基于超分子化學的鉆井液新技術(shù)

蔣官澄, 王 凱, 賀垠博, 董騰飛, 羅緒武,, 趙 利, 吳義成

(1.油氣資源與探測國家重點實驗室(中國石油大學(北京)),北京 102249; 2.中國石油大學(北京)石油工程學院,北京 102249; 3.中國石油西部鉆探公司鉆井液分公司,新疆克拉瑪依 834009)

聚合物鉆井液在提高機械鉆速、減少井下復(fù)雜情況或事故等方面發(fā)揮了巨大作用,但仍存在剪切稀釋性不夠理想、極高剪切速率下的黏度偏高和鉆遇鹽水層時濾失量增加、黏切力先增加后下降等問題,影響“降本增效”目標的實現(xiàn)[1-4]。結(jié)合新興超分子化學[5-6]理論,研發(fā)具有特殊流變性的超分子處理劑和體系,能大幅增強鉆井液剪切稀釋性和抗污染能力、充分發(fā)揮噴射鉆井效率等。超分子化學是基于分子間非共價鍵相互作用而形成的分子聚集體的化學[7],這些分子間相互作用包括:靜電作用、氫鍵、金屬離子的配位鍵、π-π堆積作用、疏水作用等[8-10]。在鉆井液領(lǐng)域,化學物質(zhì)分子之間的非共價鍵相互作用也是普遍存在的,鉆井液的大多數(shù)性能往往需要兩種或多種處理劑的共同作用才能得以維持。充分利用鉆井液體系中的這種特性,可使鉆井液性能得到進一步提高。提高鉆井液剪切稀釋特性的常用方法是盡可能采用線性高分子聚合物處理劑,但高剪切速率(如鉆頭水眼處)可使分子鏈發(fā)生斷裂,破壞處理劑特性,且不可逆。但超分子鉆井液處理劑在高剪切速率下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被破壞后,在低剪切狀態(tài)下又會重新締合成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),該破壞是可逆的[11-12],也就是說,遭受剪切破壞后的處理劑,在流經(jīng)低剪切速率的環(huán)形空間時會重新組裝,黏切力增加、恢復(fù)攜帶巖屑和加重材料的能力,并可充分發(fā)揮噴射鉆井作用,提高鉆速。為提高鉆井液抗鹽污染能力,目前的應(yīng)對措施多是在聚合物分子鏈中引入強水化基團(如磺酸基團)來維持其在高鹽環(huán)境中的水化分散,以實現(xiàn)抗鹽性能[13-15]。但這種方法無法從根本上避免鹽水環(huán)境中電解質(zhì)離子對聚合物分子鏈上帶電基團的電荷屏蔽作用,抗鹽污染能力有限。具“鹽響應(yīng)”性的超分子聚集體,在鹽環(huán)境條件下可實現(xiàn)自組裝,分子鏈伸展,鉆井液黏切力增加,即“鹽促進了超分子鉆井液處理劑性能的發(fā)揮”,從根本上解決鉆井液抗鹽污染能力有限的難題[16]。利用超分子化學理論,使聚陰離子與聚陽離子之間在濃鹽水中通過靜電作用締合自組裝,將鹽水轉(zhuǎn)變成聚陰離子與聚陽離子聚集體的良溶劑,賀垠博等[17]探索了該組裝體系在無固相煤層氣鉆井液中的應(yīng)用。此外,基于超分子理論中電解質(zhì)離子(Na+和Cl-)與聚電解質(zhì)分子鏈上的陰、陽離子基團之間的靜電吸引作用,將“鹽”的不利影響轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣饔?將鉆井液處理劑與體系由“抗鹽”轉(zhuǎn)變?yōu)椤胞}響應(yīng)”,蔣官澄等[16]制備了鹽響應(yīng)型兩性離子聚合物,并探索了其在飽和鹽水鉆井液中的應(yīng)用。筆者基于研發(fā)的超分子提切劑和超分子降濾失劑,構(gòu)建超分子鉆井液體系,進一步深入探討其“鹽響應(yīng)”性和“自組裝”特點的流變性,以及儲層保護、抑制頁巖分散、抗溫、抗污染等性能,并結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用效果分析,闡述超分子鉆井液體系的優(yōu)越性。

