無固相鉆井液技術現狀及發(fā)展趨勢

曾佳，程慧君

無固相鉆井液技術現狀及發(fā)展趨勢

曾佳1，程慧君2

（1. 荊州學院， 湖北 荊州 434020； 2. 湖北特種設備檢驗檢測研究院荊州分院，湖北 荊州 434000）

無固相鉆井液具有優(yōu)異的儲層保護性能，在油氣田水平井鉆井中應用廣泛，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ乃@井液技術。無固相鉆井液的處理劑類型和技術特點與適用范圍息息相關。綜述了無固相鉆井液技術現狀，包括儲層特征、完井方式對無固相鉆井液性能的要求，分析了無固相處理劑類型特點與發(fā)展歷程，展望了無固相鉆井液技術發(fā)展趨勢。

無固相；鉆井液；儲層保護；完井方式

隨著石油天然氣工業(yè)的發(fā)展，為獲得更大的滲流面積，水平井開發(fā)方式已成為一種常見模式[1]，水平井鉆井作業(yè)通常在儲層中穿行幾百甚至幾千米，這樣能夠使油層完全裸漏，提高單井產能。鉆井液在水平井裸眼儲層中穿行將勢必造成儲層傷害，如何保護儲層是水平井鉆井液面臨的重要技術難題。傳統(tǒng)的鉆井液往往采用膨潤土配漿以及重晶石或碳酸鈣加重，這些固相顆粒一旦侵入儲層，勢必會造成儲層孔喉堵塞，影響油氣產能[2]，無固相鉆井液是解決水平井儲層保護的一項重要鉆井液技術。無固相鉆井液是不含膨潤土及重晶石等固相，以高分子聚合物及可溶鹽為主要添加劑的一種鉆井液，可避免固相對儲層的傷害[3]，在絕大多數水平井儲層鉆井中得到應用。本文將對無固相鉆井液的適用范圍、處理劑類型、體系特點、儲層保護性能及發(fā)展趨勢進行調研與分析。

1 無固相鉆井液技術概述

儲層保護技術是一個系統(tǒng)工程，涉及地質、鉆井、鉆井液、固井、完井等專業(yè)[4]，而鉆井液是油氣井建井最重要的一種流體，從鉆開儲層的那一刻起，鉆井液作為與儲層第一個直接接觸的流體，其儲層保護性能決定著整個油藏能否實現經濟有效開發(fā)[5]。

無固相鉆井液是一種以儲層保護為目的的水基鉆井液，該體系是在聚合物水基鉆井液基礎上不斷演變而來的，剔除膨潤土與重晶石等固相顆粒，以減少儲層傷害，并不斷結合地層特點與井身結構設計優(yōu)化體系配方與性能。無固相鉆井液組成主要以流型調節(jié)劑、降濾失劑、可溶鹽加重劑三大類為主[6]，并為滿足鉆井要求再輔以抑制劑、暫堵劑等功能性材料。近年來，國內外無固相鉆井液發(fā)展迅速，旨在解決復雜油藏，尤其是裂縫性油藏的儲層保護問題。無固相鉆井液是保護儲層的一項重要技術，其應用主要與儲層類型、井身結構、完井方式相結合，著重解決鉆井及完井過程中的儲層鉆井及儲層保護問題[7]。

1.1 儲層特征對鉆井液的要求

常規(guī)油氣藏開發(fā)概率越來越小，低滲油氣藏和碳酸鹽巖油藏是未來油氣上產的重要儲層，我國低滲油氣藏儲量占油氣資源的40%以上，而碳酸鹽巖油藏蘊含著世界上60%以上的剩余地質儲量[8]。這兩類油藏對儲層保護的要求均較高，尤其是碳酸鹽巖油藏裂縫普遍發(fā)育，鉆井液會沿裂縫的延伸方向侵入儲層，侵入深度越大，儲層傷害就越大，如采用傳統(tǒng)有固相鉆井液，將不可避免地造成永久性傷害，即便是后期采用酸化等增產措施，也很難解除[9]。

