適合于海上某油田低傷害環(huán)保型水基完井液研究

黃書愷，黃 晶，柳洋杰

（長江大學(xué)，湖北 武漢430100）

適合于海上某油田低傷害環(huán)保型水基完井液研究

黃書愷*，黃 晶，柳洋杰

（長江大學(xué)，湖北 武漢430100）

完井液技術(shù)在保護(hù)儲層的鉆井工藝技術(shù)中扮演著非常重要的角色。完井液作為鉆完井作業(yè)的最后一種入井工作液，不僅要對儲層具有優(yōu)良的保護(hù)效果，而且要與其他入井流體配伍性好，具有改善前面作業(yè)中可能產(chǎn)生的污染和很好的綜合保護(hù)儲層效果。從環(huán)保方面要求生物毒性小，對人體無害無毒，對水生物群落影響小，容易生物降解，有利于保護(hù)環(huán)境。針對海上某油田的儲層特性以及前期鉆井液的使用情況，所研制的低傷害環(huán)保型水基完井液各項性能良好，與儲層巖石、地層水以及原油具有較好的配伍性，儲層巖心滲透率恢復(fù)值達(dá)到90%左右，生物毒性小。說明此完井液具有優(yōu)異的綜合性能，可以應(yīng)用于海上油田平臺的完井作業(yè)。

低傷害；環(huán)保；水基完井液；滲透率恢復(fù)值

通常來講，在油氣井完井作業(yè)過程中所使用的工作液統(tǒng)稱為完井液。也即從鉆開油層到采油及各種增產(chǎn)措施過程中的每一個作業(yè)環(huán)節(jié)中，所使用的與產(chǎn)層接觸的各種工作液都屬于完井液的范疇[1]。在完井作業(yè)過程中，會有一定的完井液和充填液漏失到地層中，漏失到地層中的流體存在與地層中的流體和地層巖石不配伍引起儲層傷害的可能。完井液作為鉆完井作業(yè)的最后一種入井工作液，其選用應(yīng)與鉆井液體系作為一個整體考慮。優(yōu)質(zhì)完井液體系不僅要對儲層特性具有很好的適應(yīng)性，對儲層有優(yōu)良的保護(hù)效果，而且要與其他入井流體（地層水、原油、鉆井液等）配伍性好，具有改善前面作業(yè)中可能產(chǎn)生污染和很好的綜合保護(hù)儲層效果[2,3]。

完井液技術(shù)在保護(hù)儲層的鉆井工藝技術(shù)中扮演著非常重要的角色。在國內(nèi)外石油鉆井施工中，使用較多的是含有膨潤土和較高固相的完井液，然而完井液作為第一種與儲層接觸的工作液，完井液中的固相顆粒尤其是高分散的粘土顆粒很容易侵入儲層，對儲層造成傷害，使儲層滲透率大大降低，降低油田開發(fā)效能。對儲層污染的深入研究結(jié)果表明在過平衡條件下固相含量高的完井液對巖心傷害相當(dāng)嚴(yán)重[4]。所以開展無固相完井液技術(shù)勢在必行，另外由于海上平臺施工的特殊性，還要求所使用的入井流體具有良好的環(huán)保性能[5]。所以要求研制低傷害環(huán)保型水基完井液體系應(yīng)用于海上油田完井作業(yè)。本文針對海上某油田的儲層特點、前期鉆井液應(yīng)用情況以及海上平臺完井液技術(shù)要求，開展低傷害環(huán)保型水基完井液體系研究，并評價了完井液體系的性能，為目標(biāo)油田完井作業(yè)提供技術(shù)保障。

1 目標(biāo)油田儲層潛在損害因素分析

海上某油田儲層段孔隙度為21.5%～30.2%，滲透率17.1～792.5 mD，屬中～高孔、中～低滲儲層；粘土雜基含量6.5%～17.8%，以高嶺石為主；膠結(jié)類型多為孔隙和接觸～孔隙式膠結(jié)，孔隙主要以原生粒間孔為主。前期主要使用的鉆井液體系為PLUS/KCl體系。分析儲層自身存在粘土水化膨脹、顆粒運(yùn)移堵塞傷害的風(fēng)險，加之鉆井液中固相含量較高，也可能存在一定的固相堵塞情況。針對這種情況，完井液不僅要具有良好的儲層保護(hù)能力，還要具有一定的解除前期污染堵塞的能力。

2 低傷害環(huán)保型水基完井液體系研究

針對海上平臺施工特點，選用過濾海水作為完井液的基液。使用項目組研制的低毒環(huán)保型處理劑，并優(yōu)化各處理劑的加量。最后確定低傷害環(huán)保型水基完井液體系的配方。

2.1 粘土穩(wěn)定劑加量優(yōu)選

實驗所用粘土為標(biāo)準(zhǔn)鈉膨潤土。對過濾海水配置的完井液，選出不同加量的粘土穩(wěn)定劑，與不加粘土穩(wěn)定劑作對比，做防膨?qū)嶒?，相對膨脹率越小，說明完井液抑制粘土能力越強(qiáng)。實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同粘土穩(wěn)定劑加量防膨?qū)嶒灲Y(jié)果Table 1 Experimental results of different clay stabilizing agent

