XZ高效環(huán)保型水基鉆井液體系

宋波凱 劉建新 阮彪

摘 ?????要： 針對現(xiàn)階段鉆井液所面臨的技術(shù)難題，從提高井壁穩(wěn)定性、鉆井液抑制性、微納米級封堵性、潤滑性和環(huán)保問題等方面入手，研發(fā)了五種處理劑，完成了材料配伍性研究，優(yōu)選了體系配方，提出了一套適合深井及大位移水平井的XZ高效環(huán)保型水基鉆井液體系工藝。研究結(jié)果表明，該體系潤滑效果良好，具有較好的抗鹽、抗鈣污染能力和防漏封堵能力，可以減少井壁不穩(wěn)定的發(fā)生，總體抑制性較好，可以滿足安全鉆井需求，同時滿足環(huán)保體系去磺化的要求。

關(guān) ?鍵 ?詞：井壁穩(wěn)定性;抑制性;封堵性;環(huán)保;水基鉆井液

中圖分類號：TE 254.4 ??????文獻標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）02-0341-05

Abstract： In view of the technical problems of drilling fluid at present， from the aspects of improving wellbore stability， drilling fluid inhibition， micro and nano level plugging， lubrication and environmental protection effect， five kinds of treatment agents were developed， the compatibility research of materials was completed， and the system formula was optimized， a set of efficient and environmentally friendly water-base drilling fluid system suitable for deep well and large displacement horizontal wells was put forward. The results show that the system has good lubrication effect， good salt resistance， good calcium pollution resistance and leakage prevention and sealing ability. It can reduce the instability of the wellbore， and the overall inhibition is good， and it can meet the safe drilling requirements， meet the requirements of desulfonation of environmental protection system at the same time.

Key words： Wellbore stability; Inhibition; Plugging; Environmental protection; Water-based drilling fluid

新疆油田深井及大位移深水平井的儲層埋藏相對較深、地層壓力變化大、巖性復(fù)雜，在鉆探過程中，目前使用的水基鉆井液和油基鉆井液在性能方面仍需提高。水基鉆井液具有抑制能力不足，井壁穩(wěn)定性差，潤滑防卡能力不足，微納米孔隙和微裂縫封堵能力不足等特點[1];油基鉆井液具有成本高，環(huán)境污染嚴(yán)重，固井質(zhì)量差，影響測井，更易傳遞壓力等特點[2]。針對以上情況，研發(fā)了XZ高效環(huán)保型水基鉆井液，將油基鉆井液的優(yōu)點融入水基鉆井液，提高了水基鉆井液的井壁穩(wěn)定性、抑制性、微納米級封堵、潤滑防卡能力等，滿足深井和大位移水平井鉆探[3]。

1 ?處理劑性能評價

1.1 ?鉆井液用仿生抑制劑XZ-YZJ

1.1.1 ?作用機理

仿生抑制劑XZ-YZJ的主要作用為通過嵌入到粘土的片層結(jié)構(gòu)之間，聚合成具有類似于兩層石墨烯結(jié)構(gòu)的聚合物[4]。該聚合物與相鄰的粘土表面之間形成強度遠高于普通氫鍵的強氫鍵，通過橋接作用將相鄰粘土片層緊密束縛在一起，從而起到抑制其水化分散作用[5]。

1.1.2 ?XZ-YZJ性能評價

實驗選擇在蒸餾水中加入不同量的XZ-YZJ，分別測定各時間的膨潤土的線性膨脹高度，結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，隨著XZ-YZJ加量的不斷增大，膨潤土的線性膨脹高度顯著降低。XZ-YZJ加量為1.5%時，膨潤土線性膨脹量相對于蒸餾水降低40%左右。

1.2 ?鉆井液用仿生封堵劑XZ-FDJ

1.2.1 ?作用機理

封堵劑以納米尺度分散在鉆井液中時，巨大的比表面積會使其在濃度很低的情況下大面積貼附于井壁表面，并通過類似瓦片的連接方式形成薄而堅韌的一體化薄膜材料，從而起到封堵地層微米至納米級孔隙的作用[6]。

1.2.2 ?XZ-FDJ性能評價

在蒸餾水中加入不同量的降濾失劑XZ-FDJ，實驗結(jié)果見圖6。

1.3 ?鉆井液用仿生潤滑劑XZ-RHJ

1.3.1 ?作用機理

鉆井液用鍵合潤滑劑XZ-RHJ具有強吸附基團，在井壁及鉆具表面可形成牢固物理化學(xué)吸附，從而形成抗高剪切的吸附油膜，降低鉆具與井壁的摩阻，起到防卡潤滑作用[7]。

1.3.2 ?XZ-RHJ性能評價

從表1和表2可以看出，鉆井液用仿生潤滑劑XZ-RHJ具有良好的潤滑效果。

1.4 ?鉆井液用雙疏劑XZ-SSJ

1.4.1 ?作用機理

雙疏劑是一種帶有吸附基團及低表面能基團的特種表面活性劑，首先通過吸附基團在巖石表面吸附，雙疏劑附著在巖石表面，然后雙疏劑中低表面能基團可在巖石表面形成低表面能“涂層”，從而高表面張力的自由水及油無法在巖石表面潤濕鋪展，起到了疏水疏油的作用，有效減少了水敏地層巖石的表面水化及滲透水化，達到了穩(wěn)定井壁的效果[8]。

1.5 ?鉆井液用成膜劑XZ-CMJ

1.5.1 ?作用機理

XZ-CMJ能夠吸附在粘土表面抑制其水化，還可以在巖石表面自發(fā)聚合形成一層聚合物膜，起到封堵泥頁巖微孔隙和微裂縫，降低次生裂縫發(fā)育以及鉆井液壓力傳遞的作用[9-11]，見圖9。

4 ?結(jié) 論

（1）使用XZ高效環(huán)保型水基鉆井液體系，加入7%KCL和0.5% CaO，K+濃度達到20 000 mg/L以上，鉆井液的抑制性很強，使用0.6% TC-DBY使體系有很好的包被作用，以膠液形式維護維護處理，性能穩(wěn)定;加入2%QCX-1+1%WC-1+3%XZ-FDJ，保持封堵劑的濃度達到3%，以形成致密高強度的“屏蔽環(huán)”，對油氣層有很好的保護作用，鉆井液具有較高的封堵防塌特性;加入4% XZ-CMJ +2%XZ-YZJ能改善鉆井液的泥餅質(zhì)量，形成致密的泥餅從而保證了井壁的穩(wěn)定性;泥巖段返出的巖屑成型，表明鉆井液具有較強的抑制泥巖水化的能力。

（2）XZ高效環(huán)保型水基鉆井液體系，轉(zhuǎn)化后手感潤滑，動切力較高，具有很好的攜帶巖屑的能力，能及時將井底的巖屑攜帶出地面處理干凈，振動篩反出來的巖屑整齊，包被效果好;同時有很小的觸變性能，降低因靜止時間長或下鉆開泵等激動壓力過大造成的井漏事故，中壓失水為3～4 mL，減少了因井壁吸水膨脹造成的井壁不穩(wěn)定的發(fā)生;總體抑制性比較好，可以滿足安全鉆井需求，同時滿足環(huán)保體系現(xiàn)在去磺化的要求。該鉆井液體系可用于深井、大位移井的鉆井作業(yè)中，且無毒性、對環(huán)境無污染，符合環(huán)保要求，具有良好的推廣前景。

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