1 實 驗

1.1 實驗儀器與試劑

實驗儀器:ZNN-6六速旋轉(zhuǎn)黏度計、GJS-B12K變頻高速攪拌機、BGRL-5滾子加熱爐、LHG-3陳化釜、42-2A高溫高壓失水儀、ZNG-3六聯(lián)中壓失水儀,均購于青島同春石油儀器有限公司;JHMD-Ⅱ高溫高壓巖心動態(tài)損害評價系統(tǒng),荊州市現(xiàn)代石油科技發(fā)展有限公司。

實驗材料:膨潤土,山東華濰膨潤土有限公司;NaOH、CaCl2、無水碳酸鈉及其他鉆井液處理劑均為工業(yè)級,購自北京石大博誠科技有限公司;重晶石,四川正蓉實業(yè)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 流變性能測試

按照石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5621-1993《鉆井液測試程序》利用六速旋轉(zhuǎn)黏度計來測算鉆井液的流變參數(shù),如表觀黏度(AV)、塑性黏度(PV)、動切力(YP)、動塑比(YP/PV)、初終切(Gel10″/10′)、6轉(zhuǎn)和3轉(zhuǎn)讀數(shù)(Φ6/Φ3)。

剪切恢復(fù)流變性能的測定:使用HAAKE流變儀(MARS60,Thermo Fisher Scientific,USA)對鉆井液的剪切恢復(fù)性能進行測定。從高應(yīng)變(100%應(yīng)變)至低應(yīng)變(0.1%應(yīng)變)進行了3個循環(huán)的剪切和恢復(fù),每一段剪切或恢復(fù)的時間均為3 min。

1.2.2 濾失性能評價

依據(jù)石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5621-1993《鉆井液測試程序》利用中壓失水儀和高溫高壓失水儀來測定中壓濾失量FLAPI,高溫高壓濾失量FLHTHP。

1.2.3 巖屑滾動回收率測定

將20 g頁巖巖屑(粒徑為2.0～3.2 mm)放置于老化罐中,然后向其中加入清水或鉆井液,并在120 ℃滾子爐中熱滾16 h,將老化罐取出冷卻后,過篩孔為0.45 mm的篩子,將留在篩網(wǎng)上的巖屑顆粒干燥至恒重,干燥后的巖屑質(zhì)量與初始巖屑質(zhì)量(20 g)的比值即為熱滾回收率。

1.2.4 儲層保護性能評價

依據(jù)SY/T 6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評價方法》評價鉆井液對人造巖心污染前后氣相滲透率的恢復(fù)值(污染后的滲透率占污染前的滲透率的比率)。

2 超分子鉆井液“鹽響應(yīng)”特性

2.1 超分子鉆井液體系的“鹽響應(yīng)”

為研究超分子鉆井液的“鹽響應(yīng)”特性,在超分子鉆井液0#和對比鉆井液0#中逐漸增加鹽(NaCl)的加量直至飽和,其流變和濾失性能如表1所示。隨著鹽質(zhì)量分數(shù)的增加,超分子鉆井液的黏度和動切力增加、濾失量減小,這是由于超分子提切劑和降濾失劑的分子鏈隨著溶液中鹽質(zhì)量分數(shù)的增加而逐漸伸展,從而起到增黏提切和降濾失的作用,表現(xiàn)出良好的“鹽響應(yīng)”特性。而對比鉆井液0#隨著鹽質(zhì)量分數(shù)的增加,鉆井液的黏度和切力下降、濾失量增加,導致鉆井液性能逐步惡化,這是因為電解質(zhì)離子對聚合物分子鏈的屏蔽作用隨著鹽質(zhì)量分數(shù)的升高而增強,使得對比鉆井液中的聚合物分子鏈由伸展狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轵榍鶾18],從而導致其失效,進而引起對比鉆井液流變及濾失性能的惡化。

表1 超分子鉆井液在不同鹽質(zhì)量分數(shù)下的流變及濾失性能

2.2 高鹽環(huán)境下超分子鉆井液體系性能

為適應(yīng)不同地層壓力下的鉆井需要,以超分子提切劑和降濾失劑為核心并輔以其他鉆井液處理劑,研發(fā)密度為1.3～2.0 g/cm3的超分子鉆井液體系(1#～4#)配方如表2所示,并以抗鹽降濾失劑和聚陰離子纖維素(PAC-LV)替代超分子提切劑和降濾失劑的5#鉆井液作為空白對照組。如表3所示,在高鹽環(huán)境下(30% NaCl),1#～4#超分子鉆井液在老化前后流變及濾失性能穩(wěn)定且良好,而對照組5#鉆井液在高溫老化后,黏度和切力降幅較大,并伴有部分重晶石沉淀,懸浮能力遠不如相同密度的3#超分子鉆井液,此外對照組5#鉆井液的濾失量也明顯多于3#超分子鉆井液。通過該對比可知，超分子提切劑和降濾失劑在超分子鉆井液體系中發(fā)揮著保持體系流變性能穩(wěn)定和控制濾失的獨特作用。