由表1可知：當(dāng)粘土穩(wěn)定劑加量為2.0%時，相對膨脹率為3.2%，可以達(dá)到良好的防膨效果。

2.2 緩蝕劑加量優(yōu)選

過濾海水配成的完井液，需加一定量的緩蝕劑。使用低毒性的緩蝕劑進(jìn)行試驗。緩蝕實驗是在90℃、148 h靜態(tài)條件下，采用掛片失重法，緩蝕劑的加量分別為 1.0%、1.5%、2.0%的完井液進(jìn)行對比實驗。實驗情況及數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同緩蝕劑加量實驗結(jié)果Table 2 Experimental results of different corrosion inhibitor

由表2可知：當(dāng)緩蝕劑加量為1.5%時，即可以達(dá)到良好的緩蝕效果。其對人體刺激性小，容易生物降解可以作為很好的完井液添加劑。

2.3 酸性解堵劑加量優(yōu)選

用二甲苯溶劑將目標(biāo)油田儲層2 081 m的天然巖芯清洗干凈，研磨成粉，恒溫烘干，待自然冷卻后，稱取一定量巖樣放入不同解堵劑加量的完井液中，90 ℃恒溫水浴靜置4 h，過濾烘干稱重，計算溶蝕率，實驗結(jié)果見表3。

表3 不同解堵劑加量對巖心的溶蝕能力Table 3 The dissolution capacity of the core with different plugging agent addition

由表3可知：當(dāng)解堵劑加量為1.5%時，對巖心的溶蝕能力達(dá)到6.42%，即可以有效解除前期鉆井液泥餅產(chǎn)生的堵塞，又能有效保護(hù)儲層巖石骨架，不會引起地層結(jié)構(gòu)破壞。

2.4 完井液體系配方的確定

根據(jù)儲層條件及前期鉆井液使用情況對完井液的要求，通過室內(nèi)實驗，優(yōu)選各處理劑的加量。確定低傷害環(huán)保型水基完井液的配方為：

過濾海水+2%粘土穩(wěn)定劑+1.5%緩蝕劑+1.5%酸性解堵劑

3 低傷害環(huán)保型水基完井液性能評價

通過對完井液與地層巖石的配伍性、完井液與地層流體的配伍性、完井液對巖心滲透率的損害、完井液的生物毒性等方面評價了低傷害環(huán)保型水基完井液的性能。

3.1 完井液與儲層巖石的配伍性研究

室內(nèi)使用 CLPZ-Ⅱ高溫高壓智能型頁巖膨脹儀，模擬儲層溫度和壓力條件，分別測定目標(biāo)油田儲層鉆屑在B3井地層水和完井液中的線性膨脹率，實驗時間為24 h。實驗結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，在24 h時，鉆屑在完井液中的線性膨脹率明顯小于在地層水中的膨脹率，說明該完井液對目標(biāo)油田儲層鉆屑起到了很好的抑制水化作用。這是由于在完井液中加入的粘土穩(wěn)定劑等處理劑對鉆屑的水化膨脹具有良好的抑制能力。

圖1 完井液和地層水對鉆屑的抑制性評價Fig 1 The inhibition of well completion fluid and formation water on drilling cuttings

3.2 完井液與儲層流體的配伍性研究

完井液與地層流體的配伍性主要研究完井液與地層水、完井液與地層原油流體的配伍性。

3.2.1 完井液與地層水的配伍性研究

室內(nèi)使用 WGZ-100型光電濁度儀測定完井液與目標(biāo)油田儲層地層水不同比例混合后的濁度值，評價完井液與地層水的配伍性。實驗結(jié)果見表4。

表4 完井液與地層水不同比例混合液濁度值Table 4 The turbidity value of different proportion mixture of well completion fluid and formation water

由以上數(shù)據(jù)可以看出，完井液與地層水按不同比例混合后，配伍性良好，當(dāng)混合比例為5:5和4:6時，其濁度值為29NTU和30NTU，處于接受的濁度值范圍內(nèi)。完井液與地層水混合后對儲層的傷害較小。

3.2.2 完井液與原油的配伍性研究

使用布氏粘度計在 50℃條件下測定完井液與目標(biāo)油田儲層原油按不同比例混合后的粘度值，評價完井液與儲層原油的配伍性。實驗結(jié)果見表5。

表5 完井液與儲層原油不同比例混合液粘度值Table 5 The viscosity of different proportion of Well completion fluid and reservoir oil

分析以上數(shù)據(jù)，原油與完井液按不同比例混合后，粘度出現(xiàn)不同幅度的變化，當(dāng)比例為50:50時，粘度增加最大。這是由于完井液中加入了粘土穩(wěn)定劑和緩蝕劑等表面活性劑物質(zhì)，這些添加劑進(jìn)入油氣層后，可能改變油水界面性能，形成油和水的乳化液，提高了流體的粘度，增加流動阻力。上述完井液和原油混合后，總體粘度增加幅度不大，對儲層的傷害較小。

