抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的研制及其在英臺(tái)氣田的應(yīng)用

王永生，初光友，卜 平，鄭士權(quán)

(1.大慶鉆探工程公司鉆井工程服務(wù)公司，吉林 松原 138000;2.中海油服油化事業(yè)部市場營銷部，河北 燕郊 101149;3.中海油服油化事業(yè)部塘沽基地，天津 300452;4.大慶鉆探工程公司國際事業(yè)部，吉林 松原 138000)

松遼盆地南部英臺(tái)氣田是吉林省繼長嶺氣田后的又一大型火山巖氣田,但由于其埋藏深、滲透率低、地質(zhì)條件復(fù)雜、氣藏壓力系數(shù)低、地層可鉆性差且富含裂縫，給鉆井安全施工及儲(chǔ)層保護(hù)帶來了很大的困難[1]。

為了提高深層火山巖氣藏勘探水平與儲(chǔ)層保護(hù)水平、探索火山巖儲(chǔ)層保護(hù)途徑，室內(nèi)開展了深層火山巖儲(chǔ)層鉆完井一體化無粘土相甲酸鹽鉆完井液的研制工作，并在施工井深4200 m以上、裸眼井段1000 m以上、井底溫度150 ℃左右的條件下進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，為進(jìn)一步研究應(yīng)用無粘土相甲酸鹽鉆完井液技術(shù)、實(shí)現(xiàn)鉆完井液一體化、節(jié)約勘探成本奠定了基礎(chǔ)。

1 抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的作用機(jī)理

抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的研制是基于高溫情況下鉆完井液性能穩(wěn)定、井壁穩(wěn)定、油層保護(hù)三者良好統(tǒng)一的技術(shù)思路，改善高溫下流變性差、濾失大、處理成本高的弊病，具有優(yōu)良的應(yīng)用性能，對環(huán)境友好，能更大程度地避免現(xiàn)場復(fù)雜情況的發(fā)生，加快機(jī)械鉆速，提高油氣產(chǎn)量。

抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的核心處理劑為甲酸鹽，甲酸鹽溶解后，電離出無機(jī)陽離子，提高了鉆井液液相礦化度，減輕或避免了滲透水化，在無機(jī)陽離子的鑲嵌和靜電引力的雙重作用下，減少了水分子的進(jìn)入，從而起到防塌和抑制作用。同時(shí)甲酸鹽還可降低鉆井液中自由水的活度，使地層水向井眼反向滲透，促進(jìn)井壁穩(wěn)定，甲酸根HCOO-通過氫鍵吸附于粘土表面，增加水化膜厚度，防止粘土進(jìn)一步水化，使鉆完井液保持良好的流變性和穩(wěn)定性[2]。

為了保護(hù)儲(chǔ)層，鉆完井液中添加了新型改性聚合醇類無熒光油層保護(hù)劑，其主要成分是一種非離子型飽和碳鏈聚合物，由于分子主鏈全部為碳原子、側(cè)鏈大多為羥基，因此可以在醇分子和粘土顆粒間形成大量氫鍵，對粘土顆粒具有較好的吸附成膜作用[3]；同時(shí)由于聚合醇具有濁點(diǎn)效應(yīng)，在溫度高于濁點(diǎn)時(shí)，呈現(xiàn)疏水特性，可吸附在鉆具和井壁上，形成類似油相的分子膜，從而改善鉆完井液的潤滑性能、提高泥餅質(zhì)量、阻止水分滲入地層，因此具有很好的防止泥頁巖水化分散、穩(wěn)定井壁作用，同時(shí)具有良好的潤滑性、抑制性與熱穩(wěn)定性[4]。

2 抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的室內(nèi)研制

2.1 增粘劑的優(yōu)選與評(píng)價(jià)

室內(nèi)研究對比了幾種增粘劑在20%甲酸鹽水溶液的抗溫及抗鹽能力，結(jié)果見表1。

表1 幾種增粘劑的抗溫及抗鹽能力對比

由表1可以看出，常用的增粘劑如天然高分子類增粘劑HEC和CMC、常規(guī)的聚丙烯酰胺類增粘劑80A51以及進(jìn)口的抗高溫增粘劑LOSS在20%甲酸鹽水溶液中的抗溫能力均較差，而室內(nèi)研制的增粘劑DKZ-1具有較好的抗溫及抗鹽能力。

