抗高溫無固相弱凝膠鉆井完井液技術

文飛，　董殿彬，　田玉龍，　黃杰，　劉昕，　王皓

抗高溫無固相弱凝膠鉆井完井液技術

文飛，董殿彬，田玉龍，黃杰，劉昕，王皓

（渤海鉆探泥漿技術服務分公司，天津300280）

文飛等.抗高溫無固相弱凝膠鉆井完井液技術［J］.鉆井液與完井液，2016，33（4）：36-40.

針對委內瑞拉西部BARUA區(qū)塊產層泥砂巖互層多，砂巖膠結不充分，地層松散、易塌易漏、地溫梯度高以及Barua區(qū)塊油藏物性較差，產收率低的問題，為了保持井壁穩(wěn)定、減少表皮污染，通過室內實驗研究了BH-ELASTICOHTHP體系。該體系按照“流體套管技術”理念，利用體系高黏度特點，配合白云質碳酸鈣有效封堵產層孔喉，穩(wěn)定井壁和降低表皮污染；利用低剪切速率黏度高的特點實現井底凈化和鉆屑返出；該體系還具有抗高溫、抗腐蝕性強、主劑材料易降解等優(yōu)點，適用于低密度、低滲、成巖性差的地層。MGB-0066井現場試驗應用表明，BH-ELASTICO-HTHP體系防漏防塌能力強，對儲層和環(huán)境保護性好，該井產量超過鄰井產量30%以上，達到了安全鉆井和提高油井產量的雙重目的。BH-ELASTICO-HTHP體系的“流體套管技術”理念也為老油田及低油藏物性油田的增產增收指出了方向。

水基鉆井完井液；無固相；高黏彈性；流體套管；強封堵性；抗溫；儲層保護

抗高溫無固相弱凝膠鉆井完井液（BHELASTICO-HTHP）體系具有抗高溫、高黏、強封堵、對油氣層傷害小、抗腐蝕性強、主劑材料易降解等優(yōu)點，適用于低密度、低滲、成巖性差的地層［1-2］。委內瑞拉Barua區(qū)塊產層泥砂巖互層多，砂巖膠結不充分、地層松散易塌易漏、地溫梯度高，油藏物性較差、產收率低。針對以上問題，為保持井壁穩(wěn)定、減少表皮污染，增加油井產量，按照“流體套管技術”理念，利用BH-ELASTICO-HTHP體系高黏度的特點，復配使用白云質碳酸鈣，封堵產層孔喉，以穩(wěn)定井壁和降低表皮污染［3］，利用低剪切速率黏度高的特點實現井底凈化和攜巖洗井。BHELASTICO-HTHP體系以5%KCl鹽水為基礎，通過添加易降解的抗高溫抗鹽降濾失劑和流型調節(jié)劑進行性能調整，研發(fā)出抗溫達150 ℃、密度為1.10～1.30 g/cm3、LSRV大于100 Pa·s的基本配方［4-8］。

1　室內研究

1.1抗高溫抗鹽降濾失劑的優(yōu)選

優(yōu)選出深度改性的羧甲基抗溫淀粉BZ-AMD和陰離子聚合物降濾失劑PAC-lv進行對比評價，結果見表1。實驗用鉆井液配方如下。

300 mL清水+1.5%BZ-HXC-L+1%HEC+ 5%KCl+1.5%降濾失劑+0.7%堿度調節(jié)劑+0.3%緩蝕劑+0.1%殺菌劑+0.7%除氧劑+細目鈣（密度為1.11 g/cm3）

如表1所示，常溫下，2種降濾失劑對體系流變性能的影響區(qū)別不大，而150 ℃高溫熱滾后，加陰離子聚合物降濾失劑體系的濾失量明顯大于加羧甲基抗溫淀粉體系，且體系不穩(wěn)定，切力值下降較多，出現分層；加改性羧甲基淀粉體系常溫和熱滾后的性能接近，高溫高壓濾失量滿足設計性能要求。最終確定改性羧甲基抗溫淀粉作為BHELASTICO-HTHP體系降濾失劑。

