一種保護碳酸鹽儲層的可液化鉆開液的研發(fā)與性能評價*

王勝翔，張 帆，林 楓，程 爽，王 雷

（1.中海石油伊拉克有限公司，北京100010；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452）

伊拉克Missan油田位于伊拉克東南部Missan省，油田儲層巖性主要為碳酸鹽巖，部分地區(qū)有砂巖發(fā)育，部分層位含有微裂縫，油藏原始地層壓力系數(shù)為1.172數(shù)1.184，油藏最高溫度為120℃。目前Missan油田的開發(fā)主要以直井射孔完井為主，為了提高開發(fā)效率，未來將更加側(cè)重水平井裸眼完井作業(yè)。對于水平井裸眼完井開發(fā)，目前常用的儲層鉆開液體系為弱凝膠體系，該體系具有低剪切速率黏度高、攜砂效果好的特點［1-5］，但由于使用了大量的聚合物，完井作業(yè)時，必須進行破膠處理以提高儲層保護效果［6］。由于破膠劑一般為強氧化劑，采用破膠作業(yè)不僅會增加作業(yè)成本，而且還具有一定的危險性［7］，因此人們試圖開發(fā)不需破膠處理的鉆開液體系，并進行了一些探索性的研究［8-12］?？紤]到Missan油田水平井開發(fā)及裸眼完井的需要，采用改性生物聚合物VIS-B為流型調(diào)節(jié)劑、可酸溶的改性淀粉STARFLO為降失水劑、JQWY為酸溶性的暫堵材料，DUALSEAL為堿度調(diào)節(jié)劑，氯化鈉和甲酸鈉復(fù)合鹽水加重，設(shè)計了一種非破膠可液化的鉆開液體系，通過考察流型調(diào)節(jié)劑VIS-B、降失水劑STARFLO、潤滑劑Lube加量對鉆開液性能的影響，確定了非破膠可液化鉆開液體系的基本配方，評價了該鉆開液體系的抗溫性能、抗地層水污染能力、抑制性能以及完井液對鉆開液體系泥餅的破膠能力和對儲層保護效果，并報道了現(xiàn)場應(yīng)用情況。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

STARFLO降濾失劑（可酸溶的改性淀粉）、流型調(diào)節(jié)劑VIS-B（改性生物聚合物）、酸溶性暫堵劑JQWY、堿度調(diào)節(jié)劑DUALSEAL、潤滑劑Lube，荊州嘉華科技有限公司；NaOH、Na2CO3、KCl、NaCl、HCOONa，市售工業(yè)品。

ZNN-D6A型六速旋轉(zhuǎn)黏度計、GJS-B12K型高頻高速攪拌器、ZNS-5A型中壓濾失儀、XGRL-4型滾子加熱爐，青島海通達(dá)專用儀器廠；JHR巖心夾持器，湖北現(xiàn)代石油科技發(fā)展有限公司；CLDS-II型動態(tài)濾失儀，湖北創(chuàng)聯(lián)石油科技有限公司。

1.2 鉆井液性能測試

鉆井液的流變性能、濾失性能等均按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5621《鉆井液測試程序》進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 非破膠可液化鉆開液體系的配方優(yōu)選

針對Missan油田儲層的特點以及水平井裸眼完井的需要，針對性地設(shè)計了一種無需破膠的可液化鉆開液體系。該體系形成的濾餅在酸性條件下可溶解，不需要破膠處理，既保證了作業(yè)安全，也可以提高作業(yè)效率。通過大量的室內(nèi)研究，確定非破膠可液化鉆開液體系的基本組分為：淡0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl+3%KCl＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY+40%HCOONa＋VIS-B＋STARFLO＋Lube（1.28 g/cm3）。

