關(guān)于致密油水平井環(huán)保鉆井液體系研究及應(yīng)用

郭定雄

摘要：我國致密油的開采主要集中在鄂爾多斯盆地長7儲層，這里的致密油呈現(xiàn)出低壓、低孔、低滲的特點(diǎn)。致密油的開采需要提升油井的實(shí)際產(chǎn)能。對于鄂爾多斯盆地長7儲層油井而言，相比直井段，致密油層發(fā)生井壁失穩(wěn)的概率更高，鉆探至中后期，鉆桿的摩擦阻力會有所提升，致使卡鉆等意外情況發(fā)生。鄂爾多斯盆地土地貧瘠、植被單一，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，因此對于環(huán)保工作提出了更高的要求，在此背景下構(gòu)建致密油水平井環(huán)保鉆井液體系，實(shí)現(xiàn)致密油開采的安全、綠色、高效具有積極意義。

關(guān)鍵詞：致密油;水平井;環(huán)保鉆井液體系

0.引言

現(xiàn)階段在全球范圍內(nèi)，油田鉆井活動愈加頻繁，相對應(yīng)的鉆井液污染物給周邊生態(tài)環(huán)境造成極為嚴(yán)重的破壞。為了實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處，在全球各國新頒布的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中對于環(huán)保工作提出了越來越高的要求。往往石油工業(yè)造成的危害會對周邊地區(qū)造成嚴(yán)重的影響，這種影響在全行業(yè)范圍內(nèi)引起高度關(guān)注。所以開展致密油水平井環(huán)保鉆井液體系對于石油工業(yè)安全、高效、綠色、環(huán)保具有積極意義。

1.致密油層與鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1.1地層巖石全巖與粘土礦物

使用X射線對致密油層地區(qū)巖石全巖與粘土礦物進(jìn)行分析，經(jīng)過分析得，巖層的主要成分是石英石，所占比例為50.2%-56.8%，長石其次，所占比例為21.7%-28.3%。具有較高的泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，更低的黏土礦物含量，通常在3.5%-18.8%之間，在眾多黏土礦物成分當(dāng)中，伊利石是主要組成成分，伊蒙混層和綠泥石的含量也相對較高。[1]

巖石中存在一定量的碳酸鹽，含量范圍在5.1%-17.8%之間。伊利石、綠泥石具有更低的水化膨脹性，所以在實(shí)際勘探過程中需要分析水化分散風(fēng)險(xiǎn)，也正因?yàn)榈貙赢?dāng)中含有較高的巖屑，因此構(gòu)建的鉆井液體系需要主要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)封堵強(qiáng)包被防止分散功能。

1.2儲層孔滲特征

結(jié)合實(shí)際的巖心分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)致密油層的儲層物性并不突出，巖石滲透率小于0.3mD，平均滲透率0.14mD，平均孔隙度9.5%。[2]結(jié)合公式1-1，帶入表格數(shù)據(jù)可以計(jì)算出地層巖石拐點(diǎn)喉道半徑為210nm，這就說明致密釉層含有豐富的納米孔隙，而為了進(jìn)一步提升封堵效率，需要使用更加專業(yè)的封堵劑納入到鉆井液體系當(dāng)中提升封堵效率。

2.致密油層鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

2.1水平段井壁失穩(wěn)

處于鄂爾多斯盆地的致密油層主要成分是巖屑長石砂巖、長石碎屑砂巖，并且含有大量的泥質(zhì)粉砂，具有豐富的納米級空隙。[3]通過地質(zhì)勘探工作可以了解到，鉆探到水平段時(shí)很大程度上容易出現(xiàn)泥質(zhì)粉砂巖，致使出現(xiàn)井壁掉塊或者是塌方的發(fā)生。由于浸泡時(shí)間過長，水平井段鉆井液會引起礦物水化膨脹，最終造成脫落。伴隨著鉆井的不斷深入，鉆具、井壁之間的摩擦系數(shù)、摩擦力也在不斷提升，這就進(jìn)一步加劇了塌方事故的發(fā)生，水平井段無法實(shí)現(xiàn)正常鉆進(jìn)，因此使用新型環(huán)保鉆井液體系需要具備更強(qiáng)的抑制性，保證井壁的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2.2攜砂能力與井眼凈化

