聚合物環(huán)保鉆井液體系在曙2-02-14井的應(yīng)用

于盟, 王健

開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

聚合物環(huán)保鉆井液體系在曙2-02-14井的應(yīng)用

于盟1, 王健2

（1. 中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司鉆井液公司，遼寧 盤(pán)錦 124000；2. 中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，遼寧 盤(pán)錦 124000）

介紹了遼河油區(qū)中深井常用聚磺有機(jī)硅體系在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的各種問(wèn)題和缺陷，這些問(wèn)題很難通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行彌補(bǔ)和改進(jìn)，針對(duì)聚磺有機(jī)硅體系產(chǎn)生的各種技術(shù)難題，以及鉆井液綠色發(fā)展、環(huán)境友好的戰(zhàn)略要求下，通過(guò)篩選聚合物類(lèi)處理劑，加大抑制劑用量，控制稀釋劑加量，形成了聚合物環(huán)保鉆井液體系，該體系的強(qiáng)抑制、強(qiáng)護(hù)膠、低搬含和聚合物優(yōu)良的觸變性，很好地解決了聚磺有機(jī)硅體系的搬含難控制、高溫流變性差、穩(wěn)定性差、長(zhǎng)時(shí)間靜止后結(jié)構(gòu)力極強(qiáng)導(dǎo)致開(kāi)泵困難等技術(shù)難題，降低了井下施工風(fēng)險(xiǎn)，提高了鉆井液安全保障能力，現(xiàn)場(chǎng)施工效果良好。

聚磺有機(jī)硅；缺陷；聚合物；環(huán)保

1 背景介紹

由于腐殖酸類(lèi)、磺化類(lèi)和褐煤類(lèi)等“黑色”處理劑對(duì)環(huán)境污染較大［1］，處理劑生產(chǎn)環(huán)節(jié)的環(huán)保壓力越來(lái)越大，廠家經(jīng)常被限產(chǎn)，供貨不及時(shí)，采購(gòu)單價(jià)逐年上升，聚磺有機(jī)硅體系搬含難控制，高溫穩(wěn)定性差，高溫下失去流動(dòng)性，長(zhǎng)時(shí)間靜止后結(jié)構(gòu)力極強(qiáng)，容易導(dǎo)致開(kāi)泵困難，甚至憋漏地層，不利于井下安全生產(chǎn)，除此，該體系產(chǎn)生的廢棄固液處理難度增大。

同時(shí)，為了積極響應(yīng)“綠水青山就是金山銀山”的政策和號(hào)召，深入貫徹和落實(shí)環(huán)保鉆井液體系在遼河油區(qū)的應(yīng)用和推廣，提升鉆井液體系的“環(huán)境友好”能力，遼河油區(qū)長(zhǎng)期使用聚磺有機(jī)硅鉆井液體系的升級(jí)和更新?lián)Q代顯得日益迫切。

2 技術(shù)難點(diǎn)

2.1 搬含難控制

聚磺有機(jī)硅體系靠有機(jī)硅稀釋劑的強(qiáng)分散能力，來(lái)保證體系的穩(wěn)定，特別是改型以后，有機(jī)硅加量逐漸增加，抑制劑加量逐漸減少，體系抑制性下降，搬含呈現(xiàn)快速升高的趨勢(shì)，加之PDC鉆頭硬脆泥巖段定向，泥巖研磨較細(xì)，也加快了搬含上升。

2.2 高溫流變性差

中深井聚磺有機(jī)硅鉆井液多次取樣進(jìn)行120 ℃滾動(dòng)16 h實(shí)驗(yàn)?zāi)M井底鉆井液真實(shí)流型，根據(jù)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，特別是包括漏斗黏度、六速、流型指數(shù)和稠度系數(shù)等流變性能參數(shù)變差，甚至出現(xiàn)類(lèi)似“豆腐腦”狀態(tài)，幾乎沒(méi)有了流動(dòng)性。

2.3 結(jié)構(gòu)力過(guò)強(qiáng)

中深井井底鉆井液經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高溫作用，處理劑和低密度固相顆粒之間可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重吸附，同時(shí)會(huì)吸附大量自由水，處理劑之間發(fā)生交聯(lián)，結(jié)構(gòu)力變強(qiáng)，直接導(dǎo)致高溫高壓長(zhǎng)時(shí)間靜止或后，出罐時(shí)呈現(xiàn)凍狀或者干粉狀，鉆井液基本喪失流動(dòng)性，給井下安全施工帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 性能波動(dòng)大

