一種高抑制性水基鉆井液體系

熊愛江

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.035

摘 要：對一種針對活性泥頁巖的高抑制性水基鉆井液體系（ULTRADRIL）組成和鉆井液性能進(jìn)行了分析，對鉆井液體系配制流程、添加量和時(shí)間進(jìn)行了介紹。該鉆井液體系在滿足對活性泥頁巖有效抑制的技術(shù)要求基礎(chǔ)上，具有良好的井眼清潔和防鉆頭泥包效果，有利于提高機(jī)械鉆速，作業(yè)維護(hù)簡單，對環(huán)境友好。

關(guān)鍵詞：泥頁巖 抑制 水基鉆井液 配方

中圖分類號(hào)：TE254.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0035-02

海洋油氣勘探的力度逐年加大，海洋環(huán)境保護(hù)對鉆屑排放和污染問題提出了越來越高的要求，限制了油基鉆井液在海洋鉆井中的使用。針對活性泥頁巖的高抑制性水基鉆井液體系在泥頁巖抑制性、鉆速和維護(hù)等方面都有出色的表現(xiàn)，并在全球海上和陸上鉆井中得到了成功應(yīng)用。

1 體系組成

體系中泥頁巖主抑制劑是ULTRAHIB聚胺，提供水化抑制作用，聚合物ULTRACAP是一種分子量適度的陽離子聚丙稀酰胺，提供第二種泥頁巖抑制和鉆屑穩(wěn)定作用。通過阻止粘土吸附水達(dá)到泥頁巖抑制，獲得完整的鉆屑。第二種抑制作用可以通過配方中K+和Ca+置換地層中的陽離子獲得。該體系還包括ULTRAFREE防粘結(jié)和鉆速增強(qiáng)劑。

1.1 活性泥頁巖抑制劑

該鉆井液體系活性泥頁巖抑制劑由主抑制劑ULTRAHIB和第二抑制劑ULTRACAP提供的多種抑制機(jī)制的體系。

ULTRAHIB抑制劑是一種液體處理劑，它通過嵌入粘土片，減小粘土片間的空間，阻止水分子滲入，而降低粘土膨脹的水合作用達(dá)到抑制效果。推薦濃度為2%～4%，但具體加量取決于泥頁巖的活性。ULTRAHIB為堿性材料，恰當(dāng)?shù)腢LTRAHIB濃度可確保pH在9.0～9.5，避免添加NaOH或KOH。

聚合物ULTRACAP是一種分子量適度的陽離子聚丙稀酰胺，提供鉆屑包被和泥頁巖穩(wěn)定作用。使用濃度在5.7～8.56 kg/m3，ULTRACAP在泥頁巖和鉆屑表面形成一個(gè)保護(hù)外套，從而獲得完整的鉆屑，避免了鉆屑粘糊振動(dòng)篩和鉆屑相互粘結(jié)。

1.2 失水處理劑

POLYPAC UL和POLYPAC ELV是該鉆井液體系首選失水處理劑，它不但能有效控制失水，而且對流變性的影響極小。POLYPAC UL/ELV的使用濃度在5.7～11.4 kg/m3，并確保失水小于6.0 mL/30min。

1.3 增粘劑

ULTRADRIL體系的最佳增粘劑是黃原膠類生物聚合物DUO-VIS和XCD，加量范圍在1.42～4.28 kg/m3，取決于井徑和井況。

1.4 防粘結(jié)和潤滑劑

ULTRAFREE鉆速增效劑是一種表面活性劑混合物，它可以使泥頁巖鉆屑在金屬表面，如井底總成和鉆頭粘結(jié)最少。ULTRAFREE也提供一個(gè)附加的潤滑作用。為獲得好的和均勻的混合效果，添加該處理劑應(yīng)做到按規(guī)程足量加入。最佳濃度是1%～3%，這取決于鉆井液比重和固相含量。

1.5 鉆井液配方

ULTRADRIL體系可以用各種基礎(chǔ)鹽配制，從海水到高濃度NaCl和KCl鹽的很廣泛圍。在海洋作業(yè)中，常常需要高濃度鹽（如：20% NaCl）提供一個(gè)附加的氣體水合物抑制或增加泥頁巖的穩(wěn)定性。表1列出了處理劑的典型濃度。

2 體系配制

該鉆井液體系的優(yōu)點(diǎn)之一是配制簡單，可以較快地加入，節(jié)約了大量的時(shí)間。

剪切和振動(dòng)篩試驗(yàn)證明，恰當(dāng)?shù)木酆衔锼妥畲笙薅鹊匕l(fā)揮聚合物的作用，剪切裝置如Poly Shear 140或Halco是必要的，建議使用渦流Venture Lobestar漏斗。用Lobestar漏斗將初配的ULTRACAP處理劑至少剪切一個(gè)完整的循環(huán)周，以獲得最大的過篩能力和最佳的流變性。

表2和表3是一個(gè)現(xiàn)場試驗(yàn)的1 000桶比重1.20 kg/L的ULTRADRIL和1 000桶3%的ULTRAHIB抑制劑和7.12 kg/m3 ULTRACAP包被劑的稀釋液的實(shí)際例子。處理劑的加入順序被證實(shí)是很有效的。在加增粘劑DUO-VIS前加入U(xiǎn)LTRAFREE導(dǎo)致泡沫，建議在稀釋液中不加ULTRAFREE（稀釋液中不含DUO-VIS）。

Lobestar漏斗可縮短混合時(shí)間。如果沒有，至少需要加聚合物時(shí)的2倍時(shí)間進(jìn)行循環(huán)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

ULTRADRIL體系在我國南海荔灣、流花等深水區(qū)塊鉆井作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，作業(yè)過程中抑制了活性泥頁巖的水化膨脹、井徑規(guī)則，提供了良好的井壁穩(wěn)定性，并且能夠包被鉆屑，有利于井眼清潔，有效提高了鉆井機(jī)械鉆速。

4 結(jié)語

針對活性泥頁巖的高抑制性水基鉆井液體系具有優(yōu)異、穩(wěn)定和易維護(hù)的作業(yè)性能，能提供良好的活性泥頁巖抑制性和井壁穩(wěn)定性，能包被鉆屑，很大程度地降低軟泥巖對鉆柱和鉆頭的粘附，對海洋環(huán)境影響小。通過作業(yè)實(shí)踐證明，該鉆井液體系該體系具有許多非水基鉆井液的優(yōu)良性能，在深水鉆井作用中具有良好的適應(yīng)性。

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