2.2 降濾失劑的優(yōu)選與評(píng)價(jià)

采用抗高溫單體經(jīng)四元聚合，室內(nèi)合成了DKDJ-Ⅱ降濾失劑，并與常用的幾種降濾失劑進(jìn)行對比，結(jié)果見表2。

表2 幾種降濾失劑的濾失量比較

由表2可以看出，使用自制的DKDJ-Ⅱ降濾失劑，在高溫高壓條件下的濾失量最低。因此，選擇DKDJ-Ⅱ作為降濾失劑。

2.3 抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的構(gòu)建

鉆井液體系的相對簡單化是高溫高壓鉆井液的發(fā)展趨勢。因此在優(yōu)化體系性能的同時(shí)，盡量簡化體系組成，通過大量實(shí)驗(yàn)，確定抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系配方如下：淡水+40%甲酸鹽+0.5%增粘劑DKZ-I+4%降濾失劑DKDJ-Ⅱ+2.5%DKDB油層保護(hù)劑。

2.4 抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的性能評(píng)價(jià)

2.4.1 抗溫性能評(píng)價(jià)

對構(gòu)建的抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系的抗溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表3。

表3 抗溫性能評(píng)價(jià)

由表3可以看出，抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系具有良好的抗溫性能，在120～180 ℃范圍內(nèi)，鉆完井液流變性及濾失量變化不大。

2.4.2 抑制性能評(píng)價(jià)

對構(gòu)建的抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液、KCl聚合物鉆井液、有機(jī)硅鉆井液和清水的抑制性能進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。

表4 抑制性能評(píng)價(jià)

由表4可以看出，相同實(shí)驗(yàn)條件下，抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的滾動(dòng)回收率最高，表明其抑制性能最好。

2.4.3 儲(chǔ)層保護(hù)性能評(píng)價(jià)

按照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》，采用JHDS高溫高壓動(dòng)失水儀模擬井下條件以及切片法對抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系的儲(chǔ)層保護(hù)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表5。

表5 儲(chǔ)層保護(hù)性能評(píng)價(jià)

由表5可以看出，優(yōu)選的抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系具有很好的儲(chǔ)層保護(hù)性能。污染后巖心的滲透率恢復(fù)值達(dá)到84.6%，且污染程度很輕，經(jīng)切片0.5 cm后滲透率恢復(fù)值達(dá)到95.3%。

2.5 抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的現(xiàn)場應(yīng)用

將研制的抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液應(yīng)用于大慶油田2口水平井以及1口深層氣井，結(jié)果見表6。

由表6可知，研制的抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系具有良好的流變性、井壁穩(wěn)定性、潤滑性，同時(shí)還具有優(yōu)良的儲(chǔ)層保護(hù)性能。

3 結(jié)論

研制了抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系，并將其應(yīng)用于英臺(tái)氣田。結(jié)果表明，該鉆完井液體系具有良好的抗高溫性、流變性、井壁穩(wěn)定性、潤滑性及優(yōu)良的抑制性能和儲(chǔ)層保護(hù)性能，為實(shí)現(xiàn)鉆完井液一體化、節(jié)約勘探成本奠定了基礎(chǔ)。

表6 現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].東營：石油大學(xué)出版社，2001：40-43.

[2] 李忠誠.英臺(tái)氣田龍深1區(qū)塊火山巖相與儲(chǔ)集性關(guān)系研究[J].天然氣勘探與開發(fā)，2010，33(4)：15-17.

[3] Headley J A，Walker T O，Jenkins R M.Environmental safe water-based drilling fluid to replace oil-based muds for shale stabilization[J].SPE/IADC,29404，1995.

[4] Simpson J P，Walker T O，Jiang G Z.Environmentally acceptable water-based mud can prevent shale hydration and maintain borehole stability[J].SPE Drilling & Completion，1995,10(4)：242-249.