聚磺有機(jī)硅體系處理維護(hù)時(shí)，由于本身搬含較高，加入磺化類(lèi)、褐煤類(lèi)處理劑后，鉆井液粘切會(huì)明顯上升，需要用大量有機(jī)硅配合大量清水來(lái)進(jìn)行調(diào)整，這樣會(huì)使得鉆井液性能有較大波動(dòng)，一旦在處理的關(guān)鍵時(shí)刻，井隊(duì)設(shè)備發(fā)生問(wèn)題，需要停泵，可能會(huì)導(dǎo)致井下事故復(fù)雜。

2.5 靜止終切大

起下鉆、電測(cè)、下套管等長(zhǎng)時(shí)間靜止作業(yè)后，井底鉆井液稠化嚴(yán)重，終切大，過(guò)篩時(shí)跑漿現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重，正常排量循環(huán)均勻后，粘切也難以恢復(fù)正常水平，只能通過(guò)繼續(xù)加入有機(jī)硅稀釋劑再進(jìn)行調(diào)整，日常性能維護(hù)時(shí)從性能參數(shù)中也可以明顯看出聚磺有機(jī)硅體系的終切偏大，這個(gè)問(wèn)題增加了開(kāi)泵難度、處理調(diào)整難度和次數(shù)。

2.6 有離子污染

磺化類(lèi)處理劑生產(chǎn)工程中發(fā)生聚合反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一部分自由離子基團(tuán)，而且長(zhǎng)時(shí)間在高溫條件下，處理劑發(fā)生分解，也會(huì)產(chǎn)生一部分自由離子基團(tuán)，這些離子基團(tuán)都會(huì)影響鉆井液的粘切，尤其是終切，對(duì)鉆井液高溫性能影響極大，而且很難處理徹底。

2.7 環(huán)境危害大

聚磺有機(jī)硅體系中的主要降濾失劑和封堵防塌劑基本以腐殖酸類(lèi)、磺化類(lèi)和褐煤類(lèi)這三大類(lèi)處理劑為主，不僅在生產(chǎn)處理劑的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量空氣污染物，在使用的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量粉塵污染環(huán)境，對(duì)人身體的傷害也較大，鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄固液無(wú)害化處理難度也大大增加。

3 技術(shù)措施

3.1 篩選無(wú)色聚合物類(lèi)處理劑［2］

根據(jù)聚磺有機(jī)硅體系中主要處理劑的功用，基本分為降濾失劑和封堵防塌劑，在現(xiàn)有處理劑中進(jìn)行聚合物類(lèi)處理劑的篩選，降濾失劑確定為改性淀粉和低黏聚陰離子纖維素，封堵防塌劑確定為超細(xì)鈣、石蠟和聚合醇，高黏聚陰離子纖維素為提粘劑，生物聚合物為提切劑，銨鹽和少量有機(jī)硅為流型調(diào)節(jié)劑。

3.2 提高鉆井液抑制能力

造漿地層加大抑制劑用量以及優(yōu)化抑制劑的復(fù)配，嚴(yán)格控制搬含快速上漲，不造漿地層繼續(xù)保持抑制劑含量，盡量控制住搬含快速上漲，聚磺有機(jī)硅體系本質(zhì)上屬于分散體系，弱化了鉆井液的抑制能力，不利于搬含控制，環(huán)保鉆井液體系本質(zhì)上應(yīng)該保持聚合物強(qiáng)抑制不分散的特性和屬性，利于搬含控制。

3.3 提高鉆井液的護(hù)膠能力

加入聚陰離子纖維素可大大提高鉆井液的護(hù)膠能力，強(qiáng)力護(hù)膠可以很大程度上改善鉆井液在高溫下的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，高溫高壓濾失量也可以得到很好控制，聚合物良好的觸變性可以大大改善鉆井液長(zhǎng)時(shí)間靜止后終切大、開(kāi)泵難的問(wèn)題，聚合物的加入還能改善泥餅質(zhì)量，降低磨阻，提高潤(rùn)滑性能。

3.4 強(qiáng)化固控設(shè)備的使用

振動(dòng)篩使用目數(shù)由80~100目提高至120~150目，加強(qiáng)離心機(jī)的使用時(shí)間和優(yōu)化離心機(jī)的使用時(shí)機(jī)，通過(guò)強(qiáng)化固控設(shè)備的使用，配合加大抑制劑用量，協(xié)同清除低密度固相，控制搬含維持在較低水平，更容易發(fā)揮處理劑的作用，減少處理劑與固相顆粒吸附造成浪費(fèi)。