相比常規(guī)的直井相比，受到重力、鉆井需求影響，水平井段的直徑會比普通井口的直徑更大，也正因如此在水平段井鉆進(jìn)的過程中，鉆具無法保證持續(xù)劇中鉆進(jìn)，這是因?yàn)殂@井液會除掉鉆井巖屑，并且在重力作用下鉆井巖屑會下落，這些巖屑堆積在鉆具的周圍，而隨著巖屑的數(shù)量越來越多，鉆具也無法持續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)，除非鉆井液具有杰出的攜沙能力，可以有效清潔井眼，才可以保證鉆具的持續(xù)鉆進(jìn)。

3.新型環(huán)保鉆井液體系研究與性能評價(jià)

3.1選擇處理劑

處理劑主要包括抑制劑、降濾失劑、防塌封堵劑、潤滑劑。

（1）抑制劑選擇

以有機(jī)鹽抑制劑離子為例進(jìn)行分析，HCOO - 離子可以與中和電荷的方式實(shí)現(xiàn)與粘土端面的正電荷結(jié)合，這種方式可以在很大程度上降低粘土顆粒的負(fù)電性，最大程度上減小黏土礦物的水化膨脹能力。在這一過程中，HCOO - 離子與水分子結(jié)合生氫鍵，在氫鍵的作用下這些水分子不會自由移動，鉆井液濾液粘度得到提升，致使鉆井液難以繼續(xù)推進(jìn)。降低體系的水活度構(gòu)成反滲透作用，在反滲透作用下形成一種底層孔隙水進(jìn)入到井眼的傾向，泥頁巖的水化作用下降，對泥頁巖水化膨脹、分散具有一定的抑制作用。

（2）潤滑劑選擇

鉆井時(shí)使用潤滑劑的目的就是最大程度上減少鉆進(jìn)阻力，在基漿當(dāng)中分別注入0.5%的 RY-818、RY-828、RY-838、XCS-3、GD-2 、HLR-3潤滑劑，經(jīng)過16小時(shí)的熱滾以后對極壓潤滑系數(shù)進(jìn)行測試，評價(jià)潤滑劑性能，詳見圖1，可以看出RY-838、HLR-3具有最佳的潤滑效果，因此在水平井段主要使用RY-838 和 HLR-3作為潤滑劑。

結(jié)論

配置的鉆井液樣品濃度為1.20g/cm3，分別使用3.0%、5.0%.10.0%巖屑粉攪拌污染樣品。50℃條件下測定120℃16小時(shí)的流動性、濾失性能。不同的污染條件下，120℃老化16小時(shí)，粘切力更低，可以滿足致密油水平井降低循環(huán)壓耗、有效懸浮加重劑、巖屑的實(shí)際需求，HTHP濾失量將下降至低于15.0ml，并且具有更加出眾的韌性，由此使新型環(huán)保鉆井液體系的性能達(dá)到實(shí)際鉆井需求。加入白膨潤土、鉆屑以后， 新型環(huán)保鉆井液體系具有更低的表觀粘度，由此可見新型環(huán)保鉆井液體系比傳統(tǒng)的鉆井液體系具有更加出眾的抗污染性能。

參考文獻(xiàn)

[1]顧雪凡，王棚，高龍，陳剛，張潔.我國天然高分子基鉆井液體系研究進(jìn)展[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，35（05）：83-91.

[2]宣揚(yáng)，劉珂，郭科佑，宋兆輝，錢曉琳，林永學(xué).順北超深水平井環(huán)保耐溫低摩阻鉆井液技術(shù)[J].特種油氣藏，2020，27（03）：163-168.

[3]李旭方，熊正強(qiáng).抗高溫環(huán)保水基鉆井液研究進(jìn)展[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2019，46（09）：32-39.