超低滲透鉆井液特點(diǎn)分析與作用機(jī)理研究

王耀豐

【摘 要】超低滲透鉆井液技術(shù)能限制鉆井液侵入和鉆井液產(chǎn)生的壓力侵入，有利于提高井壁強(qiáng)度、保持地層巖石的完整性、減少機(jī)械性不穩(wěn)定地層的許多問(wèn)題以及減少地層傷害、提高油氣井產(chǎn)能。超低滲透鉆井液能生物降解，對(duì)環(huán)境無(wú)害，能用于水基、油基和合成基鉆井液中。本文主要對(duì)超低滲透鉆井液特點(diǎn)進(jìn)行了分析，闡述了鉆井液的性能與優(yōu)點(diǎn)以及作用機(jī)理。

【關(guān)鍵詞】超低滲透；鉆井液；特點(diǎn)；作用機(jī)理

近年來(lái)，我國(guó)石油和天然氣資源需求正在日益增加。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，超深井鉆探已成為今后世界鉆探工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方面。在油氣勘探過(guò)程中，鉆井這一重要過(guò)程中遇到的地形、地層也越來(lái)越復(fù)雜多變，在鉆遇壓力衰竭地層和裂縫發(fā)育地層、破碎或弱膠結(jié)性地層以及低滲儲(chǔ)層以及深井長(zhǎng)裸眼大段復(fù)雜泥頁(yè)巖和多套壓力層系等地層時(shí)，壓差卡鉆、鉆井液漏失和井壁垮塌等這些復(fù)雜的問(wèn)題以及地層地形損害問(wèn)題也越來(lái)越突出。

一、超低滲透鉆井液特點(diǎn)分析

超低滲透鉆井液添加劑為細(xì)小固體顆粒與多種低相對(duì)分子質(zhì)量聚合按一定比例配制得到的混合物。其成分因?yàn)榫酆衔锱c固體顆粒表面的改變而呈現(xiàn)不同的潤(rùn)濕性和溶解性，超低滲透鉆井液添加劑就是按照一定的比例對(duì)這些成分進(jìn)行混合。在水溶性流體內(nèi)加入這種混合物后，親油物質(zhì)被少量溶解和潤(rùn)濕，通過(guò)締合形成聚集體將體系能量降到最低。這與表面活性劑中的膠束形成情況類似，只是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且對(duì)礦化度和壓力的變化不敏感，高溫的穩(wěn)定性相對(duì)較好。對(duì)于加入到油基鉆井液中的產(chǎn)品，與加入到水溶性流體中的機(jī)理類似，只是聚集體由更多的親油性成分組成，這也是能在巖石表面形成超低滲透屏蔽層的關(guān)鍵因素。封堵層能直接避免了流液侵入與壓力傳遞，在鉆井液進(jìn)入地層的瞬間就可以形成。在過(guò)平衡壓力作用下，常規(guī)泥漿添加劑形成的泥餅在濾液通過(guò)時(shí)會(huì)出現(xiàn)連續(xù)性滲漏。同時(shí)，聚集體還能對(duì)裂縫與層理面形成封堵和保護(hù)。

超低滲透鉆井液的特點(diǎn)主要是體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：因?yàn)樵趲r石中的侵入深度有所限制，有著很低的動(dòng)慮失性能，能有效防止頁(yè)巖受到鉆井液侵入，對(duì)頁(yè)巖縫隙的封閉可以避免鉆井液對(duì)地層的滲透，其慮失量也不是時(shí)間的平方根函數(shù)；在地層形成的封閉膜會(huì)在壓差作用下附著在井壁；滲透率恢復(fù)情況在膜可實(shí)現(xiàn)有效清除下更加良好，利于提高產(chǎn)能；有著更好的環(huán)保性能。

二、超低滲透鉆井液完井液的性能與優(yōu)點(diǎn)