3.5 減少和控制稀釋劑加量

振動(dòng)篩使用目數(shù)由80~100目提高至120~150目，加強(qiáng)離心機(jī)的使用時(shí)間和優(yōu)化離心機(jī)的使用時(shí)機(jī)，通過(guò)強(qiáng)化固控設(shè)備的使用，配合加大抑制劑用量，協(xié)同清除低密度固相，控制搬含維持在較低水平，更容易發(fā)揮處理劑的作用，減少處理劑與固相顆粒吸附造成浪費(fèi)。

3.6 采用膠液維護(hù)處理工藝

所有聚合物類(lèi)處理劑全部配制成膠液進(jìn)行維護(hù)處理，可以更好地發(fā)揮處理劑作用，保證鉆井液性能的穩(wěn)定，避免了直接加入干粉對(duì)鉆井液粘切影響大、性能波動(dòng)大的問(wèn)題。同時(shí)，還可以減少處理劑的浪費(fèi)，有利于提高振動(dòng)篩使用目數(shù)，減少對(duì)定向儀器的堵塞影響儀器信號(hào)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)井曙2-02-14井，設(shè)計(jì)井深2 665 m，完鉆井深2 525 m，完井密度1.30 g/cm3，完井搬含90 g/L，最大井斜19°，全井鉆井液性能穩(wěn)定、優(yōu)良，井下施工安全，起下鉆順利，電測(cè)項(xiàng)目全部一次到底，施工效果良好。

4.1 施工情況對(duì)比

環(huán)保鉆井液體系完全能滿(mǎn)足井下安全施工的要求，與地層配伍良好，能很好地配合鉆井參數(shù)和工序，服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)異，有利于鉆井提速，完井期間性能穩(wěn)定，完井周期最短。

表1 同區(qū)塊不同體系施工情況對(duì)比

4.2 鉆井液性能參數(shù)對(duì)比

4.2.1 流變性對(duì)比［4］

從曙2-02-14、曙2-2-14和 曙2-02-16的n、K值曲線(xiàn)對(duì)比圖可以看出，1 500 m鉆穿館陶組后，環(huán)保鉆井液體系n值處于低值水平，K值處于高值水平，鉆井液懸浮攜砂性能好，井眼井化能力強(qiáng)。

圖1 三口井n值曲線(xiàn)

圖2 三口井K值曲線(xiàn)

4.2.2 濾失量對(duì)比

從三口井的濾失量對(duì)比曲線(xiàn)可以看出，環(huán)保鉆井液體系的濾失量比較適中，能滿(mǎn)足地層安全施工需要。

圖3 三口井濾失量曲線(xiàn)

4.2.3 搬含對(duì)比

從三口井的搬含曲線(xiàn)對(duì)比來(lái)看，環(huán)保鉆井液體系的搬含大幅下降，完井搬含由125 g/L下降至90 g/L，有利于體系性能的穩(wěn)定和降低維護(hù)處理難度。

圖4 三口井搬含曲線(xiàn)

4.3 井徑擴(kuò)大率對(duì)比

全井分為1#：0~1 000 m、2#：1 000~2 000 m和3#：2 000~完井三個(gè)井段的井徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，環(huán)保體系施工的曙2-02-14井在1 000~2 000 m和2 000以后的井徑擴(kuò)大率最大，在1 000 m以前井段井徑擴(kuò)大率較小，全井平均井徑擴(kuò)大率僅為8.6%，小于10%，井徑大小適中。

表2 同區(qū)塊不同體系施工情況對(duì)比

4.4 顏色氣味對(duì)比

環(huán)保鉆井液體系呈現(xiàn)乳白色或者淡黃色，沒(méi)有難聞的刺鼻氣味，聚磺有機(jī)硅鉆井液呈現(xiàn)亮黑色，高溫下有一種強(qiáng)烈的難聞刺鼻氣味，長(zhǎng)時(shí)間接觸有讓人喘不上氣、胸悶的感覺(jué)。

圖5 聚合物環(huán)保體系鉆井液

圖6 聚磺有機(jī)硅體系鉆井液

4.5 基本配方對(duì)比

聚磺有機(jī)硅體系配方中處理劑種類(lèi)多達(dá)24種，聚合物環(huán)保鉆井液體系中處理劑減少到12種，特別是降濾失劑由7種減少至2種，配方更簡(jiǎn)單，操作性更強(qiáng)，更有利于環(huán)保鉆井液體系的進(jìn)一步推廣。

