環(huán)保型欠平衡水平井可循環(huán)泡沫鉆井液的研究與應用

趙曉竹（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院）

環(huán)保型欠平衡水平井可循環(huán)泡沫鉆井液的研究與應用

趙曉竹（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院）

欠平衡鉆井工藝及水平井鉆井工藝在提高采收率、節(jié)約鉆井成本和保護油氣藏等方面具有顯著的優(yōu)勢。開展了環(huán)保型欠平衡水平井可循環(huán)泡沫鉆井液研究，室內(nèi)篩選了發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、抑制劑，研制了適合欠平衡泡沫水平井鉆進的環(huán)保型可循環(huán)霧化泡沫鉆井液配方，并對其抑制性、抗污染能力（抗巖屑、抗地層水、抗油）進行了實驗研究。在現(xiàn)場應用過程中，通過優(yōu)選配方及合理的優(yōu)化鉆井參數(shù)及鉆井工藝，實現(xiàn)泡沫可回收利用，提高泡沫鉆井液的環(huán)保性；同時實現(xiàn)泡沫水平段鉆進，打開了儲層，確保了地質(zhì)錄井及時發(fā)現(xiàn)儲層，在環(huán)保的同時有效降低了鉆井成本。

欠平衡水平井可循環(huán)泡沫鉆井液環(huán)保保護儲層可回收

引言

目前許多石油公司、鉆井公司及服務公司都在尋求降低勘探開發(fā)費用、提高經(jīng)濟效益的方法和途徑［1-2］，油基鉆井液雖可用于儲層，但環(huán)保壓力較大，以降低鉆井成本和提高采收率為目的欠平衡水平井鉆井技術恰恰滿足了這方面的要求［2］。為將二者有效結合，同時，由于一次性泡沫及化學消泡在環(huán)保性及經(jīng)濟性方面存在不足，因此，開展了環(huán)保型欠平衡水平井可循環(huán)泡沫鉆井液研究。

泡沫鉆井液是以泡沫作為鉆井液的一種欠平衡鉆井技術，可顯著提高鉆速，及時發(fā)現(xiàn)并保護油氣層，提高采收率，特別適用于目前大量存在的低壓、低滲等難開發(fā)油氣藏［3］。泡沫鉆井過程中的一個重要環(huán)節(jié)是地面消泡。一次性鉆井液體系流程簡便，易于實施。在應用過程中需要不斷地對井底返出的泡沫鉆井液進行分離和消泡，消泡過程大多采用加入化學消泡劑的方法，分離、消泡后鉆井液被廢棄，除造成鉆井液大量損耗，廢棄的鉆井液中含有大量的鉆屑、起泡劑、消泡劑、緩蝕劑等污染物質(zhì)，污染環(huán)境［3］。

可循環(huán)泡沫鉆井液體系是指對返出井口的泡沫進行處理（物理或化學方法），然后添加一定量的化學制劑，對鉆井液進行二次起泡循環(huán)利用，在保留了泡沫鉆井液優(yōu)勢的同時，環(huán)保性及經(jīng)濟性方面均得到了大幅度提高。

1　霧化泡沫鉆井液配方的研制

1.1發(fā)泡劑的優(yōu)選

霧化泡沫鉆井液的表面活性劑的篩選原則以發(fā)泡量大、抗高溫、抗污染能力強以及半衰期適中為原則，室內(nèi)采用傾注法對常用的表面活性劑進行了評價。對FP-1、AES、K12、尼納爾、F873發(fā)泡劑常溫發(fā)泡性能進行對比實驗研究，結果見表1。

表1　25℃下不同表面活性劑的起泡效果對比

實驗結果表明，在常溫常壓下FP-1與K12等發(fā)泡劑具有溶解性好、易發(fā)泡以及泡沫質(zhì)量細膩等特點，因此，F(xiàn)P-1與K12發(fā)泡劑具有較好的發(fā)泡能力。