2.1.1 流型調(diào)節(jié)劑加量對體系性能的影響

流型調(diào)節(jié)劑VIS-B加量對配方為淡水＋0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl＋3%KCl＋VIS-B＋3%STARFLO＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY＋40%HCOONa（1.28 g/cm3）的鉆開液體系性能的影響見表1。從表1可以看出，隨著VIS-B加量的增大，體系的黏度逐漸增加，當(dāng)加量達(dá)到1%時，體系熱滾后的低剪切速率黏度（LSRV）達(dá)到29863 mPa·s。VIS-B是一種改性的生物聚合物，具有很好的增黏效果，能有效地調(diào)節(jié)體系的流變性能，在低剪切速率下，分子鏈之間能夠相互纏結(jié)，形成弱凝膠狀態(tài)，在水平井的鉆井作業(yè)中可滿足水平井?dāng)y砂要求。

表1 VIS-B加量對體系性能的影響

2.1.2 降濾失劑加量對體系性能的影響

可酸溶改性淀粉STARFLO可酸溶、自然降解，符合環(huán)保要求。降濾失劑STARFLO加量對配方為淡水＋0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl＋3%KCl＋1.0%VIS-B＋STARFLO＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY＋40%HCOONa（1.28 g/cm3）的鉆開液體系性能的影響見表2。從表2可以看出，隨著降濾失劑STARFLO加量的增大，體系的黏度雖然有所增加，但總體變化不大，體系的API濾失量隨著STARFLO加量的增大而降低，這表明濾失劑STARFLO的降濾失效果好，且具有一定的抗溫性能。綜合考慮，選擇降濾失劑STARFLO加量為3.0%。

表2 STARFLO加量對體系性能的影響

2.1.3 潤滑劑加量對體系性能影響

從降低摩阻和扭矩等方面考慮，在水平井鉆井過程中須在鉆井液體系中加入潤滑劑以保證正常鉆進。潤滑劑Lube加量對配方為淡水＋0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl＋3%KCl＋1.0%VIS-B＋3%STARFLO＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY＋Lube＋40%HCOONa（1.28 g/cm3）的鉆開液體系性能的影響見表3。從表3可以看出，隨著Lube加量的增大，潤滑系數(shù)呈較大幅度的下降，體系表現(xiàn)出優(yōu)良的潤滑性能。從表中實驗數(shù)據(jù)可以看出，Lube加量的變化對于濾失量和pH值的影響不大，但鉆井液的流變性隨著Lube加量的增大出現(xiàn)了較為明顯的增長趨勢。因此，綜合考慮鉆井液的性能和作業(yè)成本控制，潤滑劑Lube加量以1.5%為宜。

表3 Lube加量對體系性能的影響

通過以上對各種外加劑對體系性能影響評價研究，確定了非破膠可液化鉆開液體系的配方為：淡水＋0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl＋3%KCl＋1.0%VIS-B＋3%STARFLO＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY＋1.5%Lube＋40%HCOONa（1.28 g/cm3）。

2.2 鉆開液體系的性能

2.2.1 抗溫性能

Missan油田有多個開發(fā)層位，由于儲層的埋藏深度不一，因此儲層溫度有一定的差異。在不同的溫度下熱滾16 h后，鉆開液體系的流變、濾失性能見表4。從表4可以看出，體系在130℃下熱滾16 h后，仍能保持較好的流變性能和濾失性能，能夠滿足現(xiàn)場作業(yè)的需求。

表4 鉆開液體系的抗溫性能

2.2.2 抗地層水污染能力

Missan油田地層水礦化度高達(dá)235858 mg/L，為了考察地層水的侵污對鉆開液性能的影響，向體系中加入一定量的地層水（礦化度235858 mg/L）。實驗研究表明，當(dāng)?shù)貙铀那治哿窟_(dá)到20%時，體系經(jīng)過120℃ 熱滾16 h后，PV為19 mPa·s，YP值為17 Pa，API濾失量為3 mL，體系仍能保持很好的流變性和濾失性能，低剪切速率黏度為49473 mPa·s，能夠保證水平井的有效攜砂，表明體系具有很好的抗地層水污染能力。

