厄瓜多爾PARAHUACU油田鉆井液頁巖抑制劑的優(yōu)選及應(yīng)用

劉勇，李俊，王國慶,2,3 (.川慶鉆探工程有限公司國際公司厄瓜多爾分公司技術(shù)服務(wù)部，四川 成都 60056；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 7008；3.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西 西安 7008)

1 聚胺類抑制劑

1.1 發(fā)展歷程

陽離子交換是幾乎所有抑制性鉆井液中最主要的抑制機(jī)理。陽離子頁巖抑制劑能夠吸附在帶負(fù)電的黏土表面，從而表現(xiàn)出比傳統(tǒng)陰離子類抑制劑更好的效果。鉀離子能有效抑制頁巖膨脹，但其使用濃度較高，對環(huán)境帶來不利影響。從最初應(yīng)用銨離子發(fā)展到目前的陽離子化聚胺頁巖抑制劑。

1.2 分類

(1)一價陽離子胺類：主要優(yōu)點(diǎn)是使用時的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，由于溫度穩(wěn)定性較差、氣味強(qiáng)烈、毒性和頁巖抑制性差等，應(yīng)用受到限制。(2)陽離子化胺類：陽離子化胺類能夠進(jìn)入黏土層間并將其中的水分子排擠出來。具有更持久的黏土穩(wěn)定作用，而且不會解吸附。(3)聚合物季胺類：優(yōu)點(diǎn)在于能夠提供多個陽離子吸附點(diǎn)，長久穩(wěn)定頁巖。只能吸附在黏土表面，與陰離子處理劑配伍性差、黏度高和毒性強(qiáng)使得聚合物季胺類應(yīng)用受到限制。

1.3 作用機(jī)理

新型聚醚二胺作為頁巖抑制劑應(yīng)用于高性能水基鉆井液中，它屬于陽離子化聚胺類。這類新型頁巖抑制劑抑制頁巖膨脹的機(jī)理主要是通過胺基特有的吸附而起作用，與質(zhì)子結(jié)合后生成兩個銨正離子，分別吸附在相鄰的黏土片層上，并將黏土片層束縛在一起。同時，銨正離子與水分子形成氫鍵，強(qiáng)化了胺分子在黏土層間的吸附。

2 鋁鹽抑制劑

2.1 分類

(1)可溶性鋁鹽溶解時產(chǎn)生的鋁離子在一個八面體構(gòu)象中以六角形的水化離子存在。鋁水解得到的酸性溶液實(shí)際上都是水溶性的鋁鹽。(2)在適當(dāng)?shù)臈l件下，鋁元素會生成一種兩性氫氧化物。在pH值較高時，它會生成水溶性的四羥基鋁陰離子。(3)利用鋁的氫氧化物在頁巖孔喉內(nèi)或微裂縫內(nèi)的沉積作用，可增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性。

2.2 作用機(jī)理

采用鋁化學(xué)方法增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性，其依據(jù)是改變頁巖的物理和化學(xué)性質(zhì)。與頁巖之間發(fā)生離子交換的方法不同，該方法根據(jù)鋁化學(xué)原理，通過生成氫氧化鋁沉淀，最終與地層礦物的基質(zhì)結(jié)合成一體。這種鋁的沉淀物能顯著增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性，提高敏感性頁巖的物理強(qiáng)度，并形成一種物理的屏蔽帶，阻止鉆井液濾液進(jìn)一步侵入頁巖。

3 聚合醇類抑制劑

3.1 概況

常見的聚合醇包括：乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙三醇和聚亞烷基二醇等。由于每種聚合醇有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，所以目前現(xiàn)場常用的聚合醇，實(shí)際上為多元聚合醇，即幾種聚合醇的混合物。

