大位移井油基鉆井液的優(yōu)化

王　磊，崔應(yīng)中 ，鄒阿七，羅　勇，陳偉寧，劉　勝，苗海龍，王　薦，向興金，4

(1.中海油上海分公司，上海 200030；2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究所，河北 廊坊 101149；

3.湖北漢科新技術(shù)股份有限公司荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州 434000；4.長江大學(xué)，湖北 荊州 434023)

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大位移井油基鉆井液的優(yōu)化

王磊1，崔應(yīng)中3，鄒阿七1，羅勇1，陳偉寧1，劉勝2，苗海龍2，王薦3，向興金3，4

(1.中海油上海分公司，上海 200030；2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究所，河北 廊坊 101149；

3.湖北漢科新技術(shù)股份有限公司荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州 434000；4.長江大學(xué)，湖北 荊州 434023)

摘要：為解決大位移井鉆井作業(yè)中的井壁穩(wěn)定、井眼清潔和潤滑問題，對常用的HMO油基鉆井液的封堵性能和流變性能進行了優(yōu)化，并對優(yōu)化后的油基鉆井液的性能進行了評價。結(jié)果表明，最佳的封堵方案為“3%MOHCP+1%MOLPF+1%MOLSF”，最佳提切劑HSV-4的加量為0.5%～0.8%；優(yōu)化后的油基鉆井液基本性能良好，且具有良好的抗污染性能和儲層保護性能。

關(guān)鍵詞：大位移井；油基鉆井液；封堵；井眼清潔

目前國內(nèi)多數(shù)大位移井鉆井作業(yè)面臨井壁穩(wěn)定、潤滑防卡和井眼清潔等問題。大位移井作業(yè)中，鉆井液液相侵入地層引起地層巖石物理化學(xué)特征發(fā)生變化進而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。水基鉆井液的濾液主要為水，鉆井液與井壁巖石接觸，濾液侵入地層引起巖石水化膨脹，破壞了原始地層的力學(xué)穩(wěn)定性，從而使得地層巖石在外部機械沖擊振動、泥漿沖刷等因素作用下加劇失穩(wěn)，最終發(fā)生井壁巖石膨脹縮徑、坍塌掉塊甚至垮塌，嚴重的會導(dǎo)致卡鉆和埋鉆等事故。而油基鉆井液比水基鉆井液的濾失量低，侵入地層的濾液為油且量少，不會引起地層巖石中粘土礦物的水化膨脹，有利于井壁穩(wěn)定。因此，對于水平位移較大的井，為保障鉆井安全主要使用油基鉆井液作業(yè)。但是油基鉆井液濾液侵入地層仍會傳遞壓力，在微裂縫微裂隙發(fā)育地層同樣會形成“水力切割”造成坍塌掉塊。因此，油基作業(yè)中仍會存在漏失和井壁失穩(wěn)的風(fēng)險。且由于大位移井裸眼作業(yè)井段長，對鉆井液井眼清潔能力的要求更高。為滿足這類大位移井作業(yè)需要、保障鉆井安全、降低綜合作業(yè)成本，室內(nèi)對海上使用的油基鉆井液體系的封堵性能和井眼清潔性能進行了優(yōu)化，并對優(yōu)化后的體系配方開展了常規(guī)性能、抗污染性能和儲層保護性能的評價。

1油基鉆井液體系配方的篩選與評價

1.1封堵性能優(yōu)化

室內(nèi)采用滲透性砂床模擬滲漏，用微裂縫頁巖巖心模擬地層微裂縫和微裂隙的漏失地層。對海上常用的油基封堵劑材料PF-MOLPF、PF-MOLSF及疏水成膜封堵劑PF-MOHCP進行了單劑和復(fù)配的封堵效果評價。

HMO油基鉆井液基本配方[1]：O∶W=3#白油(茂名)∶鹽水(26%CaCl2)+2%～3%主乳化劑PF-MOEMUL-1+1%輔乳化劑PF-MOCOAT-1+1%潤濕劑PF-MOWET-1+3%～4%有機土PF-MOGEL+2%～3%降濾失劑PF-MOFAC，重晶石加重。

1.1.1封堵劑優(yōu)選(表1)

基本配方：O∶W=3#白油(茂名)∶鹽水(26%CaCl2)+3%主乳化劑PF-MOEMUL-1+1%輔乳化劑PF-MOCOAT-1+1%潤濕劑PF-MOWET-1+3%有機土PF-MOGEL+2%降濾失劑PF-MOFAC+2%CaO，重晶石加重到1.20 g·cm-3。