（一）超低滲透鉆井液完井液的組成

其主要有兩個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)品組成。分別是零濾失井眼穩(wěn)定劑JYW21和防漏堵漏零濾失井眼穩(wěn)定劑JYW22。我們通過(guò)在水基和油基鉆井液中添加了適量的零濾失井眼穩(wěn)定劑，這樣就形成了超低滲透鉆井液。其中，JYW21和JYW22的作用機(jī)理基本上一致，但是JYW21主要用于中、低孔隙及微裂縫地層，而JYW22主要用于大孔喉及裂縫地層，它們二者主要在用途方面有所不同。零濾失井眼穩(wěn)定劑組成成分主要包括不溶的金屬氧化物以及部分水溶和全水溶的合成有機(jī)聚合物，還有植物衍生物形成的混合物。這使其具有優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性，經(jīng)測(cè)試抗溫性可達(dá)達(dá)204℃；可替代其他產(chǎn)品，如部分水解聚丙烯酰胺，SPA，瀝青質(zhì)，硬瀝青，乙二醇和聚合物絮凝劑；超低滲透鉆井液完井液完全適應(yīng)于高密度、高溫高壓等苛刻條件，并且超低滲透鉆井液完井液使用起來(lái)具有維護(hù)簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境的特點(diǎn)。

（二）性能與優(yōu)點(diǎn)

超低滲透鉆井液完井液具有良好的性能，其在井壁穩(wěn)定和保護(hù)儲(chǔ)層以及防漏堵漏等諸多方面的都有良好表現(xiàn)。超低滲透鉆井在滲入到井壁巖石表面微裂縫或孔喉處時(shí)，利用自身獨(dú)特的表面化學(xué)原理，能夠形成很薄的濾餅，從而實(shí)現(xiàn)增大地層破裂壓力的目的。在近幾年以來(lái)，我國(guó)的各大油田根據(jù)自己自身需求進(jìn)行了一系列的研究與應(yīng)用。各大油田通過(guò)對(duì)超低滲透鉆井液完井液的侵入時(shí)間、深度、入量，以及對(duì)承壓能力和膜密封強(qiáng)度、滲透率恢復(fù)值等的多次測(cè)定和評(píng)價(jià)，進(jìn)一步討論了超低滲透的作用原理，并且通過(guò)對(duì)溫度、壓力、酸堿值等因素對(duì)超低滲透鉆井液的影響的討論。從而得出的究結(jié)果表明，一般的常規(guī)鉆井液，在經(jīng)超低滲透處理劑的一系列處理后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)槌蜐B透鉆井液完井液。該超低滲透鉆井液完井液在巖石表面能夠形成一層非常致密的封閉膜，同時(shí)能夠十分有效的降低濾失量，從而大量的節(jié)省資源。并且通過(guò)超低滲透鉆井液完井液對(duì)不同孔隙的砂床、巖心和裂縫具有良好的封堵的優(yōu)良性能，從而可以有效的控制滲透液防漏堵漏。

三、超低滲透鉆井液作用機(jī)理

（一）減小儲(chǔ)層傷害和降低慮失的機(jī)理

超低滲透鉆井液在鉆井使用中，鉆井液中的聚合物會(huì)聚焦而形成可變性的膠束，在其向頁(yè)巖滲透的過(guò)程中，膠束會(huì)在頁(yè)巖上迅速鋪開(kāi)以及在孔喉處形成低滲透封閉膜，能有效防止其鉆井液的滲透。對(duì)于因鉆進(jìn)施工而帶來(lái)的頁(yè)巖裂縫，超低滲透鉆井液會(huì)對(duì)裂縫形成填塞，裂縫碎片和孔隙表面會(huì)出現(xiàn)一定的張力，張力會(huì)隨著孔隙與碎片的減小而加大，在此作用下阻止了鉆井液的進(jìn)一步慮失。由于超低滲透鉆井液能在通過(guò)井壁表面時(shí)形成封堵膜，該膜的致密度和無(wú)滲透性能對(duì)不同地層與微裂縫泥頁(yè)巖地層形成有效封堵，井壁外形成的保護(hù)層也完全隔離了鉆井液和其他濾液，不會(huì)對(duì)地層滲透，朝零慮失鉆井靠近，減少了地層內(nèi)粘土顆粒的轉(zhuǎn)移，對(duì)油氣層形成有效的保護(hù)。