2.2.3 抑制性能

經(jīng)測試得知，鉆開液體系對Missan油田現(xiàn)場泥巖巖屑的滾動回收率和防膨率分別為95.34%和92.13%，這表明該鉆開液體系具有很好的抑制泥頁巖水化膨脹的能力。

2.2.4 完井液對鉆開液體系泥餅的破膠能力

將鉆開液形成的泥餅置于HTA固體酸完井液體系中，在60℃下靜置一段時間后查看泥餅狀態(tài)。實驗發(fā)現(xiàn)，在HTA固體酸完井液中靜置0.5 h左右后，鉆開液體系的泥餅完全脫落且全部溶解，此外，浸泡過泥餅的完井液殘液依然保持清澈透明。這說明完井液能夠?qū)@開液泥餅的殘渣全部清除掉，即使鉆開液體系的膠液或聚合物等侵入地層孔隙中，在完井過程中完井液的侵入也能夠?qū)⑽廴镜貙拥哪z液或聚合物等降解清除掉，從而恢復(fù)油流通道，達(dá)到保護油氣層的效果。

2.2.5 完井液對儲層保護效果

為了測試鉆開液及配套完井液體系的儲層保護效果，選用了Missan油田的碳酸鹽巖心作為測試巖心。首先用鉆開液對滲透率為9.52×10-3μm2的巖心進行污染，測試巖心的滲透率，為7.87×10-3μm2，滲透率降低了17.3%；然后，將鉆開液污染后的巖心用完井液進行侵污處理后再次測試巖心的滲透率，為9.29×10-3μm2，滲透率恢復(fù)值為97.58%。這說明該鉆開液體系無需破膠處理，僅經(jīng)過完井液處理就可以達(dá)到很好的儲層保護效果。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

非破膠可液化鉆開液體系已在米桑油田水平井鉆井作業(yè)中實現(xiàn)了應(yīng)用，在該油田3個區(qū)塊共計7口水平井的應(yīng)用中，鉆井作業(yè)非常順利，沒有發(fā)生任何井下復(fù)雜事故，完井工具管柱均順利下入到設(shè)計預(yù)定深度，為油藏的高效開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。

與早期米桑油田采用的PRD無固相鉆完井液體系相比，采用該可液化鉆開液及其配套完井液體系進行鉆完井作業(yè)，減少了作業(yè)施工程序，降低了作業(yè)成本和井控風(fēng)險。據(jù)統(tǒng)計，作業(yè)中平均每口井節(jié)約鉆井時間約9 h，節(jié)約鉆井成本約50萬元。7口井試采產(chǎn)量均超預(yù)期配產(chǎn)產(chǎn)量，且截止到目前產(chǎn)量一直比較穩(wěn)定，該可液化鉆開液體系在米桑油田的開發(fā)中取得了較好的應(yīng)用效果。

3 結(jié)論

適合Missan油田水平井裸眼完井的非破膠可液化鉆開液體系的基本配方：淡水＋0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl＋3%KCl＋1.0%VIS-B＋3%STARFLO＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY＋1.5%Lube＋40%HCOONa（1.28 g/cm3）。該體系具有較好的耐溫以性能，抗溫可達(dá)130℃；該體系的抑制性能優(yōu)良，鉆屑的滾動回收率達(dá)到95.34%；同時體系具有較好的抗侵污能力，能有效地抵抗高礦化度地層水的侵污；體系形成的濾餅在酸性條件下可溶解，不需要破膠處理，既保證了作業(yè)安全，也可以提高作業(yè)效率。該體系侵污的巖心經(jīng)配套的完井液處理后，其滲透率恢復(fù)值可達(dá)97.58%。現(xiàn)場應(yīng)用效果表明，該體系能減少作業(yè)時間，降低作業(yè)成本，試采產(chǎn)量均超預(yù)期，取得了較好的應(yīng)用效果。