1.2穩(wěn)泡劑的優(yōu)選

實驗選用聚丙烯酰胺、WP-1、羧甲基纖維素三個聚合物為穩(wěn)泡劑，表面活性劑為FP-1加量2.0%，泡沫效果見表2。

表2　25℃下穩(wěn)泡劑的穩(wěn)泡效果評價

通過實驗結果來看，部分水解聚丙烯酰胺穩(wěn)泡劑、CMC纖維素類均存在水溶性效果較差，尤其當部分水解聚丙烯酰胺穩(wěn)泡劑、CMC纖維素類加量大于0.3%后，基液的發(fā)泡效果受到一定的影響；同時，水解聚丙烯酰胺穩(wěn)泡劑基液具有“爬桿效應”，不利于配置優(yōu)質(zhì)霧化泡沫液，而穩(wěn)泡劑WP-1具有較強的泡沫穩(wěn)定能力，并且與發(fā)泡劑具有較好的協(xié)同作用。

1.3霧化泡沫鉆井液抑制劑的優(yōu)選

常用的抑制劑一般為KCl以及聚合物類抑制劑，對于霧化泡沫體系，抑制劑的加入在增強泡沫體系抑制性的同時，又不會影響泡沫的性能。抑制劑不同加量下的泡沫高度以及半衰期變化見表3、表4。

表3　KCl（2%FP-1）抑制劑對泡沫性能的影響

表4　YG-1（2%FP-1）抑制劑對泡沫性能的影響

從表3、表4可以看出，抑制劑YG-1的加入基本對霧化泡沫性能影響較小。隨抑制劑YG-1加量的增加，泡沫高度逐漸減小，但仍具有較好的發(fā)泡效果。

抑制劑的最主要作用為提高體系的抑制性，因此，對不同抑制劑加量下的巖屑回收率進行了測定，結果見表5。

表5　泥頁巖巖屑回收率

實驗結果表明，加入抑制劑后的泡沫抑制性明顯高于清水的抑制性，最低巖屑回收率為25.6%，最高巖屑回收率達80.5%，滿足了提高抑制性的需要。實驗表明，適當加入抑制劑不會影響泡沫的性能，因此，選定YG-1作為此泡沫體系的抑制劑。

1.4霧化泡沫鉆井液抗地層水、抗油及抗巖屑侵實驗

在欠平衡泡沫水平井鉆進過程中，為了確保霧化泡沫液與地層水及原油具有較好的相容性，要求霧化泡沫液具有較強的抗地層水、抗油污染能力以及抗巖屑污染能力。

在升深4井侏羅系第SI-2層地層中進行抗鹽、抗油侵、抗巖屑侵能力實驗，數(shù)據(jù)見表6、表7、表8。

表6　25℃下霧化泡沫鉆井液體系的抗鹽能力

表7　霧化泡沫鉆井液體系抗油侵能力

表8　霧化泡沫鉆井液體系抗巖屑侵能力

通過實驗結果來看，霧化泡沫鉆井液具有較強的抗鹽能力，滿足現(xiàn)場霧化泡沫鉆井工藝技術要求。

2　水平段欠平衡泡沫鉆井應用

2.1水平段鉆進基本概況

翻172-平160井是部署在黑龍江省肇源縣裕民鄉(xiāng)境內(nèi)長10區(qū)塊長43-長39井區(qū)，屬于松遼盆地中央坳陷區(qū)朝陽溝階地薄荷臺鼻狀構造西部的1口水平采油井。原設計為三開水平段1200～1974.22m（垂深1021.12～1126.47m）采用泡沫鉆井液打開儲層，技套下深1198m，口袋1～2m，技套進入油層1～2m，泡沫鉆井液直接進入砂巖層鉆進。而實際二開水平段鉆井深1353m，技套下深1343.73m，口袋9.27m，技套并未進入油層，采用硅基陽離子鉆井液體系鉆至井深1454.51m，見到油砂，鉆換為泡沫水平井鉆進。