表2 超分子鉆井液體系配方

表3 超分子鉆井液體系流變及濾失性能

3 超分子鉆井液“自組裝”與剪切稀釋等流變特性

3.1 超分子鉆井液“自組裝”特性

鉆井液流經(jīng)高剪切速率的鉆頭水眼處,其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)遭受破壞后,在較低剪切速率的環(huán)空中通過“自組裝”恢復(fù)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力和速度,即剪切恢復(fù)性,是表征鉆井液攜帶與懸浮、井眼清潔、泥漿泵功率用于破碎巖石和提高鉆速能力的重要參數(shù)。筆者采用HAAKE流變儀測量鉆井液在高、低應(yīng)變轉(zhuǎn)變過程中彈性模量的變化情況來評價鉆井液的“自組裝”能力,即剪切恢復(fù)性能。彈性模量可反映鉆井液這種黏彈性流體中高分子聚合物之間或與膠體顆粒之間形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強度。鉆井液的彈性模量高,則表明其內(nèi)部形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強度大,更有利于懸浮和攜帶巖屑。

圖1為超分子鉆井液和另外兩種對比鉆井液在150 ℃高溫老化后,彈性模量在高、低應(yīng)變交替轉(zhuǎn)換下的變化情況。其中,對比鉆井液1#:2%膨潤土漿+0.3%PAC-LV+0.3%黃原膠+1%淀粉+3%封堵劑+3%KCl; 對比鉆井液2#:2%膨潤土漿+1%SMPFL(磺化酚醛樹脂)+2%KTF(抗溫降濾失劑)+2%SPNH(磺化褐煤樹脂)+3%封堵劑;超分子鉆井液:2%膨潤土漿+2.3%超分子降濾失劑+2%超分子提切劑+3%封堵劑+30%NaCl。從圖1可以看出,在高應(yīng)變(高剪切)條件下,3種鉆井液的彈性模量都低于0.2 Pa,表明其空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已被充分破壞。這是由于在高剪切作用力下,一方面聚合物與膠體顆粒之間的橋聯(lián)作用被破壞,另一方面聚合物分子鏈沿剪切方向產(chǎn)生流動取向,聚合物分子鏈之間由纏繞交織狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橼呌谘丶羟蟹较虻钠叫信挪级斐傻?。在高?yīng)變過程結(jié)束后,進入到低應(yīng)變(低剪切)狀態(tài)3種鉆井液的彈性模量都開始增長,表明其內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始恢復(fù)。其中對比鉆井液1#的彈性模量在3個低應(yīng)變條件下的增長都較為緩慢,且始終未達到一個穩(wěn)定值,表明其剪切恢復(fù)性能較差,即相對另外2組鉆井液而言,“自組裝”能力最差。對比鉆井液2#在第1個低應(yīng)變區(qū)中,彈性模量的增長過程較長,且未達到穩(wěn)定狀態(tài),其結(jié)構(gòu)恢復(fù)所需時間較長,在進入第2和第3低應(yīng)變區(qū)后,彈性模量在增長了一段時間之后開始趨于穩(wěn)定,表明其結(jié)構(gòu)恢復(fù)到一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)需要一段時間,也就是說“自組裝”能力較差。相比之下,在3個低應(yīng)變區(qū),超分子鉆井液的彈性模量都能迅速增長,且增長過程最短,彈性模量很快增長至趨于穩(wěn)定的狀態(tài),表明其在高應(yīng)變后結(jié)構(gòu)能夠快速恢復(fù),具有較強的“自組裝”能力。即使對比鉆井液2#在低剪切區(qū)的恢復(fù)過程中最終的彈性模量高于超分子鉆井液,但其恢復(fù)至相對穩(wěn)定的彈性模量所用時間較超分子鉆井液更長,表明對比鉆井液2#的恢復(fù)過程相對緩慢、結(jié)構(gòu)恢復(fù)或“自組裝”能力遠不及超分子鉆井液。

