800mg/L對失水和泥餅影響較??；Ca2+高于1200mg/L對失水和泥餅影響較大，且高溫后鉆井液增稠。

3.8鉆井液配方形成

根據(jù)以上研究，以原有陽離子體系鉆井液配方為基礎(chǔ)，結(jié)合玉門油田各區(qū)塊地層特點，引入了原油、乳化劑，形成了現(xiàn)有的陽離子混油定向井鉆井液配方。

配方：3%坂土漿+0.2NaOH+0.4%CHM+0.4% NW-1+3%HS-1+4%HS-2+3%DYFT-1+2%MFG+ 2%稀釋劑+1%CaO+2.5%潤滑劑+5%～10%原油+ 0.3%～0.6%OP-10+0.1%～0.2%SP-80+加重材料。

3.9配方抑制性評價

室內(nèi)對陽離子鉆井液混油前后的抑制性做了對比（見表4）。

數(shù)據(jù)表明：陽離子鉆井液具有極高的抑制性，混油后抑制性有所增強。

表3　〔Ca2+〕對鉆井液失水和泥餅的影響

表4　不同介質(zhì)下回收率和膨脹率對比對比

3.10配方抗污染能力評價

結(jié)合玉門油田存在高壓鹽水層及地層易水化分散的特點，室內(nèi)對配方進行了抗鹽及抗鉆屑侵試驗，結(jié)果表明，配方加入5%NaCl后對性能影響不大，抗鉆屑侵能力可達到3%，說明配方具有較強的抗污染能力。

4　推廣應(yīng)用情況

4.1混原油陽離子鉆井液技術(shù)應(yīng)用范圍

混原油陽離子鉆井液技術(shù)主要應(yīng)用于深井、復(fù)雜井、高密度定向井，井斜超過30°的中低密度定向井或水平井。

4.2混原油陽離子鉆井液技術(shù)在酒東區(qū)塊（高密度定向井）的應(yīng)用

長2-26井是酒東一口高密度定向井，井斜30.67°，原油用量8%，鉆井周期69.5d（提前19.5d），鉆井液單位成本587.43元/m，事故時間15h（0.9%），復(fù)雜為零。應(yīng)用混原油陽離子鉆井液技術(shù)后，有效地解決了高密度定向井易托壓、粘卡的問題。

4.3混原油陽離子鉆井液技術(shù)在鴨K區(qū)塊（中低密度定向井）的應(yīng)用

鴨K區(qū)塊已應(yīng)用3口井，無托壓或粘卡現(xiàn)象，均做到了無復(fù)雜無事故事故，測井成功率100%，平均井徑擴大率10%以內(nèi)。

4.4混原油陽離子鉆井液技術(shù)在青西區(qū)塊（深井、復(fù)雜井）的應(yīng)用

青西區(qū)塊已應(yīng)用2口井，其中柳平1井的事故是因為欠平衡鉆井液密度過低，不能有效平衡地層壓力導致，終止欠平衡后井下正常；Q2-68井事故后側(cè)鉆過程中引入了該技術(shù)，有效地降低了事故復(fù)雜損失率，縮短了鉆井周期。

5　認識與結(jié)論

（1）混原油陽離子鉆井液潤滑性好、抑制性強、對環(huán)境影響小、成本相對較低，能很好地解決定向井托壓、粘卡和普通潤滑劑潤滑效果差、維護周期短、加量大、成本高等問題。

（2）混原油鉆井液中除加入乳化劑外，適當加入潤滑劑及合理的pH值控制能有效提高乳狀液的穩(wěn)定性。

（3）陽離子鉆井液中混入原油后對鉆井液抑制性有一定的增強作用。

（4）陽離子鉆井液中混入原油后對鉆井液流變性有一定影響，但關(guān)鍵在乳化效果，充分乳化的情況下對鉆井液流變性的影響不大，通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)即可恢復(fù)良好的鉆井液流型。

[1]穆劍.鉆井液及處理劑評價手冊[M].石油工業(yè)出版社，2007.

[2]劉禧元，夏延波，張權(quán).粘附卡鉆機理與實踐探討［J］.吐哈油氣，2009（9）：14.

TE254

B

1004-5716(2015)07-0076-03

2014-06-20

2014-07-11

程豈凡（1979-），男（漢族），甘肅酒泉人，工程師，現(xiàn)從事鉆井液技術(shù)研究與現(xiàn)場服務(wù)工作。