3.2 作用機(jī)理

(1)濁點(diǎn)機(jī)理：這種觀點(diǎn)假設(shè)聚合醇的濁點(diǎn)行為是抑制機(jī)理的關(guān)鍵。(2)吸附機(jī)理：眾所周知，聚合醇在水溶液中將在黏土上發(fā)生吸附。而這種黏土和聚合醇的結(jié)合被認(rèn)為是聚合醇鉆井液抑制性的主要來源。聚合醇與水分子在頁巖中的黏土上發(fā)生吸附競爭，減緩了水分子形成有序結(jié)構(gòu)的速率。(3)增黏機(jī)理：有人認(rèn)為聚合醇鉆井液黏度的增加也是其產(chǎn)生抑制性的一個因素。黏度的增加減低了水侵入頁巖的速率，從而延遲了頁巖分散的發(fā)生。

4 西方鉆井液公司頁巖抑制劑使用

調(diào)研在厄瓜多爾進(jìn)行鉆井液技術(shù)服務(wù)MI SWACO、Q MAX、HALLIBURTON和BAKER HUGHES等西方公司頁巖抑制劑優(yōu)選。MI SWACO公司所使用的主要頁巖抑制劑名為KLA STOP,Q MAX公司所使用的主要頁巖抑制劑名為QMAXDRILLl,HALLIBURTON公司所使用的主要頁巖抑制劑名為CLAY SEAL PLUS，以上三種產(chǎn)品實(shí)際上均為液體狀胺類聚合物。BAKER HUGHES公司所使用的主要頁巖抑制劑名為ALPLEX，是一種不含氯離子的液體狀絡(luò)合鋁類頁巖抑制劑。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是鉆井液性能容易控制。在具體使用頁巖抑制劑方面，均選擇與絮凝劑PHPA共同作用抑制頁巖水化分散。在高性能水基鉆井液體系中，倘若添加胺類抑制劑，低分子量的胺類像鉀離子一樣穿透黏土層，低濃度的胺類解吸附帶水化膜的可交換陽離子，通過靜電吸附、氫鍵作用和偶極作用等將黏土片層束縛在一起，阻止水分子進(jìn)入；倘若添加絡(luò)合鋁類抑制劑，則在泥頁巖的孔隙和微裂縫內(nèi)形成不溶于水的鋁絡(luò)合物，加固和穩(wěn)定井壁，抑制巖屑分散。通過胺類抑制劑或者絡(luò)合鋁類抑制劑的抑制作用與PHPA的包被封堵，二者協(xié)同作用，能達(dá)到優(yōu)良的抑制效果，實(shí)現(xiàn)總體抑制。為了達(dá)到更好地抑制效果，配合添加了聚合醇、低黏聚陰離子纖維素、瀝青、褐煤和超細(xì)碳酸鈣，共同作用來降低失水、改善泥餅，起到更好地泥頁巖抑制作用[1-3]。

5 PARAHUACU油田頁巖抑制劑優(yōu)選及應(yīng)用

5.1 SEAL鉆井液體系優(yōu)選

針對原配方優(yōu)化體系抑制性防塌性能，進(jìn)一步優(yōu)化架橋封堵性能，潤滑性能。(1)針對原配方優(yōu)化體系防塌性能和濾失造壁性能，提高了抑制劑加量，引入其他濾失造壁處理劑。優(yōu)選了幾種降濾失劑包括磺化瀝青，乳化白瀝青，聚陰離子纖維素，天然高分子降濾失劑，羥丙基淀粉。試驗(yàn)結(jié)果顯示聚合物降濾失劑效果較好，復(fù)配配合性好，濾失造壁效果更好。(2)針對原配方優(yōu)化體系防塌性能和濾失造壁性能，提高了抑制劑加量，引入其他濾失造壁處理劑。采用巖屑熱滾回收率的方法評價鉆井液配方抑制性性能，確定防塌低傷害液相體系抑制性能?？梢钥闯觯壕郯穼r屑的水化分散抑制性效果優(yōu)良，抑制巖屑水化分散性能效果顯著。通過上述若干組實(shí)驗(yàn)得出超細(xì)石墨提高體系封堵及潤滑性能，提高聚胺加量由0.5%至1%，提高體系抑制性能，有利于安全鉆進(jìn)，提高機(jī)械鉆速。(3)流變性能優(yōu)化評價。一般來說要控制鉆井液流變性能實(shí)現(xiàn)：①降低成本；②提高鉆頭機(jī)械速度；③有效懸浮鉆屑；④降低抽吸壓力及恢復(fù)循環(huán)的壓力；⑤在地面分離鉆屑和侵入的氣體；⑥減少井眼侵蝕。對于Parahuacu油田面臨的提速問題，看出鉆井液體系流變性能對于傳遞水力功率、破巖、攜帶巖屑至關(guān)重要，當(dāng)然泵的排量是必要的條件。從流變數(shù)據(jù)分析該鉆井液體系剪切稀釋性最好，水眼黏度低，有利于提高機(jī)械鉆速。同時隨著井溫升高，體系剪切稀釋性增強(qiáng)，有利于井眼凈化。