表1　抗高溫抗鹽降濾失劑的優(yōu)選

1.2低剪切速率黏度調節(jié)劑的優(yōu)選

低剪切速率黏度調節(jié)劑應滿足低剪切速率黏度值調整要求，同時具備較高的黏度效應，因此選取羥乙基纖維素BZ-LSA，實驗結果見表2。實驗用鉆井液配方如下。

水+5.0%KCl+1.5%羧甲基抗溫淀粉+1.0% BZ-HXC-L+低剪切速率黏度調節(jié)劑BZ-LSA+0.7%堿度調節(jié)劑+0.3%緩蝕劑+0.1%殺菌劑+0.7%除氧劑+細目鈣

表2　不同濃度低剪切速率黏度調節(jié)劑評價實驗（150 ℃、16 h）

如表2所示，常溫下，不同BZ-LSA加量配方的LSRV值在一定范圍內存在基本的線性關系，即隨著BZ-LSA濃度的增大，體系LSRV值隨之升高，超過最大適用加量（1.5%）后，LSRV值不再隨之變化。

1.3封堵劑的優(yōu)選

為實現“流體套管技術”理念，需要鉆井液體系除具備高黏流態(tài)外，還需要有極強的封堵性能。根據儲層孔喉直徑平均值為28 μm，BHELASTICO-HTHP體系通過復配3種粒徑的白云質細目鈣進行封堵性能調整，其粒徑分布見圖1～圖3，結果見表3。

圖1　1#配方粒徑分布

1#基礎配方+10%CaCO3（10～15 μm）+20% CaCO3（20～25 μm）+10% CaCO3（30～35 μm）

2#基礎配方+15%CaCO3（10～15 μm）+15% CaCO3（20～25 μm）+10% CaCO3（30～35 μm）

3#基礎配方+20%CaCO3（10～15 μm）+10% CaCO3（20～25 μm）+10%CaCO3（30～35 μm）

圖2　2#配方粒徑分布

圖3　3#配方粒徑分布

表3　BH-ELASTICO-HTHP體系封堵性能測試

表3說明：D50粒徑為30 μm，粒徑為10～15 μm的細目鈣濃度為10%的1#配方，針對孔喉平均直徑28 μm的地層封堵效果最優(yōu)。

1.4BH-ELASTICO-HTHP鉆井液性能

1.4.1低剪切性能

室內經過各種處理劑的配比評價，優(yōu)選出以下基礎配方。

5.0%KCl+（1.2%～1.5%）改性淀粉+（1.2%～1.5%）BZ-HXC-L+1.0%BZ-LSA+（0.5%～0.7%）堿度調節(jié)劑+（0.2%～0.3%）緩蝕劑+0.1%殺菌劑+（0.5%～0.7%）除氧劑+細目鈣

表4是BH-ELASTICO-HTHP不同密度下的性能，其中用細目鈣加重。由表4可知，該鉆井液150 ℃熱滾后，仍具有優(yōu)異的低剪切流變性能。

表4　不同密度BH-ELASTICO-HTHP鉆井液熱滾后的性能

1.4.2抑制性能

定量稱取50 g粒徑在2.00～3.00 mm的Barua區(qū)塊頁巖樣品，測得頁巖在鉆井液中的平均滾動回收率（150 ℃、16 h）為93%，證明該體系能有效抑制巖屑分散，具有良好的抑制性。

1.4.3儲層保護及油井增產效果

取露頭巖心洗油后干燥并抽空飽和，測定巖心油相滲透率。然后，用BH-ELASTICO-HTHP鉆井液測定污染后巖心油相滲透率，并計算巖心滲透率恢復值。由表5可以看出，經過BH-ELASTICOHTHP鉆井液處理的巖心，其滲透率恢復值大于94%，該鉆井液可快速形成致密、堅韌的泥餅，可防止無用固相運移和濾液滲透對儲層的傷害，可有效保護儲層。