表1

封堵劑優(yōu)選

Tab.1

Optimization of sealing agent

HTHP測定條件：130 ℃×3.5 MPa。

由表1可知，從濾失量變化情況來看，封堵劑加量的增大不一定有利于改善封堵效果，單一封堵劑的封堵效果也比較有限，最終選用“3%MOHCP+1%MOLPF+1%MOLSF”的復(fù)合封堵方案。該封堵方案能夠?qū)Ⅲw系的濾失量控制在明顯較低的水平，HTHP濾失量僅有3.4 mL。

1.1.2優(yōu)選封堵劑材料對滲透性地層的室內(nèi)封堵模擬評價[2]

基本配方：O∶W=3#白油(茂名)∶鹽水(26%CaCl2)+3%主乳化劑PF-MOEMUL-1+1%輔乳化劑PF-MOCOAT-1+1%潤濕劑PF-MOWET-1+3%有機土PF-MOGEL+2%降濾失劑PF-MOFAC+3%疏水成膜封堵劑MOHCP+1%封堵劑MOLSF+1%封堵劑MOLPF+2%CaO，重晶石加重到1.20 g·cm-3。

在130 ℃×3.5/8.0 MPa×10 min條件下，以200 g砂子(40～60目)填入HTHP失水儀的失水桶中模擬滲透性地層，其滲透率約為10 000 mD。結(jié)果顯示，在3.5 MPa和8.0 MPa壓力下的滲漏量均為0 mL，表明體系封堵效果好，封堵后承壓能力可高達8.0 MPa，有利于提高對滲透性地層的封堵和防漏。

1.1.3層理微裂縫發(fā)育頁巖[3]地層的封堵模擬評價(表2)

實驗用微裂縫巖心長4.246 cm、寬2.030 cm，裂縫長4.246 cm、寬2.074 cm。

表2

微裂縫巖心封堵性能評價結(jié)果

Tab.2

Evaluation results of blocking ability

由表2可知，油基鉆井液能高效封堵微裂縫，即使高達8 MPa的壓差也能有效封堵微裂縫，有助于微裂隙微裂縫易發(fā)育硬脆性泥巖的微裂縫封堵和井壁穩(wěn)定。

1.2流變性能優(yōu)化

對于大位移井懸浮攜巖，水基鉆井液常常采用增加搬土含量、使用增黏劑(如XC、HVIS、PAC-HV等)和合成聚合物增黏劑材料來提高黏切保障攜巖。針對油基鉆井液懸浮攜巖、井眼清潔的需要，現(xiàn)場使用提切劑HSV-4來調(diào)控油基鉆井液的流變性能。提切劑加量對油基鉆井液性能的影響如表3所示。

由表3可知，提切劑HSV-4在加量大于0.5%時具有良好的效果，提切劑加量為0.5%～0.8%時能夠有效地提高動塑比和動切力，塑性黏度增加很小，故確定最佳提切劑加量為0.5%～0.8%。

2油基鉆井液的性能評價

2．1油基鉆井液的基本性能評價

基本配方：O∶W=3#白油(茂名)∶鹽水(26%老化條件：16 h×130 ℃；流變性測定溫度65 ℃；測定時間滾后。

表3提切劑加量優(yōu)選

Tab.3

Dosage optimization of extracting agent

CaCl2)+2%～3%主乳化劑PF-MOEMUL-1+1%輔乳化劑PF-MOCOAT-1+1%潤濕劑PF-MOWET-1+3%～4%有機土PF-MOGEL+2%～3%降濾失劑PF-MOFAC+3%疏水成膜封堵劑MOHCP+1%封堵劑MOLSF+1%封堵劑MOLPF+2%CaO+0.5%～0.8%HSV-4，重晶石加重。鉆井液的基本性能見表4。

表4

鉆井液的基本性能

Tab.4

Basic performance of drilling fluid

老化條件：130 ℃×16 h；流變性測定溫度65 ℃。

由表4可知，構(gòu)建的油基鉆井液具有較低的塑性黏度、較高的攜巖指數(shù)、低的濾失量和高的破乳電壓值。

2．2油基鉆井液抗污染性能評價

為了模擬現(xiàn)場情況，室內(nèi)分別對海水和鉆屑污染時的體系性能變化進行評價。海水為渤海海水，鉆屑用過100目篩的劣質(zhì)土代替，評價結(jié)果如表5所示。