圖1 超分子鉆井液與常規(guī)聚合物鉆井液的剪切恢復(fù)性對比

3.2 超分子鉆井液的極限高剪切速率黏度和剪切稀釋等流變特性

利用卡森模型對超分子鉆井液的流變特性進行了評價和對比,計算出了極限高剪切速率黏度η∞、卡森動切力τc、剪切稀釋系數(shù)Im。其中極限高剪切黏度η∞可近似認為是鉆頭水眼處的黏度,該值越低越有利于破巖和提高機械鉆速;卡森動切力τc表示鉆井液內(nèi)部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強度,可反映鉆井液的攜巖及懸浮能力;剪切稀釋系數(shù)Im用來表征鉆井液剪切稀釋性的強弱,Im越大表明剪切稀釋性越強[19-20]。如表4所示,隨著鉆井液密度的增大,η∞和τc呈增加趨勢,這是由于高密度的鉆井液中的加重材料重晶石含量會顯著增加,重晶石顆粒之間及其與液相內(nèi)部之間的摩擦作用增強,從而導致η∞增加。此外,隨著鉆井液密度的增加,對鉆井液懸浮性能的要求隨之增加,從而τc表現(xiàn)出增加趨勢。

表4 超分子鉆井液的卡森流變參數(shù)

對比同一密度下(1.80 g/cm3),3#超分子鉆井液和5#(1)對照組的卡森流變參數(shù)可以發(fā)現(xiàn),在老化前后,3#超分子鉆井液的η∞都顯著低于5#(1)對照組,并且3#超分子鉆井液的卡森動切力Im和τc均高于5#(1)對照組,這表明超分子鉆井液不僅具有較低的極限高剪切黏度和較好的剪切稀釋性,有利于實現(xiàn)高的鉆頭水功率和提高噴射鉆井速度,而且具備較好的懸浮性能,可更好攜帶巖屑和清潔井眼[21-22]。

在不加重條件下,5#(2)對照組和1#超分子鉆井液在150 ℃高溫老化后,1#超分子鉆井液的τc略有減小,而5#(2)對照組的τc下降明顯,表明超分子鉆井液穩(wěn)定的懸浮能力;此外,5#(2)對照組的η∞明顯高于1#超分子鉆井液的η∞,而其Im也較超分子鉆井液低,表明超分子鉆井液有著較低的極限高剪切速率下的黏度η∞和更好的剪切稀釋性,鉆井液的η∞和τc已達到理想范圍(非加重鉆井液的η∞=2～6 mPa·s、τc=0.5～3 Pa),這是以前聚合物鉆井液難以實現(xiàn)的。

4 超分子鉆井液其他性能評價

4.1 超分子鉆井液抗溫性、抑制性和抗污染能力

為滿足復(fù)雜地層條件的鉆井需要,研制15%NaCl的超分子鉆井液體系,并根據(jù)現(xiàn)場鉆井過程中可能遇到的情況,對超分子鉆井液進行了抗溫,抗巖屑及其他抗污染性能的評價。

6#配方為4%土漿+0.2%NaOH+0.5%超分子提切劑+2%超分子降濾失劑+0.3%包被劑EB+3%碳酸鈣(6.5 μm)+2%封堵劑+15%NaCl+重晶石(ρ=1.55 g/cm3)。

7#配方為3%土漿+0.2%NaOH+0.8%超分子提切劑+3%超分子降濾失劑+0.3%包被劑EB+3%碳酸鈣(6.5 μm)+3%封堵劑+15%NaCl+重晶石(ρ=1.55 g/cm3)。

4.1.1 抗溫性能

將6#和7#超分子鉆井液在高溫條件下熱滾不同時間,觀察其流變和濾失性能的變化情況,以此評價其抗溫性能。如表5所示,在經(jīng)歷了從16 h到72 h的熱滾后,6#超分子鉆井液的黏度、切力出現(xiàn)小幅下降,濾失量也略有增加,但其性能并未遭到破壞;7#超分子鉆井液的黏度、切力均未出現(xiàn)下降,并且濾失量沒有增大。對比6#和7#鉆井液可發(fā)現(xiàn),在一定范圍內(nèi)增加超分子處理劑的加量有利于提高體系抗溫性。