2.2泡沫欠平衡鉆進情況

泡沫鉆進段鉆具組合：Φ215mm鉆頭（B425）+配合接頭+K7LZ×7.0DW螺桿1.00°+強制型箭形回壓閥（2只）+Φ172mm無磁鉆鋌（1根）+EM-MWD儀器（懸掛短接+絕緣接頭+轉(zhuǎn)換接頭）+Φ127mm無磁加重鉆桿（1根）+Φ127mm加重鉆桿（12根）+Φ127mm鉆桿（90根18°臺肩）+Φ127mm加重鉆桿（12根）+Φ127mm鉆桿（18°臺肩）+鉆桿旋塞（1只）+強制型箭形回壓閥（1只）+方鉆桿。

泡沫鉆進參數(shù)：注氣量70～71m3/min，注液量5.8L/s，注氣壓力4.78～5.32MPa，鉆壓8t，轉(zhuǎn)速25r/min，扭矩4kN·m。

鉆至井深1529.78m，打開油層，結束泡沫鉆進，期間錄井撈砂熒光顯示良好。現(xiàn)場鉆井施工參數(shù)見表9。

應用HUBS軟件，根據(jù)實際井深、注氣量、注液量、注氣壓力等參數(shù)計算出不同井深實際當量密度、流體返速、節(jié)點返速、欠壓值（表10）。當量密度隨測深變化見圖1。

圖1　翻172-平160井泡沫鉆井當量密度隨測深的變化

2.3泡沫可回收利用情況及其現(xiàn)場性能

應用泡沫鉆井工藝實現(xiàn)了基液可回收利用，回收液處理后的性能能夠滿足現(xiàn)場施工要求，有效降低了成本。泡沫基液回收前后性能見表11。

表9　翻172-平160井泡沫鉆井液鉆井施工參數(shù)

表11　泡沫基液回收前后性能

翻172-平160井共使用泡沫基液649m3，該井累計使用清水配制泡沫基液265m3，回收液配制基液384m3，回收液處理后的性能能夠滿足現(xiàn)場施工要求。霧化泡沫可循環(huán)利用率達到59.1%，達到預期降低成本要求。

2.4儲層保護效果

采用泡沫欠平衡鉆井工藝技術有效保護了儲層，確保了地質(zhì)錄井及時發(fā)現(xiàn)儲層。泡沫鉆進段巖性及油氣顯示見表12。

表12　泡沫鉆進段巖性及油氣顯示

3　結論

1）所研制的泡沫鉆井液抑制性較強，在現(xiàn)場施工過程中保證了井壁的穩(wěn)定性。

2）泡沫鉆井抗地層水、抗油及巖屑污染能力均較強，滿足了現(xiàn)場施工要求。

3）翻172-平160井是大慶油田首次將泡沫鉆井工藝應用于水平井，最大程度地保護油氣層不受污染。泡沫水平井鉆井技術在該井獲得了初步成功，為以后兩種鉆井技術的進一步完美結合積累了經(jīng)驗，填補了大慶油田該項技術的空白。

4）實現(xiàn)了泡沫水平段鉆進，成功打開了儲層，確保了地質(zhì)錄井及時發(fā)現(xiàn)儲層。

5）實現(xiàn)了泡沫可回收利用，在保留了泡沫鉆井液優(yōu)勢的同時，環(huán)保性及經(jīng)濟性方面均得到了大幅度提高，有效降低了鉆井成本。

［1］呂振華，成效華，宋玉寬，等.欠平衡鉆井完井液技術的研究與應用［J］.油田化學，2001，18（1）：3-7.

［2］楊虎，江勇，胡軍，等.牛102井欠平衡泡沫水平井鉆井技術［J］.石油學報，2002，23（1）：88-93.

［3］王傳偉，倪紅堅，王瑞和，等.泡沫鉆井液消泡技術［J］.鉆采工藝，2011，34（2）：106-108.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.005.015

2015-01-07）

趙曉竹，工程師，2005年畢業(yè)于中國石油大學（北京）（化學工程專業(yè)），從事鉆井液體系及防漏堵漏技術研究工作，E-mail：zhaoxiaozhu@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶市紅崗區(qū)八百坰鉆井工程技術研究院鉆井液技術研究所，163413。