表5　巖心在BH-ELASTICO-HTHP鉆井液中的滲透率恢復值實驗

2　現場應用

BH-ELASTICO-HTHP體系經過了委內瑞拉國家石油公司專門研究機構INTEVEP的全面檢驗，并在MGB-0066井產層進行施工，期間經歷了長達10多天的停等，完全無事故，該井順利完鉆，隨后開始試油試產。MGB-0066井穩(wěn)產127.20 m3/d，比鄰井產量高30%以上，充分表明了該體系強抑制、強封堵、儲層環(huán)保的特性。

2.1地質工程概況

MGB-0066井位于Trujillo州Maracaibo湖東岸，是一口重點生產井，目的層為Paují A-9/A-10層。該井三開先后鉆遇LAGUNILLAS層底部、LA ROSA層位，LAGUNILLAS層含有砂巖頁巖和部分褐煤、砂巖粉砂巖頁巖夾層，該層位在鉆進過程中地層應力瞬間破壞，導致坍塌掉塊，LA ROSA層位主要以深灰色泥頁巖為主，易導致縮徑或井壁坍塌，四開井段地層為MISOA主力產層，以砂巖為主（70%左右），砂巖膠結性差，含泥頁巖及粉砂巖互層。表6為該井井身結構。

表6　MGB-0066井井身結構

2.2配制及維護

1）三開固井后，現場回收地面循環(huán)罐部分油基鉆井液，并清理儲備罐。常規(guī)鉆具下鉆，采用四開油基鉆井液鉆水泥塞，然后再鉆進3 m，循環(huán)出污染的油基鉆井液排入廢棄鉆井液池，起鉆。

2）在清理后的循環(huán)罐中，按照配方加入配方濃度一半的黃原膠/羥乙基纖維素，加入過程中控制加入速度，防止鉆井液過稠導致加重泵堵塞。

3）按照配方濃度加入堿度調節(jié)劑、緩蝕劑、殺菌劑、除氧劑等處理劑，充分循環(huán)。

4）測量基本性能，如果低剪切速率黏度小于10 000 mPa·s，適當根據鉆井液性能調整黃原膠/羥乙基纖維素加量，控制低剪切速率黏度在25 000 mPa·s左右。

5）加入KCl及少量殺菌劑，循環(huán)均勻后，用細目鈣加重至1.13 g/cm3。

6）配制100 t稠塞后，下鉆至井深4 218.4 m，下鉆過程中排出的油基鉆井液回收至指定儲備罐，然后泵入15.90 m3稠塞作為隔離清洗液，小排量循環(huán)出井筒內全油基鉆井液，回收全部全油基鉆井液，部分稠塞及油基鉆井液混漿排放至廢物池。

7）上提鉆具至井深4 084.0 m左右，關閉所有固相控制設備，循環(huán)配制的高黏水基鉆井液，通過鉆頭水眼充分循環(huán)剪切，然后加入剩余配方濃度的黃原膠/羥乙基纖維素，調整鉆井液性能達到設計要求后再開啟所有固控設備。

8）控制體系堿度在適當范圍，加入除氧劑及殺菌劑防止體系氧化，保持鉆井液性能穩(wěn)定。

9）鉆進中合理使用高目數振動篩、除砂器、離心機，確保離心機的正常工作，嚴格控制有害固相含量。四開鉆進用BH-ELASTICO-HTHP鉆井液性能見表7。

表7　四開鉆進用BH-ELASTICO-HTHP鉆井液性能

10）表8、圖4為MGB-0066井四開井段的PPT封堵性檢測結果，證明該鉆井液體系有良好的封堵性能及儲層保護效果。

表8　四開鉆進用BH-ELASTICO-HTHP鉆井液封堵性能

圖4　四開鉆進用BH-ELASTICO-HTHP鉆井液封堵曲線圖

2.3應用效果

1）強抑制性，高黏度和切力。MGB-0066井四開鉆進使用BH-ELASTICO-HTHP鉆井液，現場鉆井隊因設備及雇員罷工造成的長期停等，但在下鉆過程中無阻卡現象，證明其具有優(yōu)異的抑制能力及穩(wěn)定性。