1.2 完井方式對鉆井液的要求

鉆完井作業(yè)是油氣開采的重要作業(yè)過程，完井方式是油氣層開采的重要方式，主要有套管射孔完井、裸眼完井、裸眼篩管(割縫管、礫石充填等)完井等[10]，與鉆井液儲層保護相關的完井方式主要可以分為兩大類，即廣義的射孔完井與裸眼完井。

1.2.1 射孔完井

射孔完井是油氣田開發(fā)最廣泛的一種完井方法，早期的射孔方法由于射程短[11]，以及射孔液技術不完善，會對儲層造成一定的傷害；近年來，隨著射孔工藝與射孔液技術的不斷進步與完善，已基本解決了射孔完井條件下的儲層傷害問題[12]。即反過來看，傳統(tǒng)的有固相鉆井液技術在射孔完井的條件下，其儲層傷害已被降至較低的水平，儲層傷害影響較大的流體是射孔液。

1.2.2 裸眼完井

不管是純裸眼完井，還是裸眼篩管或裸眼割縫管，甚至裸眼礫石充填完井等完井方式，從鉆井液對儲層傷害的影響角度來看，都可以廣義的認為是裸眼完井，即鉆井液在鉆開儲層后，會直接接觸儲層，對儲層造成傷害，尤其是傳統(tǒng)的有固相鉆井液會造成固相、液相等傷害，即便是后續(xù)再通過完井液或酸化等措施，都難以解除傷害。無固相鉆井液技術在裸眼完井條件下，能夠有效地保護儲層，提高產能。

2 無固相鉆井液技術研究現狀

2.1 無固相鉆井液處理劑

無固相鉆井液處理劑主要有流型調節(jié)劑、降濾失劑、可溶鹽加重劑三大類，并依據地質特點、物性特征以及井身結構輔以抑制劑、潤滑劑以及防水鎖劑等專有功能性處理劑組成[13]。根據處理劑選用類型，可將無固相鉆井液劃分為傳統(tǒng)無固相鉆井液、無固相弱凝膠鉆井液、抗高溫無固相聚合物鉆井液幾種類型。

2.1.1 流型調節(jié)劑

無固相鉆井液與傳統(tǒng)鉆井液最大的差異即無造漿用膨潤土，如需調節(jié)鉆井液流變性能，只能依靠流型調節(jié)劑或增黏劑來控制[14]，常見的流型調節(jié)劑或增黏劑主要有生物聚合物黃原膠，天然聚合物胍膠、田菁膠、香豆膠、魔芋膠等，纖維素類如高黏聚陰離子纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羧甲基纖維素等，合成聚合物類如聚丙烯酸鉀、AA/AM/AMPS等多元共聚物、聚丙烯酰胺等。

2.1.2 降濾失劑

無固相鉆井液降濾失劑與傳統(tǒng)水基鉆井液降濾失劑區(qū)別較小[15]，常見的降濾失劑主要有改性淀粉類如羧甲基改性淀粉、羥丙基改性淀粉、陽離子改性淀粉等，纖維素類如低黏聚陰離子纖維素、低黏羧甲基纖維素等，磺化類如磺化酚醛樹脂、磺化褐煤、磺化褐煤樹脂、磺化瀝青等，聚合物類如AA/AM/AMPS等多元共聚物等。

2.1.3 可溶鹽加重劑

無固相鉆井液需要提高密度，主要依靠可溶鹽溶于水來提高密度，以避免固相加重材料對儲層傷害，常見的可溶鹽加重劑有無機鹽類如氯化物、溴化物、磷酸鹽等，有機鹽類如甲酸鹽等，常用的主要為氯化鈉和氯化鉀，密度一般為1.16～1.20 g·cm-3，甲酸鈉密度可達1.30 g·cm-3，甲酸鉀密度可達1.59 g·cm-3，甲酸銫密度最高可達2.3 g·cm-3，一般來講，氯化鈉和氯化鉀以及甲酸鈉和甲酸鉀基本能夠解決絕大多數儲層無固相鉆井液的需求，且成本也相對較低[16]。