3.3 完井液儲層保護(hù)性能評價

（1）實驗方案

①按照所研制完井液的配方，配制出完井液，備用；②選取人造巖心和天然巖心，用地層水充分飽和；③在溫度為 90 ℃條件下，用煤油正向測定地層水飽和過巖心的初始滲透率，計為K0；④反向擠入5 PV地層水，接著擠入2 PV完井液，靜置2小時；⑤在溫度為 90 ℃條件下，正向用煤油在恒速的條件下進(jìn)行驅(qū)替至壓力穩(wěn)定，測定其滲透率，計為Kd；⑥計算滲透率的恢復(fù)值Kd/K0。

（2）實驗數(shù)據(jù)與分析(表6)

表6 完井液儲層保護(hù)性能評價結(jié)果Table 6 Evaluation results of reservoir protection performance of completion fluid

分析以上實驗結(jié)果，無論是天然巖心還是人造巖心，在使用完井液污染后巖心的滲透率恢復(fù)值均為90%左右，說明優(yōu)選的完井液體系在完井作業(yè)過程中不會對儲層造成明顯的損害，具有良好的儲層保護(hù)效果。

3.4 完井液的生物毒性研究

用發(fā)光細(xì)菌法分別測定了完井液體系及回收鉆屑的生物毒性[6,7]。實驗表明，完井液體系 EC50值均大于 30 000×10-6，且整個低傷害環(huán)保型水基完井液體系，已通過國家海洋局北海分局的環(huán)保測評，滿足環(huán)境保護(hù)要求。

4 結(jié)論及認(rèn)識

（1）分析了海上某油田儲層自身存在粘土水化膨脹、顆粒運(yùn)移堵塞傷害的風(fēng)險，加之鉆井液中固相含量較高，也可能存在一定的固相堵塞情況；

（2）針對目標(biāo)油田的儲層特性以及前期鉆井液的使用情況，所研制的低傷害環(huán)保型水基完井液各項性能良好，與儲層巖石、地層水以及原油均具有較好的配伍性，完井液污染后儲層巖心滲透率恢復(fù)值達(dá)到90%左右，生物毒性小。說明此完井液具有優(yōu)良的儲層保護(hù)效果，可以應(yīng)用于海上油田平臺的完井作業(yè)；

（3）考慮到國家對環(huán)保工作監(jiān)察力度的加大，今后鉆完井中所使用的入井流體都要向環(huán)境友好型發(fā)展。環(huán)保型完井液作為完井液技術(shù)發(fā)展的一個方向，應(yīng)該具有廣泛應(yīng)用的潛在前景。

［1］ 向興金，董星亮，岳江河. 完井液手冊[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2002．

［2］ 王勝軍，李洪，熊啟勇，等. 國內(nèi)完井液研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 新疆石油科技，2014，2（24）：18-21．

［3］ 李玉光. 海洋石油高孔高滲油田開發(fā)儲層保護(hù)研究[J]. 中國海上油氣（工程），2001；13（4）：42-47．

［4］ 樊世忠，何綸. 國內(nèi)外油氣層保護(hù)技術(shù)的新發(fā)展(I)—鉆井完井液體系[J]. 石油鉆探技術(shù)，2005，33（1）：1-5.

［5］ 蔡亮. 環(huán)保型完井液的研究與應(yīng)用[D]. 大慶石油學(xué)院碩士論文，2009．

［6］ 王東，馮定，張兆康. 海上油田廢棄鉆井液的毒性評價及無害化處理技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理，2011, 6（36）：79-80．

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Study on Low Damage Environmental Protection Water Based Completion Fluid Suitable for an Offshore Oilfield

HUANG Shu-kai, HUANG Jing, LIU Yang-jie
(Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China)

Well completion fluid technology plays a very important role in the drilling process of reservoir. Well completion fluid as the last use working fluid for drilling and completion, not only has good protective effect to the reservoir, but also has good compatibility with other well fluids, it can improve the pollution caused by previous work and has the effect of comprehensive protection of reservoir. From the aspect of environmental protection, well completion fluid should be small biological toxicity，and harmless to the human body, it has little influence on the water biological community, it is easy to be degraded, and it is beneficial to protect the environment. According to the reservoir characteristics of an offshore oilfield and the use situation of drilling fluid in the early stage, low damage environmental protection type water based completion fluid was developed. It has good performance, and good compatibility with reservoir rocks, formation water and crude oil. And the recovery value of core permeability of reservoir is about 90%. This completion fluid has excellent comprehensive performance and can be applied into the well completion operation of offshore oil fields.

low damage; environmental protection; water based completion fluid; permeability recovery value

TE 357

A

1671-0460（2016）11-2599-04

2016-05-06

黃書愷（1992-），男，福建南安人，在讀碩士研究生，主要從事油氣成藏方面的研究工作。郵箱：330193295@qq.com。