2） 抗高溫、強封堵。該體系抗井底溫度150 ℃，穩(wěn)定性強，解決了該區(qū)塊四開施工過程中存在的產層井漏、井塌、卡鉆事故等技術難題，四開施工過程中井壁穩(wěn)定，全井段施工順利。

3）低表皮污染、儲層保護，增產效果明顯。MGB-0066井在后期試油試產階段，日產量穩(wěn)定在127.20 m3/d，同區(qū)塊鄰井MGB-0064/0065的平均產量為 95.40 m3/d，證明了BH-ELASTICO-HTHP鉆井液具有強封堵性、低表皮污染和儲層保護的特性。

3　結論

1.BH-ELASTICO-HTHP鉆井液性能穩(wěn)定，可抗溫150 ℃，防漏防塌能力強。

2.該體系經封堵性檢測，證明其強封堵性，達到了產層鉆進中有效封堵、保持了井壁穩(wěn)定，實現了屏蔽暫堵，減少了表皮污染；試油完井階段MGB-0066井實際產量超過鄰井產量30%以上，充分證明BH-ELASTICO-HTHP體系對儲層具有良好的保護效果。

3.應用“流體套管技術”理念，研發(fā)和應用的BH-ELASTICO-HTHP體系可以達到在復雜地質產層安全鉆井和提高中、低產量油田油井產量的雙重目的。

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High Temperature Solid Free Water Base Drill-in Fluid

WEN Fei， DONG Dianbin， TIAN Yulong， HUANG Jie， LIU Xin， WANG Hao
（Drilling Fluid Technology Services of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited， Tianjin 300280）

The reservoir formations in the Block Barua， west Venezuela， are characteristic of multiple interbedded mudstones and sandstones， unconsolidated sandstones because of poor cementation， borehole wall collapse and frequent mud losses， high temperatures and poor reservoir physical properties. A drilling fluid named BH-ELASTICO-HTHP has been developed based on the “fluid casing concept” to try to maintain borehole stability during drilling and to minimize skin contamination of the reservoir formations. The BHELASTICO-HTHP drilling fluid has high viscosity and low gel strengths， and can be used to stabilize borehole wall and reduce skin factors when treated with dolomitic CaCO3as a temporary plugging agent. The low-shear-rate viscosity of the BH-ELASTICO-HTHP drilling fluid helps clean the borehole. As a high temperature drilling fluid formulation， with its main additives easy to degrade， this drilling fluid is suitable for use in drilling formations with low pore pressure， low permeability， and unconsolidated formations. The application of this drilling fluid in the well MGB-0066 demonstrates that the BH-ELASTICO-HTHP drilling fluid has strong mud loss controlling capacity and shale inhibitive capacity； it helps protect reservoir formations from being damaged and is environmentally friendly. The well MGB-0066 has actual oil production rate 30% more than that of the offset well. The use of the BH-ELASTICOHTHP drilling fluid realized safe drilling and enhanced production. The “fluid casing concept” will help in designing drilling fluid formulations for use in old oilfield or in reservoirs with poor physical properties.

Water base drill-in fluid； Solid free； High viscosity； Fluid casing； Plugging performance； Temperature resistant； Formation damage prevention

TE254.3

A

1001-5620（2016）04-0036-05

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.04.007

文飛，工程師，1983年生，2007年畢業(yè)于長江大學石油工程專業(yè)，現從事油基和高性能水基鉆井液的研究及海外現場工作。電話（022）25976374；E-mail：wenfei-2003@163.com。

（2016-3-29；HGF=1603N3；編輯王小娜）