表5 超分子鉆井液的基本性能隨熱滾時間的變化

4.1.2 巖屑滾動回收率

超分子鉆井液和對比鉆井液以及清水的泥頁巖巖屑滾動回收率如圖2所示?？梢钥闯?超分子鉆井液的滾動回收率均超過90%,并且高于對比鉆井液1#和2#的滾動回收率76.28%和83.51%,遠高于清水的滾動回收率(2.92%)。此外熱滾回收后,超分子鉆井液中巖屑的顆粒狀態(tài)仍保持相對完整的形貌,也可反映出超分子鉆井液良好的抑制頁巖分散的性能。這是由于超分子鉆井液中的高鹽環(huán)境,產(chǎn)生了低的水活度,從而賦予其良好的抑制性能[23]。

圖2 巖屑滾動回收率對比

4.1.3 抗污染性能

表6模擬了現(xiàn)場出現(xiàn)的一些污染情況,并列出了6#超分子鉆井液與對比鉆井液2#在同一密度下污染前后的流變及濾失性能。

表6 超分子鉆井液抗污染性能評價

在10%的膨潤土污染后,6#超分子鉆井液表觀黏度略有增加,Φ6/Φ3讀數(shù)在老化后基本無明顯變化,表明10%的土侵并未造成超分子鉆井液流變性能的惡化;而對比鉆井液2#的表觀黏度大幅增加,老化之后表觀黏度只有小幅下降,表明其抗土侵性能有限。此外,在0.5%CaCl2污染后對比鉆井液2#的濾失量略有增加,3%NaHCO3污染后對比鉆井液2#的性能無明顯變化。在0.5%CaCl2和3%NaHCO3的污染后,超分子鉆井液的流變及濾失參數(shù)幾乎無明顯變化,表明超分子鉆井液良好的抗污染性能。

4.2 滲透率恢復(fù)值

鉆井液是與儲層接觸的第一個外來流體,如果鉆井液對儲層損害大,則嚴重影響油氣井產(chǎn)量,甚至“槍斃”儲層[24-26]。因此要求鉆井液同時具備良好的儲層保護性能,在鉆進過程中最大程度上減少對儲層的傷害,以最大程度提高單井產(chǎn)量和采收率[27-28]。筆者通過評價滲透率恢復(fù)值來反映超分子鉆井液體系的儲層保護性能,并選取了不同密度的2#、3#和4#鉆井液對巖心的滲透率恢復(fù)值進行評價,結(jié)果如7表所示。從表7可以看出,3個不同密度的超分子鉆井液的滲透率恢復(fù)值均大于90%,表現(xiàn)出良好的儲層保護性能。

表7 超分子鉆井液體系的滲透率恢復(fù)情況

5 超分子鉆井液作用機制

超分子鉆井液之所以在高鹽環(huán)境下依然能保持各項性能的穩(wěn)定,很重要的原因是其核心處理劑超分子提切劑和超分子降濾失劑,具備“鹽響應(yīng)”和“自組裝”特性。即超分子提切劑和降濾失劑的分子鏈在高鹽環(huán)境下能更好地伸展,從而在鉆井液中通過靜電作用相互締合形成一定的空間結(jié)構(gòu)[16],維持了高鹽環(huán)境下流變、濾失等性能的穩(wěn)定。此外,超分子鉆井液在高應(yīng)變條件下其內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)被拆散后,進入到低應(yīng)變環(huán)境中時,由于高鹽環(huán)境中電解質(zhì)離子能夠通過靜電作用迫使具備“鹽響應(yīng)”特征的超分子提切劑和降濾失劑的分子鏈重新伸展和組裝,因此該靜電作用加速了超分子鉆井液內(nèi)部空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,從而在高應(yīng)變剪切過后,超分子鉆井液的彈性模量迅速恢復(fù)到趨于穩(wěn)定的狀態(tài),表現(xiàn)出良好的“自組裝”和剪切恢復(fù)性能。

基于超分子化學理論,在充分利用分子間非共價鍵相互作用的情況下,筆者將高鹽這種不利因素轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣蛩?形成了超分子鉆井液體系。同時,超分子鉆井液利用高鹽環(huán)境中的電解質(zhì)離子(Na+和Cl-)與聚電解質(zhì)分子鏈上的陰、陽離子基團之間的靜電吸引作用,改善了其流變性,使其表現(xiàn)出剪切之后結(jié)構(gòu)迅速恢復(fù)的優(yōu)異性能,十分有利于高效攜巖和清潔井眼。