該井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用基本配方為：土粉+燒堿+銨鹽+改性淀粉+PAC-LV+多元抑制劑+FA-367+PA C-HV+聚合醇+液體潤(rùn)滑劑+有機(jī)硅稀釋劑+重晶石。

4.6 稀釋劑加量對(duì)比

從對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，環(huán)保鉆井液體系的稀釋劑總加量最少，每次處理的加量也最少，說(shuō)明鉆井液性能趨于穩(wěn)定，波動(dòng)較小，加入處理劑對(duì)鉆井液性能影響較小。

表3 同區(qū)塊不同體系稀釋劑加量

4.7 生物毒性對(duì)比［3］

鉆井液的生物毒性檢測(cè)及等級(jí)判定按標(biāo)準(zhǔn)Q/SY111-2007規(guī)定進(jìn)行生物毒性檢測(cè)及判定。采用Modern Water公司的生物毒性檢測(cè)儀MicrotoxM500測(cè)定鉆井液的生物毒性，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4，評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表5。

表4 生物毒性檢測(cè)結(jié)果

表5 標(biāo)準(zhǔn)Q/SY111-2007中生物毒性指標(biāo)

5 結(jié) 論

般含得到有效控制，由平均120 g/L將至該井90 g/L；有機(jī)硅稀釋劑加量明顯減少，由平均口井3 t降至1.2 t；該體系抑制性和護(hù)膠能力強(qiáng)，般含低，性能趨于穩(wěn)定，處理次數(shù)減少，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，外排產(chǎn)生的廢棄液體更少，處理量減少，處理難度降低，更綠色；聚合物類(lèi)處理劑對(duì)人的傷害更小，對(duì)環(huán)境基本無(wú)毒害，更環(huán)保；高溫性能穩(wěn)定，井底泥漿返出后振動(dòng)篩不跑漿；聚合物觸變性好，終切合理，結(jié)構(gòu)力變小，高溫流動(dòng)性好；配方更簡(jiǎn)單、處理劑種類(lèi)大大減少，降低了施工難度和門(mén)檻，易于職工接受和推廣；環(huán)保鉆井液體系的般含低、泥餅薄，潤(rùn)滑性好；環(huán)保鉆井液體系比聚磺有機(jī)硅體系生物毒性更低。

［1］楊振杰. 環(huán)保鉆井液技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 鉆井液與完井液，2004，21（2）：39-42.

［2］佟芳芳，等. 環(huán)保型鉆井液應(yīng)用分析與發(fā)展方向[J]. 石油化學(xué)應(yīng)用，2012，31（11）：1-4.

［3］徐弘. 綠色鉆井液體系分析[J]. 油氣田環(huán)境保護(hù)，2011，21（6）：64-66.

［4］鄢捷年. 鉆井液工藝學(xué)[M]. 山東東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2001.

Application of Polymer Environmental Protection Drilling Fluid System in Shu2-02-14 Well

1,2

（1. CNPC Great Wall Drilling Engineering Co., Ltd.， Drilling Fluid Company, Liaoning Panjin 124000, China;2. CNPC Great Wall Drilling Engineering Co., Ltd.，Engineering Technology Research Institute, Liaoning Panjin 124000, China）

Various problems and defects in the long-term production of polysiloxane system commonly used in middle and deep wells in Liao River oil region were introduced, these problems and defects were difficult to be remedied and improved by technical means.In view of the various technical problems arising from polysulfonated organosilicon system and the strategic requirements of green development and environment-friendly drilling fluid, a polymer environment-friendly drilling fluid system was developed by the selection of polymer treatment agents, increasing the amount of inhibitors and controlling the amount of diluents. The drilling fluid system has strong inhibition, strong glue-protecting, low carrying capacity and excellent thixotropy, so the technical problems such as difficult control, poor rheological property at high temperature, poor stability, and the difficulty of pump operation caused by the strong structural force after a long period of rest have been solved, and the risks of underground construction have been reduced, the safety guarantee ability of drilling fluid has been improved, and the field operation effect is good.

Polysulfonated silicone; Defects; Polymer; Environmental protection

中國(guó)石油股份有限公司重大專(zhuān)項(xiàng)-遼河油田千萬(wàn)噸穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用“鉆采工程配套關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（2017E-1605）。

2019-10-17。

于盟（1986-），男，工程師，碩士，遼寧省盤(pán)錦市人，2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)，研究方向：從事鉆井液現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理工作。

TE 254

A

1004-0935（2020）05-0535-05