5.2 DRILIN鉆井液體系優(yōu)選

(1)處理劑優(yōu)化。在鉆開油氣層時，鉆井液的固相進(jìn)入油氣層造成孔喉堵塞，其液相進(jìn)入油氣層與油氣層巖石和流體作用，破壞油氣層原有的平衡，從而誘發(fā)油氣層潛在損害因素，造成滲透率下降。因此針對儲層段優(yōu)化主要在屏蔽暫堵性能和降低濾失量。室內(nèi)測試了原抑制性體系配方中，引入天然高分子聚合物和超細(xì)鈣后的鉆井液性能變化。由測試結(jié)果看出，加入兩種濾失造壁材料后流變性能變化不大，說明處理劑不影響體系黏切參數(shù)，有利于性能維護(hù)。通過中壓濾失實(shí)驗(yàn)和高溫高壓失水實(shí)驗(yàn)(100 ℃)，可以看出天然高分子降濾失劑和超細(xì)鈣的加入，能降低濾失量和高溫高壓濾失量，封堵孔喉，進(jìn)一步降低儲層段鉆井液失水，減少固相顆粒和液相侵入儲層，降低儲層傷害。(2)架橋顆粒優(yōu)化。Parahuacu油田儲層段鉆井液主要優(yōu)化屏蔽暫堵性能和降低濾失量。利用石灰石材料進(jìn)行儲層砂巖架橋暫堵，實(shí)現(xiàn)顆粒級配優(yōu)化。由計算軟件得出以比例80%∶20%石灰石325∶石灰石200進(jìn)行組配，粒徑分布曲線能與理想填充曲線較好擬合，實(shí)現(xiàn)封堵。在與現(xiàn)場鉆井液粒徑匹配進(jìn)行綜合分析。假設(shè)現(xiàn)場泥漿固相含量20%時，計算得出現(xiàn)場鉆井液中加入所配比的石灰石，能較好的實(shí)現(xiàn)理想封堵。

6 結(jié)語

在鉆井液技術(shù)服務(wù)當(dāng)中，遇到長段的泥頁巖敏感地層時，一般會選擇KCl、聚合醇和改性瀝青來配制鉆井液非常有效。然而，由于厄瓜多爾對環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)苛，KCl和改性瀝青不在我們的選擇范圍以內(nèi)。通過優(yōu)選聚胺、聚合醇，配伍KPAM在PARAHUACU油田PRH 井場等6口井的現(xiàn)場應(yīng)用取得了成功。

(1)聚胺頁巖抑制劑主要通過胺基特有的吸附而起作用，低分子陽離子化聚胺類因其抑制性強(qiáng)、生物毒性低、與其他處理劑配伍性好等優(yōu)點(diǎn)。(2)聚胺強(qiáng)抑制性體系抑制滲透、水化、膨脹分散，對泥頁巖微裂縫和微孔隙的封堵降低地層壓力傳遞，防止井壁失穩(wěn)和降低儲層傷害。(3)該鉆井液體系主要解決了由于井壁失穩(wěn)和井眼凈化引起的遇阻等井下復(fù)雜，優(yōu)化鉆井液性能輔助提高機(jī)械鉆速。(4)頁巖抑制劑優(yōu)選及在厄瓜多爾Parahuacu油田現(xiàn)場成功應(yīng)用實(shí)踐，可以在厄瓜多爾其他區(qū)塊推廣使用。