鉆井液用成膜封堵劑HCM的性能評價及現場應用

徐博韜，向興金，舒福昌，郭 磊，黨海鋒，王 薦，林科雄，吳 彬，羅 剛

(1．中海油服股份有限公司油田化學研究院鉆完井液工藝研究所，河北 燕郊101149；2.長江大學，湖北 荊州 434000；3.荊州市漢科新技術研究所，湖北 荊州 434000)

由于渤海遼東灣某油田東營組地層硬脆性泥頁巖裂縫和微裂縫發育，鉆井過程中易導致井壁坍塌掉塊等復雜情況發生，影響鉆井時效。從穩定井壁的物理化學固壁的新觀念出發，研制了一種新型成膜封堵劑，通過在井筒流體與井壁界面形成一層完全隔離、封閉水相運移的膜，以達到穩定井壁的目的[1，2]。

1 成膜封堵劑HCM作用機理

成膜封堵劑HCM粒子具有特殊的核殼結構，內層黑色為核層，外層淺色為殼層，兩者之間有較為明顯的分界線[3]。這種核殼結構在井底壓差和失水過程中，粒子間在井壁附近發生聚并、融合，當一粒子殼層進入另一粒子核層時，分布在殼層與核層的官能團發生交聯反應，直至粒子殼層的親水性官能團反應完全。井壁附近的無數膠束粒子之間都發生著同樣的聚并、融合、交聯過程，最后形成連續性的封堵膜。在鉆井液中，成膜封堵劑HCM的這種成膜特性能夠降低井眼附近巖石滲透率，減少水進入地層，改善鉆井液與巖石顆粒間的粘結性能，從而提高井壁穩定性[4，5]。

2 實驗

2.1 成膜封堵劑HCM的性能評價

2.1.1 對不同滲透率巖心的封堵效果

將不同滲透率的人造巖心用標準鹽水抽空飽和，利用靜態巖心污染試驗儀在高溫高壓(80 ℃、3.5 MPa)條件下，測定在基漿(水+0.1%HVIS)中加入成膜封堵劑HCM前后通過人造巖心后濾失量的變化，以表征成膜封堵劑HCM對巖心的封堵效果。

2.1.2 溫度和壓力對封堵效果的影響

室內測定了30～180 ℃、3.5 MPa壓力條件下和80 ℃、不同壓力條件下，成膜封堵劑HCM加入前后體系HTHP濾失量。以HTHP濾失量的降低率(封堵率)來表征成膜封堵劑HCM對泥餅的封堵效果。

2.1.3 對鉆井液性能的影響

室內選擇渤海油田常用的PEM鉆井液評價成膜封堵劑HCM對鉆井液性能的影響，室內配方為：3%海水土漿+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+0.3%LV-PAC+1.5%RS-1+1%TEMP+2%LPF+0.3%PLH+3%JLX-B+5%KCl+0.1%XC(重晶石加重到 1.35 g·cm-3)。

2.2 現場應用

2012年2月，將成膜封堵劑HCM應用于渤海遼東灣某生產井三開井段(1452～2212 m)，測定鉆井液體系的性能變化及濾失量。

3 結果與討論

3.1 對不同滲透率巖心的封堵效果(圖1)

圖1 成膜封堵劑HCM對不同滲透率巖心的封堵效果

由圖1可知，成膜封堵劑HCM加入后，不同滲透率巖心的靜態HTHP濾失量均減小，表明其對巖心具有很好的封堵效果。封堵后的巖心端面可明顯看到已形成一層連續的膠膜，并具有一定的疏水性。

3.2 溫度和壓力對成膜封堵劑HCM封堵效果的影響

3.2.1 溫度的影響(表1)

由表1可知，隨著溫度的升高，成膜封堵劑HCM的封堵率逐漸提高，至180 ℃時封堵率為98.15%。表明升高溫度有利于成膜封堵劑HCM成膜。

表1成膜封堵劑HCM在不同溫度下的封堵效果

Tab.1TheblockingeffectofHCMatdifferenttemperatures

溫度/℃30801201501801#濾失量/mL701081602406502#濾失量/mL1611111012封堵率/%77.1489.8193.1395.8398.15

實驗配方：1#：淡水+0.2%NaOH+0.1%HVIS；2#：淡水+0.2%NaOH+0.1%HVIS+2%HCM

3.2.2 壓力的影響(表2)

表2 成膜封堵劑HCM在不同壓力下的封堵效果

實驗配方：1#：淡水+0.2%NaOH+0.1%HVIS；2#：淡水+0.2%NaOH+0.1%HVIS+2%HCM

由表2可知，隨著壓力的升高，成膜封堵劑HCM的封堵率變化不大。說明壓力對成膜封堵劑HCM成膜影響不大。

3.3 對PEM鉆井液性能的影響(表3、圖2)

表3 成膜封堵劑HCM對PEM鉆井液性能的影響

圖2 PEM鉆井液中不同加量HCM的封堵效果

由表3、圖2可知，成膜封堵劑HCM加入后對PEM鉆井液流變性能影響較小，能夠有效降低鉆井液濾失量，提高對泥餅的封堵效果。

3.4 現場應用評價(表4)

從表4可以看出，成膜封堵劑HCM在PEM鉆井液體系中對鉆井液流變性能幾乎沒有影響，粘切力也沒有較大變化，而濾失量卻明顯降低。表明成膜封堵劑HCM與PEM鉆井液具有良好的配伍性，同時具有良好的成膜封堵效果，能顯著改善濾餅質量，從而明顯降低鉆井液的濾失量， 大大減少鉆井液濾液由于壓差的作用浸入地層引起泥頁巖水化膨脹而導致井壁不穩定和各種井下復雜情況的發生。

表4 現場加入HCM前后PEM鉆井液性能變化

4 結論

針對渤海遼東灣某油田東營組硬脆性泥頁巖裂縫和微裂縫發育的特點，研制了成膜封堵劑HCM以解決硬脆性泥頁巖地層鉆探過程中的坍塌掉塊問題。

(1)室內評價表明，成膜封堵劑HCM對不同滲透率巖心具有很好的封堵能力，抗溫能夠達到180 ℃。

(2)渤海遼東灣某生產井的現場應用結果表明，成膜封堵劑HCM與PEM鉆井液具有良好的配伍性，能顯著改善濾餅質量，從而明顯降低鉆井液的濾失量，大大減少鉆井液濾液由于壓差的作用浸入地層引起泥頁巖水化膨脹而導致井壁不穩定和各種井下復雜情況的發生。

參考文獻：

[1] 徐同臺，趙忠舉.21世紀初國外鉆井液和完井液技術[M].北京：石油工業出版社，2004.

[2] 鄢捷年.鉆井液工藝學[M].北京：石油工業出版社，2001:307-348.

[3] 孫迎勝，陳淵，溫棟良，等.納米封堵劑性能評價及現場應用[J].精細石油化工進展，2010，11(11)：10-12.

[4] 梁文利，趙林.新型鉆井液封堵劑FLD的研究及應用[J].中國海上油氣，2009，21(2)：127-129.

[5] 陳二丁，周輝.成膜強抑制納米封堵鉆井液的研究[J].鉆井液與完井液，2011，28(3)：39-41.