無黏土相鹽水儲層鉆開液體系構(gòu)建及其抗污染性能評價

田 進，張易航，許明標(biāo),2*，由福昌，王曉亮，倪超武

(1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心(長江大學(xué))，湖北 武漢430100；3.荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州 434000)

鉆開液作為石油生產(chǎn)開發(fā)前期最先與油氣層相接觸的工作液，其類型和性能直接關(guān)系到對油氣層的損害程度，因而構(gòu)建好一套能有效保護油氣層的鉆開液體系是做好保護油氣層工作的首要技術(shù)環(huán)節(jié)[1-3]。儲層類型及發(fā)育情況對鉆井液的選型及體系構(gòu)建起著至關(guān)重要的作用。碳酸鹽巖儲層工程地質(zhì)條件復(fù)雜，孔隙類型多樣、裂縫不同程度發(fā)育，宏觀-微觀多尺度結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)力敏感性強、裂縫動態(tài)寬度變化大、易突然開啟并伴隨大量新裂縫產(chǎn)生，引起災(zāi)變性漏失[4-5]。

伊拉克Missan油田(以下簡稱M油田)主要儲層為碳酸鹽巖儲層，應(yīng)力敏感性強[6],易漏失、易污染[7]，因此需要在不損傷儲層的基礎(chǔ)上實現(xiàn)安全高效鉆進。為迎合M油田儲層特性，同時考慮到水平井鉆進及裸眼完井相應(yīng)的技術(shù)要求，本工作針對M油田碳酸鹽巖儲層的特點，開展了以無黏土鹽水體系對含酸性氣體低滲碳酸鹽儲層保護型鉆開液技術(shù)研究，對于以M油田為例的低滲透碳酸鹽儲層段的安全快速鉆進、減少儲層傷害、提高油田開發(fā)效率有著十分重要的意義。

1 實驗部分

1.1 主要試劑及儀器

甲酸鈉，工業(yè)級，豐泰化工有限公司；氫氧化鈉，分析純，成都科龍有限公司；碳酸鈉，分析純，武漢天力化工股份有限公司；氯化鈉，分析純，武漢天力化工股份有限公司；氯化鉀，分析純，武漢吉業(yè)升化工有限公司；降失水劑STA、酸溶性暫堵劑Dua和Jqw、潤滑劑Lub-1,荊州嘉華科技有限公司。

本實驗所使用的的流型調(diào)節(jié)劑VIS-B是一類以天然聚合物經(jīng)過化學(xué)結(jié)構(gòu)改性而得到的聚合物復(fù)合產(chǎn)品。VIS-B在水基鉆井液中分子鏈逐漸伸展，所形成的游離態(tài)改性聚合物分子，其分子鏈間相互作用，相互纏繞，增加了聚合物分子有效水化半徑，強化其阻止游離基降解性基團的進攻，提高聚合物分子的穩(wěn)定性，使分子與分子之間的鏈接交聯(lián)強度增大，密度增加，強化聚合物的增黏性構(gòu)象和側(cè)鏈繞主鏈骨架反向纏繞的結(jié)構(gòu)，建立更好的氫鍵維系的棒狀雙螺旋結(jié)構(gòu)復(fù)合體。在淡水及海水鉆井液中能夠很好的維護鉆井液的膠體穩(wěn)定性，起到增黏提切的作用。該產(chǎn)品同時還具有一定的降低失水的作用。VIS-B增黏劑不同于常規(guī)的黃原膠，其主要作為非破膠鉆開液體系增黏劑用，易降解，進入地層后也能返排出來，具有較好的儲層保護作用。

XGRL-4A型高溫滾子加熱爐，青島海通達專用儀器廠；SD6多聯(lián)中壓濾失儀，沈陽泰格有限公司；MOD.ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計，青島海通達專用儀器廠；JJ-1型精密定時電動攪拌器，常州榮華儀器制造有限公司；FANN型極壓潤滑儀，美國FANN儀器廠；DJ-6型裂縫封堵模擬實驗裝置，荊州塔林機電有限公司。

1.2 實驗方法

考慮到本次目標(biāo)層段儲層敏感性強、井壁容易失穩(wěn)，且還存在受污染的可能性。因此，文章通過采用復(fù)配欠飽和鹽水(甲酸鈉、氯化鈉以及氯化鉀)以抑制黏土水化，提高對鈣、鎂離子抗性。此外，還通過采用改性淀粉降失水劑STA作為本次實驗的增黏型降失水劑、VIS-B作為流型調(diào)節(jié)劑，Lub-1作為潤滑劑，以及使用了Dua和Jqw酸溶性暫堵劑用于對儲層的保護，通過室內(nèi)研究確定了適合直井射孔完井的無黏土相鹽水儲層鉆井液體系，該體系的基本配方如下：

淡水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+16%NaCl+3%KCl+1.0%流型調(diào)節(jié)劑VIS-B+3%降失水劑STA+0.5%暫堵劑Dua+5%暫堵劑Jqw+1.5%潤滑劑Lub-1+40%HCOONa(1.28 g/cm3)

為了考察該套配方體系的具體性能，通過對主劑用量的篩查評測優(yōu)選出了最佳配方組成，并在此基礎(chǔ)上進行了針對低滲、高敏感性碳酸鹽巖儲層的鉆開液抗性評價實驗。本實驗鉆開液統(tǒng)一養(yǎng)護條件為120 ℃×16 h，性能測試溫度均為60 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 流型調(diào)節(jié)劑加量變化影響評價

經(jīng)過大量的篩選實驗和研究，本體系采用VIS-B作為流型調(diào)節(jié)劑，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，能夠有效地攜砂。VIS-B加量對體系性能的影響如表1所示。