6 現(xiàn)場應(yīng)用效果

超分子鉆井液的優(yōu)越性已在新疆油田5口試驗井上得到成功驗證,這5口試驗井分別是5D2244、5D2215、TD77063、T77066和瑪湖046井。其中5D2244和5D2215井所在的五2區(qū)的吐谷魯和白堿灘組的泥巖易縮徑、阻卡,吐谷魯組的泥巖中夾有多個薄鹽膏層,西山窯和八道灣組的煤層易垮塌、掉塊;TD77063和T77066井所處的七中區(qū)中的三疊系易發(fā)生井漏,上下盤克拉瑪依組地層曾發(fā)生多次溢流和井漏;瑪湖046井所在的瑪湖1井區(qū)的白堊系和侏羅系有大段泥巖易產(chǎn)生縮徑和發(fā)生井下阻卡。

從圖3(a)～(e)可以看出,現(xiàn)場返出的巖屑棱角分明,且篩面光潔干凈,表明超分子鉆井液攜巖性能強,并且具有良好的抑制性能。此外,鉆井液在現(xiàn)場泥漿池中也呈現(xiàn)出良好的流動狀態(tài)(圖3(f))。

圖3 現(xiàn)場返出巖屑及泥漿池中鉆井液流動狀態(tài)

6.1 提高機械鉆速

超分子鉆井液應(yīng)用的試驗井與同一區(qū)塊的其他井相比,機械鉆速均有提高,如圖4所示,其中5D2244和5D2215井比五2區(qū)14口井的平均機械鉆速提高了1.08 m/h;TD77063井比七中區(qū)的9口定向井的平均機械鉆速提高了1.75 m/h;T77066井比七中區(qū)的8口直井的平均機械鉆速提高了1.59 m/h,表現(xiàn)出超分子鉆井液提速增效的良好性能。

圖4 平均機械鉆速對比

6.2 降低井徑擴大率

超分子鉆井液的高鹽環(huán)境,具有低的水活度,可有效減少鉆井液向地層的侵入。超分子鉆井液應(yīng)用的試驗井的油層段平均井徑擴大率與同區(qū)塊其他井相比均得到降低,如圖5所示,在五2區(qū)從5.9%降至4.0%,降低率達32.20%;七中區(qū)的定向井中從3.2%降到2.6%,降低率為18.75%;在七中區(qū)的直井中從2.57%降至2.1%,降低率為18.29%,表現(xiàn)出該體系良好的穩(wěn)定井壁的性能。

圖5 油層段井徑擴大率對比

6.3 減少井下復(fù)雜情況

表8中對比了使用超分子鉆井液體系的試驗井與同區(qū)塊鄰井的井下復(fù)雜情況時間。超分子鉆井液體系應(yīng)用的3口定向井和2口直井,累積進尺7 300 m,除T77066井發(fā)生短暫漏失外,其余井未出現(xiàn)復(fù)雜情況和事故,鉆井施工進展順利。這5口井累積施工時間為1 780 h,井下復(fù)雜情況時間僅為3.33 h,井下復(fù)雜率為0.19%,而同一區(qū)塊內(nèi)其他36口鄰井的井下復(fù)雜率為8.12%,與鄰井相比超分子鉆井液井下復(fù)雜情況的降低率為97.66%。

表8 井下復(fù)雜情況對比

7 結(jié) 論

(1)基于超分子化學理論,充分利用鹽水環(huán)境中電解質(zhì)離子(Na+和Cl-)與聚電解質(zhì)分子鏈上的陰、陽離子基團之間的靜電吸引作用,將“抗鹽”思路轉(zhuǎn)換為“鹽響應(yīng)”,形成以超分子提切劑和降濾失劑為核心的超分子鉆井液體系,該體系具有“鹽響應(yīng)和自組裝”特性,在高鹽環(huán)境中可保持剪切后結(jié)構(gòu)迅速恢復(fù)、低的極限高剪切速率黏度和良好的剪切稀釋性等流變特性,以及良好的降濾失性、儲層保護性能和抑制巖屑分散性能,同時具備良好的抗溫和抗污染性能。

(2)超分子鉆井液有良好的攜巖性能和抑制性能,不僅能夠減小井下復(fù)雜情況的發(fā)生、提高機械鉆速,還可防止井徑擴大的發(fā)生。

(3)超分子鉆井液在高鹽環(huán)境中表現(xiàn)出的優(yōu)異性能,為抗鹽聚合物的發(fā)展提供了新思路,同時也為鉆井液抗鈣、抗高溫等性能的進一步提升開辟了新方向。