2.2 傳統(tǒng)無固相鉆井液

以傳統(tǒng)流型調節(jié)劑、降濾失劑為主要處理劑的無固相鉆井液通常稱之為傳統(tǒng)無固相鉆井液，其主要特點為處理劑采用傳統(tǒng)的纖維素類增黏及降濾失材料，傳統(tǒng)的聚丙烯酸鉀、聚丙烯酰胺、兩性離子聚合物為包被劑以及磺化材料為降濾失劑，此類鉆井液主要解決的是鉆井工程中遇到的泥巖造漿嚴重、井壁坍塌等工程問題，因其在射孔完井的鉆井過程中應用，儲層保護要求略低。

王向陽[17]采用無固相 KCl 聚合物鉆井液體系在伊拉克魯邁拉油田應用中，主要解決了該油田地層三開中存在的易坍塌、摩阻大、下套管遇阻等難題，并形成了以纖維素、磺化瀝青輔以氯化鈉和氯化鉀的無固相聚合物鉆井液，該體系具有較好的耐泥巖污染能力、潤滑防卡性能、井壁穩(wěn)定性能，很好地解決了該油田所遇到的難題。肖俊峰[18]采用類似體系在安棚油田鉆井過程中同樣解決了鉆井液流變性控制及井壁穩(wěn)定問題。蔣官澄等[19]研究的低密度無固相海水鉆井液在南海西部D氣田的應用結果表明，以傳統(tǒng)氯化鉀聚合物鉆井液體系改造為無固相鉆井液體系后，提高了鉆井液體系的耐污染性能，有效抑制了泥包卡鉆，井漏等井下事故的發(fā)生。

2.3 無固相弱凝膠鉆井液

無固相弱凝膠鉆井液是以生物聚合物為主要流型調節(jié)劑，輔以改性淀粉降濾失劑的一類具有弱凝膠特點的無固相鉆井液，該鉆井液體系具有較高的低剪切速率黏度，可以滿足水平井攜巖的要求，更是利用其低剪切速率黏度在地層孔隙中減緩鉆井液侵入，從而保護儲層，經過多年發(fā)展已形成一系列成熟用于裸眼完井的無固相鉆井液技術。

馬美娜[20]、許明標[21]等利用天然高分子聚合物及改性淀粉建立了無固相弱凝膠鉆井液體系，該體系能夠快速形成弱凝膠，具有較好的攜砂性能、抑制性能以及儲層保護性能。韋紅術[22]、張偉國[23]等在早期無固相弱凝膠鉆井液體系基礎上，研究了一種泥餅可液化及直接返排的無固相弱凝膠鉆井液體系，實現了材料可液化，減少了破膠完井工藝，更是對低剪切速率黏度的合理范圍進行了分析，并對比了在射孔完井與裸眼完井條件下，不同類型鉆井液體系的儲層保護性能，結果表明，裸眼完井條件下，傳統(tǒng)無固相和有固相鉆井液滲透率恢復率較低，需要破膠等增產完井工藝解除傷害，而可液化和直接返排無固相鉆井液能夠在裸眼完井條件下，達到較好的儲層保護效果。向雄等[24]研究的無固相弱凝膠鉆井液體系在南海西部L氣田應用表明，該體系具有較好的抗污染性能及降低井下ECD的特點，且儲層保護效果好，在裸眼完井的條件下，產能均超配產，解決了超淺層氣田水平井鉆井的技術難題。