表1 VIS-B加量變化影響

從表1可以看出，隨著VIS-B加量的增加，體系的黏度逐漸增加，當(dāng)加量達到1%時，體系熱滾后的低剪切速率黏度達到29 863 mPa·s，滿足水平井?dāng)y砂要求，因此選擇VIS-B的加量為1%。

2.2 降濾失劑加量變化影響評價

本體系選用的降濾失劑為可酸溶改性淀粉STA，該淀粉降濾失效果好，具有一定的抗溫性能，且可酸溶自然降解，符合環(huán)保要求。表2為STA加量變化對體系性能的影響。

表2 STA加量變化影響

從表2可以看出隨著降濾失劑的增加，體系的黏度雖然有所增加，但總體變化不大，體系的API失水隨著降濾失劑的增加而降低，綜合考慮，選擇降濾失劑的加量為3.0%。

2.3 潤滑劑加量對體系性能影響評價

在水平井鉆井過程中，從降低摩阻和扭矩等方面考慮，必須在鉆開液體系中對相應(yīng)的潤滑劑以及整體性能進行評價，以保證正常鉆進。在室內(nèi)研究過程中，選擇Lub-1作為體系潤滑劑，并對潤滑劑加量對鉆開液性能影響進行了評價，實驗結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，隨著Lub-1加量的增加，體系的潤滑系數(shù)呈較大幅度的下降，體系表現(xiàn)出優(yōu)良的潤滑性能，推薦Lube的加量為1%～2%。

表3 Lub-1加量變化對體系性能的影響

2.4 體系的抗溫性能評價

M油田目前主要的開發(fā)層位為Asmari和Mishrif儲層，由于儲層的埋藏深度不一，因此儲層溫度有一定的差異。室內(nèi)選取了不同的熱滾溫度，對鉆開液體系的耐溫性能進行了測試，實驗結(jié)果如表4所示。

表4 體系的抗溫性能評價

從表4可以看出，體系在130 ℃內(nèi)熱滾后，仍能保持較好的流變性能和濾失性能。

2.5 密度對體系性能的影響

儲層中由于存在著不同的壓力體系，因此鉆開液必須有不同密度的設(shè)計，以滿足地層不同壓力系數(shù)的要求。本鉆開液體系采用復(fù)合鹽水加重，通過調(diào)節(jié)鹽的加量來調(diào)節(jié)體系的密度。表5是不同密度下體系的性能。

由表5可知，通過對復(fù)配鹽水濃度的條件，可使得該鉆開液體系在1.10～1.28 g/cm3保持穩(wěn)定的綜合性能。

表5 不同密度體系性能

2.6 體系抗CaCl2污染能力評價

在鉆井過程中，鉆開液體系可能遭受CaCl2的侵污，為了考察體系抗CaCl2侵污能力，在體系中加入一定量的CaCl2，測定體系熱滾前后的性能變化。測試結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，隨著CaCl2用量的增加，體系的流變性能基本保持穩(wěn)定，在CaCl2加量在2.5%以內(nèi)時，體系具有較低的失水和較高的低剪切速率黏度，說明體系具有一定的抗CaCl2侵污能力。

2.7 體系抗MgCl2污染能力評價

為了考察體系抗MgCl2侵污能力，在體系中加入一定量的MgCl2，測定體系熱滾前后的性能變化。測試結(jié)果如表7所示。

表6 體系抗CaCl2污染能力評價

表7 體系抗MgCl2污染能力評價

從表7可以看出，體系中隨著MgCl2加量的增加，表現(xiàn)出一定的增稠現(xiàn)象，但總體流變性可控，說明體系具有較好的抗MgCl2侵污能力。

2.8 體系抗CaSO4污染能力評價

為了考察石膏的侵入對體系性能造成的影響，向體系中加入一定量的CaSO4，測定鉆開液在熱滾前和熱滾后性能的變化,結(jié)果如表8所示。

表8 體系抗CaSO4污染能力評價

從表8可以看出，隨著體系中CaSO4加量的增加，體系的失水呈下降趨勢，低剪切速率增加，體系總的黏度呈上升趨勢，但總的流變性參數(shù)變化不大，說明體系具有較好的抗石膏侵污能力。

2.9 體系抗鉆屑侵污能力評價

為同現(xiàn)場試驗更為緊密地結(jié)合，通過獲取目標(biāo)層段鉆屑并進行加量變化實驗，用以判定本實驗鉆開液體系抗巖屑污染能力，實驗結(jié)果如表9所示。

表9 不同鉆屑加量下對鉆開液體系性能的影響

由表9可知，該體系具有較好的抗鉆屑侵污能力，能有效低于15%加量下的鉆屑污染。

2.10 鉆井液的封堵性能

通常情況下，碳酸鹽巖儲層都含有一定的裂縫，為了有效封堵裂縫，將3%不同粒徑的碳酸鈣粉末加入到鉆井液體系中，然后測試其封堵性能。

測試結(jié)果如表10所示。從表10可見，對0.5 mm和1 mm寬度的裂縫，采用不同粒徑的CaCO3或者不同粒徑的CaCO3復(fù)配可以起到封堵的作用。

3 結(jié) 論

a.采用氯化鈉+甲酸鈉+氯化鉀復(fù)合結(jié)合使用，可使得該配方體系在密度1.10～1.28 g/cm3間穩(wěn)定可調(diào)，抗溫可達130 ℃，充分滿足M油田不同儲層段的需求。

b.VIS-B結(jié)合潤滑劑Lub-1協(xié)同使用時，體系具有較高的低剪切速率黏度和較好的潤滑性能，有效滿足水平井鉆進需求。

c.該體系具有較好的抗CaCl2、MgCl2、CaSO4及地層水污染的能力，且具有一定的儲層保護效果。

表10 鉆開液封堵性能測試