抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液的研制及其在英臺氣田的應用

王永生，初光友，卜 平，鄭士權

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

松遼盆地南部英臺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、地質條件復雜、氣藏壓力系數低、地層可鉆性差且富含裂縫，給鉆井安全施工及儲層保護帶來了很大的困難[1]。

為了提高深層火山巖氣藏勘探水平與儲層保護水平、探索火山巖儲層保護途徑，室內開展了深層火山巖儲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 ℃左右的條件下進行現場應用，為進一步研究應用無粘土相甲酸鹽鉆完井液技術、實現鉆完井液一體化、節約勘探成本奠定了基礎。

1 抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液的作用機理

抗高溫無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定、井壁穩定、油層保護三者良好統一的技術思路，改善高溫下流變性差、濾失大、處理成本高的弊病，具有優良的應用性能，對環境友好，能更大程度地避免現場復雜情況的發生，加快機械鉆速，提高油氣產量。

抗高溫無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，減少了水分子的進入，從而起到防塌和抑制作用。同時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，促進井壁穩定，甲酸根HCOO-通過氫鍵吸附于粘土表面，增加水化膜厚度，防止粘土進一步水化，使鉆完井液保持良好的流變性和穩定性[2]。

為了保護儲層，鉆完井液中添加了新型改性聚合醇類無熒光油層保護劑，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]；同時由于聚合醇具有濁點效應，在溫度高于濁點時，呈現疏水特性，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、穩定井壁作用，同時具有良好的潤滑性、抑制性與熱穩定性[4]。

2 抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液的室內研制

2.1 增粘劑的優選與評價

室內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、常規的聚丙烯酰胺類增粘劑80A51以及進口的抗高溫增粘劑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 降濾失劑的優選與評價

采用抗高溫單體經四元聚合，室內合成了DKDJ-Ⅱ降濾失劑，并與常用的幾種降濾失劑進行對比，結果見表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 抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液的構建

鉆井液體系的相對簡單化是高溫高壓鉆井液的發展趨勢。因此在優化體系性能的同時，盡量簡化體系組成，通過大量實驗，確定抗高溫無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油層保護劑。

2.4 抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液的性能評價

2.4.1 抗溫性能評價

對構建的抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液體系的抗溫性能進行評價，結果見表3。

表3 抗溫性能評價

由表3可以看出，抗高溫無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，鉆完井液流變性及濾失量變化不大。

2.4.2 抑制性能評價

對構建的抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液、KCl聚合物鉆井液、有機硅鉆井液和清水的抑制性能進行比較，結果見表4。

表4 抑制性能評價

由表4可以看出，相同實驗條件下，抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液的滾動回收率最高，表明其抑制性能最好。

2.4.3 儲層保護性能評價

按照中國石油天然氣行業標準SY/T 6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》，采用JHDS高溫高壓動失水儀模擬井下條件以及切片法對抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液體系的儲層保護性能進行評價，結果見表5。

表5 儲層保護性能評價

由表5可以看出，優選的抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液體系具有很好的儲層保護性能。污染后巖心的滲透率恢復值達到84.6%，且污染程度很輕，經切片0.5 cm后滲透率恢復值達到95.3%。

2.5 抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液的現場應用

將研制的抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液應用于大慶油田2口水平井以及1口深層氣井，結果見表6。

由表6可知，研制的抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液體系具有良好的流變性、井壁穩定性、潤滑性，同時還具有優良的儲層保護性能。

3 結論

研制了抗高溫無粘土相甲酸鹽鉆完井液體系，并將其應用于英臺氣田。結果表明，該鉆完井液體系具有良好的抗高溫性、流變性、井壁穩定性、潤滑性及優良的抑制性能和儲層保護性能，為實現鉆完井液一體化、節約勘探成本奠定了基礎。

表6 現場應用數據

參考文獻：

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

[2] 李忠誠.英臺氣田龍深1區塊火山巖相與儲集性關系研究[J].天然氣勘探與開發，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.