2.4 抗高溫無固相聚合物鉆井液

無固相弱凝膠鉆井液由于采用的全部為生物聚合物或天然聚合物，其耐溫能力有限，往往溫度高于150 ℃后，鉆井液流變性能、濾失性能難以得到保證，因此在此基礎上發(fā)展而來的抗高溫無固相聚合物鉆井液，其主要采用人工合成的多元共聚物為增黏劑及降濾失劑，以滿足抗高溫的要求。張耀元等[25]以疏水締合聚合物為主，研發(fā)了抗高溫疏水締合聚合物無固相鉆井液，該鉆井液經160 ℃的高溫后仍具有較好的流變性、濾失造壁性和懸浮穩(wěn)定性，在DF1-1氣田３口井進行了現場試驗，解決了長裸眼水平井井壁穩(wěn)定、井眼凈化和儲層保護等問題，鉆井過程正常，完井管柱和生產管柱下入順利。謝彬強等[26]合成的超高溫聚合物增黏劑SDKP具有良好的增黏性和熱穩(wěn)定性，能有效提高無固相鉆井液的黏度，在淡水、鹽水無固相鉆井液中的抗溫能力達180 ℃，在馬古-H117水平井現場應用中發(fā)揮了良好的抗溫增黏作用，作業(yè)井段安全順利。

3 無固相鉆井液技術發(fā)展趨勢

油氣勘探開發(fā)在向著低滲、裂縫性儲層，井身結構向著長水平井發(fā)展，以求最大產能釋放，儲層保護就顯得尤為重要，無固相鉆井液體系作為裸眼完井和裂縫性儲層的保護儲層的鉆井液技術發(fā)展迅速，未來必將得到更多的研究與應用，而目前該鉆井液技術的發(fā)展趨勢主要有幾個方面。一是朝著環(huán)保型發(fā)展，隨著國家環(huán)保法規(guī)越來越嚴，早期傳統(tǒng)的鉆井液處理劑已無法滿足環(huán)保的要求，這也促使無固相鉆井液朝著環(huán)保發(fā)展；二是朝著抗高溫發(fā)展，雖然上述介紹了一些抗高溫無固相鉆井液技術，但目前國內較多的高溫油氣田仍然無法得到廣泛應用，主要是抗高溫無固相鉆井液仍不成熟，在聚合物處理劑及耐溫等方面仍然需要研究攻關；三是朝著可降解發(fā)展，無固相鉆井液最主要是解決儲層保護問題的，該體系的后期完井如何處理，如有些體系需要破膠處理才能獲得較好的儲層保護性能，如能夠開發(fā)一種可控時間降解的無固相鉆井液，將能夠解決裸眼完井儲層保護問題，尤其是裂縫性儲層鉆井液漏失后的儲層保護問題。

［1］周朝,趙旭,姚志良，等.底水氣藏水平井AICD控水完井技術優(yōu)化[J].新疆石油地質,2020,41(04):444-449.

［2］魏裕森,熊友明,周書勝.海上油氣田智能破膠完井液體系[J].鉆井液與完井液,2021,38(02):226-230.

［3］張世攀,張易航,趙海存,等.M油田水平井高密度鹽水鉆井液體系構建及綜合性能評價[J].精細石油化工,2020,37(04):6-12.

［4］李中,謝仁軍,吳怡,等.中國海洋油氣鉆完井技術的進展與展望[J].天然氣工業(yè),2021,41(08):178-185.

［5］韓韶朋. 大港棗園油田中高滲儲層保護鉆井液研究[D].中國石油大學(北京),2019.

［6］段何玉,張榮軍.無固相鉆井液研究進展[J].石油化工應用,2021,40(08):21-25.

［7］彭會新.新型無土相環(huán)保鉆井液技術研究與應用[J].遼寧化工,2021,50(01):116-118.

［8］于魏銘.分形幾何在儲層微觀非均質性研究中的運用[J].云南化工,2017,44(12):41-42.

［9］張延鶴. 無固相甲酸鹽鉆井液體系在龍深區(qū)塊的研究與應用[D].東北石油大學,2017.

［10］江華,韋紅術,張俊斌.雙向洗井裝置在恩平油田的應用[J].長江大學學報(自科版),2018,15(13):87-90.