表5

鉆井液抗污染性能

Tab.5

Antifouling properties of drilling fluid

老化條件：130 ℃×16 h；流變性測定溫度65 ℃；測定時間滾后。

由表5可知，在大量海水和鉆屑污染情況下，體系仍然保持良好的綜合性能，表明油基鉆井液具有良好的抗海水和鉆屑污染的能力。

2.3油基鉆井液儲層保護性能評價

室內(nèi)用天然砂巖巖心作為儲層巖心，對油基鉆井液污染前后的滲透率進行了測定，結(jié)果如表6所示。

表6

鉆井液的儲層保護性能

Tab.6Reservoir protection performance of drilling fluid

巖心號K0(氣測)/mDK1(氣測)/mD(K1/K0)/%4470.268.397.3151392.5378.896.5

巖心污染條件：130 ℃×3.5 MPa×2 h。

由表6可知，兩塊巖心的滲透率恢復(fù)值均在95%以上，表明油基鉆井液對巖心的滲透率損害小，體系的儲層保護效果好。

3結(jié)論

1)針對常規(guī)地層溫度的大位移井作業(yè)，油基鉆井液仍存在井壁穩(wěn)定、防漏和井眼清潔需要，室內(nèi)優(yōu)化了海上常用的HMO油基鉆井液封堵性能，提供了流變性調(diào)控措施，有助于減少液相侵入和壓力傳遞、預(yù)防漏失和改善井眼清潔，優(yōu)化的大位移井油基鉆井液體系具有良好的抗污染性能和儲層保護性能，有利于減少現(xiàn)場復(fù)雜情況的發(fā)生，保障作業(yè)安全。

2)室內(nèi)優(yōu)選的最佳封堵方案為“3%MOHCP+1%MOLPF+1%MOLSF”，該封堵方案明顯降低了油基鉆井液的濾失量，且對滲透性砂床和微裂縫巖心具有良好的封堵效果，封堵后承壓能力強。

3)確定了最佳提切劑HSV-4加量為0.5%～0.8%，HSV-4能夠明顯提高油基鉆井液的動切力，可滿足大位移井流變性調(diào)控的基本需要，加強了現(xiàn)場作業(yè)鉆井液井眼清潔能力。

4)現(xiàn)場應(yīng)用時，建議根據(jù)鉆井設(shè)計和地層情況，提前加入足量的封堵劑材料和提切劑，同時結(jié)合必要的工程作業(yè)措施如起下鉆、倒劃眼、循環(huán)清掃井眼，預(yù)防巖屑床堆積，從而避免阻卡，作業(yè)過程中尤其長裸眼段作業(yè)且存在薄弱地層時，應(yīng)盡量避免壓力激動以免壓漏地層。

參考文獻：

[1]王洪偉，王薦，許均,等.高溫高密度油基鉆井液體系的研究與應(yīng)用[J].化學(xué)與生物工程，2013，30(11):60-62.

[2]余可芝，李自立，耿鐵,等.油基鉆井液在番禺30-1氣田大位移井中的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2011，28(2):5-9.

[3]王中華.國內(nèi)外油基鉆井液研究與應(yīng)用進展[J].斷塊油氣田，2011，18(4):533-537.

Optimization of Oil-Based Drilling Fluid for Extended Reach Wells

WANG Lei1，CUI Ying-zhong3，ZOU A-qi1，LUO Yong1，CHEN Wei-ning1，

LIU Sheng2，MIAO Hai-long2，WANG Jian3，XIANG Xing-jin3，4

(1.ShanghaiBranchofCNOOCLtd.,Shanghai200030，China；2．OilfieldChemistryInstituteofCOSL,Langfang101149，China；3.JinzhouHANCNew-TecResearchInstitute，HubeiHANCNew-Tec

Co.,Ltd.,Jingzhou434000，China；4.YangtzeUniversity,Jingzhou434023，China)

Abstract：In order to solve the problems of wellbore stability,borehole cleaning and lubrication problems during extended reach wells drilling process,the plugging performance and rheological performance of the commonly-used oil-based drilling fluids HMO were optimized.The properties of oil-based drilling fluids were evaluated after optimization.Results showed that,the optimal plugging scheme was “3%MOHCP+1%MOLPF+1%MOLSF”,the optimal dosage of extracting agent HSV-4 was 0.5%～0.8%.The oil-based drilling fluid had good basic properties after optimization,and with good anti-pollution and reservoir protection performance.

Keywords：extended reach well；oil-based drilling fluid；plugging；borehole cleaning

中圖分類號：TE 254.6

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5425(2016)03-0056-03

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.03.015

作者簡介：王磊(1982-)，男，山東梁山人，工程師，從事海上油氣勘探開發(fā)的鉆完井工程技術(shù)工作，E-mail:wanglei69@cnooc.com.cn。

收稿日期：2015-07-01