（二）提高地層承壓能力的機(jī)理

鉆井施工中井壁與鉆具之間形成的摩擦力會(huì)通過(guò)鉆桿形成過(guò)平衡壓力而作用在井壁上，過(guò)平衡壓力過(guò)大會(huì)對(duì)井壁造成危害，形成坍塌和鉆井液嚴(yán)重漏失的后果，需要對(duì)其進(jìn)行減弱和消除。在超低滲透鉆井液體系中，鉆井液的良好封堵性能可以極大的消除過(guò)平衡壓力，避免壓力傳送到地層，從而減少了因過(guò)平衡力帶來(lái)的鉆桿沖擊而不會(huì)出現(xiàn)坍塌和鉆井液嚴(yán)重漏失的情況。

（三）消除壓差卡鉆機(jī)理

鉆井液液注壓力和地層孔隙壓力之間的差成為壓差，過(guò)大的壓差會(huì)導(dǎo)致卡鉆。在鉆桿和易滲透地層接觸時(shí)，鉆桿會(huì)因?yàn)殂@井液產(chǎn)生的過(guò)平衡壓力而頂靠井壁，發(fā)生卡鉆。對(duì)壓差卡鉆進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)一個(gè)重要的因素是鉆井液濾餅的性能，濾餅的加厚會(huì)導(dǎo)致鉆桿上泥餅的增加，也增加了與鉆桿的接觸面積，從而更容易發(fā)生卡鉆。對(duì)于超低滲透鉆井液，巖石表面形成的低滲透屏障保證了鉆井液的慮失量，也減少了濾餅的厚度，組織了壓差向地層的傳遞，大大降低了卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。

（四）堵漏機(jī)理

超低滲透鉆井液的膠束可在弱膠結(jié)地層的裂縫形成有效屏障的同時(shí)，也可通過(guò)薄片對(duì)液體的吸收而膨脹，對(duì)漏失處的封堵材料形成束縛，受到壓力時(shí)將顆粒中的濾液擠出，一般封堵材料為去水化，對(duì)于漏失處的封堵效果更好。其在鉆井液的脹流星作用下而粘在一起，粘度會(huì)隨著流速的增加而增大。在慮失區(qū)，鉆井液滲漏到地層后因膨脹劑而停留，形成的架橋封堵可抵抗超過(guò)6.895MPa的壓差。對(duì)于不同脹流性的鉆井液需要添加不同用量的添加劑。

四、結(jié)束語(yǔ)

超低滲透鉆井液完井液技術(shù)作為油氣勘探工作中的一項(xiàng)重要技術(shù)，在未來(lái)必定會(huì)大放異彩。即使這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)在還有著不少的缺陷，但經(jīng)過(guò)以后的改進(jìn)加工之后，這項(xiàng)技術(shù)必定成行業(yè)中同類技術(shù)中的中流砥柱。超低滲透鉆井液完井液技術(shù)的優(yōu)良性也是顯而易見(jiàn)的，如果使用了超低滲透鉆井液完井液技術(shù)，就能夠從根源上杜絕油氣儲(chǔ)層損害的發(fā)生。所以由此可見(jiàn)，超低滲透鉆井液完井液在未來(lái)的油氣勘探技術(shù)中將會(huì)占到越來(lái)越重的地位，換句話來(lái)說(shuō)，超低滲透鉆井液完井液技術(shù)的發(fā)展前景是很樂(lè)觀的。

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