［11］魏然,劉成杰.BZ34-5油田復雜地層低效井治理工藝技術[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2019,46(06):47-52.

［12］侯祥麗,鄧璐.石油低滲透儲層安全損害評價方法[J].能源與環(huán)保,2021,43(09):142-148.

［13］徐明磊,佟樂,楊雙春,等.環(huán)保型耐高溫無固相鉆井液體系研究進展[J].應用化工,2020,49(08):2063-2067.

［14］謝彬強,邱正松,鄭力會.水基鉆井液用抗高溫聚合物增黏劑的研制及作用機理[J].西安石油大學學報(自然科學版),2016,31(01):96-102.

［15］張紅偉. 耐溫耐鹽系鉆井液降濾失劑和抑制劑的研制與應用[D].河北科技大學,2018.

［16］苗錦翔. 氯化鈣加重壓裂液室內實驗和性能研究[D].中國地質大學(北京),2020.

［17］王向陽.無固相KCl聚合物鉆井液體系在伊拉克魯邁拉油田的應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2015,42(09):46-48.

［18］肖俊峰,李振杰,劉中信.無固相鉆井液技術在安棚油田的應用[J].鉆井液與完井液,2002(06):82-84.

［19］蔣官澄,張峰,吳江,等.低密度無固相海水鉆井液在南海西部D氣田的應用[J].鉆井液與完井液,2018,35(05):61-66.

［20］馬美娜,許明標.一種PRD鉆井液性能評價[J].天然氣勘探與開發(fā),2006(02):53-55.

［21］許明標,馬雙政,韓金芳,等.抗高溫無固相弱凝膠鉆井液體系研究[J].油田化學,2012,29(02):142-145.

［22］韋紅術, 張俊斌, 張偉國, 等. 泥餅可液化處理的UltraFLO鉆井完井液[J].鉆井液與完井液,2015,32(04):37-39.

［23］張偉國,許明標,由福昌.直接返排鉆井完井液儲層保護機理分析[J].鉆井液與完井液,2017,34(01):87-91.

［24］向雄,楊洪烈,劉喜亮,等.南海西部超淺層氣田水平井EZFLOW無固相弱凝膠鉆井液研究與應用[J].石油鉆探技術,2018,46(02):38-43.

［25］張耀元,馬雙政,王冠翔,等.抗高溫疏水締合聚合物無固相鉆井液研究及現場試驗[J].石油鉆探技術,2016,44(06):60-66.

［26］謝彬強,邱正松.無固相鉆井液超高溫增黏劑SDKP的結構、性能及應用[J].油田化學,2014,31(04):481-487.

Research Status and Developing Trends of Solid Free Drilling Fluid

1,2

（1. Jingzhou College, Jingzhou Hubei 434020, China;2. Hubei Special Equipment Inspection and Testing Institute Jingzhou Branch, Jingzhou Hubei 434000, China）

In order to protect reservoir, solid free drilling fluid is widely used in horizontal well drilling in oil and gas fields. It is a water-based drilling fluid technology with great development potential. The scopes of application are closely related to the types and technical characteristics of solid-free drilling fluid treatment agents. In this paper, the current situation of solid-free drilling fluid technology was summarized, including the reservoir characteristics,requirements of well completion methods on the performance of solid-free drilling fluid. The characteristics types and development process of solid-free treatment agents were analyzed. Finally, the development trend of solid-free drilling fluid technology was prospected.

Solid free; Drilling fluid; Reservoir protection; Well completion

湖北省教育廳科學研究計劃指導性項目（項目編號：B2021431）; 長江大學工程技術學院基金 (項目編號：2021KY03)。

2021-11-07

曾佳（1982-），女，碩士，講師，四川內江人，研究方向：油氣田開發(fā)儲層保護技術。E-mail：zj120519@126.com。

TE254

A

1004-0935（2022）03-0388-04