一種適用于低滲透水敏油層的鉆井液室內研究

雷昕，樓岱瑩，周明明

(中石油天然氣管道局穿越公司，河北 廊坊 065001)

一種適用于低滲透水敏油層的鉆井液室內研究

雷昕，樓岱瑩，周明明

(中石油天然氣管道局穿越公司，河北 廊坊 065001)

[摘要]以PO和1831季銨鹽進行復配，形成的有機銨陽離子，對黏土具有水化分解的抑制能力。通過試驗確定了PO和1831季銨鹽的加量比例為1∶1，在基漿中的濃度為1%效果最好，優選表面活性劑為0.5%的MA，選定緩蝕劑為Na2SO3，最后確定鉆井液配方為基漿+1%PO+1%1831季銨鹽+0.5%甲酸鉀+0.3%~0.5%LV-CMC+0.5%MA+0.05% Na2SO3。室內性能評價結果表明，該鉆井液體系的流變性符合保護低滲透水敏油層的要求。

[關鍵詞]鉆井液；低滲透水敏油層；復配；有機陽離子；流變性

低滲透油田是一個相對的概念，沒有一個統一固定的標準和界限，根據不同國家、不同時期的資源狀況和技術條件而劃定[1]。根據我國生產實踐和理論研究，按照低滲透油層上限和下限的分類，把滲透率為0.1～50mD的儲層通稱為低滲透油層[2]。低滲透油田一般具有泥質膠合物含量高，含水飽和度、毛細管壓力高，水敏性強以及孔喉細小、滲透率差、結構復雜、非勻質嚴重、油氣流動阻力大等特點，在鉆采過程中極易因外來流體侵入儲層而產生水敏、水鎖等各種損害，一旦儲層受到損害，難以恢復[3]。

為解決該類問題，國內外報道大多采用加3%~5%KCl來抑制黏土水化分移，這樣又會影響鉆井液的性能。因為銨鹽對水敏性黏土有一定的抑制作用[4]，所以筆者試圖以復配有機銨陽離子與甲酸鉀混用，在降低使用總量的情況下配置鉆井液，并對鉆井液的一些性能進行室內研究。

1鉆井液體系的建立

1.1試驗藥品及儀器

1)試驗藥品PO(聚氧乙烯)，1831季銨鹽，部分水解聚丙烯腈銨鹽，甲酸鉀，LV-CMC(低黏羧甲基纖維素)等。

2)儀器高速攪拌器，電熱恒溫箱，六速旋轉黏度儀，API失水儀，水浴加熱槽和高速離心機等。

1.2有機銨陽離子的復配

1)防膨率試驗將PO與1831季銨鹽以一定的比例置于燒瓶中80℃下回流2h后，配置成一定濃度的溶液，然后用人造黏土巖心進行膨脹試驗，其結果見表1。

表1　不同比例復配后的頁巖膨脹量

注：試驗巖心是稱取3g鈉膨潤土和石英砂混合物在2.0MPa下壓制5min制得。

由試驗結果可知，PO∶1831季銨鹽的比例為1∶1時復配效果較好，防膨率最高，說明能有效抑制黏土的水化分解。

圖1　加入不同的濃度復配液對滾動回收率的影響

2)復配有機銨陽離子對鉆屑滾動回收率的影響 稱取8~10目的江漢油田產層巖屑30g，用基液配制PO+1831季銨鹽不同加量的溶液，測定巖屑在不同體系中80℃下滾動加熱12h后，過40目篩子，稱其篩面上剩余水洗烘干物的重量，計算回收率(R)，試驗數據見圖1。

由圖1可知，清水對巖屑有些分散，復配液濃度越大，巖屑形狀越好，顆粒越大。當復配液濃度達到1%時，抑制性能明顯改善，繼續加量無很大改善，由此可知復配液濃度1%最好。

1.3表面活性劑優選

表2　加不同濃度的表面活性劑后表面張力的測定

考慮到低滲透油層孔隙狹小，易產生毛細管作用而導致水鎖，故加入微量的表面活性劑降低濾液的表面張力，降低水鎖效應。在基礎配方的確定后，分別用表面活性劑MA和AB，在鉆井液濾液中加入不同量后，按照SY/5370-1999規定測試表面張力，結果見表2。由表2可知，MA降低表面張力的能力比AB強，而且加入MA能明顯降低表面張力，且加入0.5%就能滿足要求。

1.4緩蝕劑的優選

表3　不同類型緩蝕劑在鹽水中的緩蝕效果

由于體系中引入了甲酸鉀，可能對鉆具及油管造成腐蝕，有必要進行防腐試驗。選擇Na2SO3、六偏磷酸鈉、六次甲基胺、咪唑啉-6、HSJ這5種緩蝕劑，以10%甲酸鈉作為腐蝕介質，將一定濃度的緩蝕劑溶液倒入老化罐中，然后放入固定的試驗架(試驗架上裝有N80鋼片)，采用掛片失重法，在60℃溫度下，腐蝕12h以進行腐蝕效果評價。試驗數據見表3。

從表3試驗結果可以看出，Na2SO3加量為0.05%時腐蝕速率最低，因此推薦使用Na2SO3作為緩蝕劑。

1.5體系配方的確定

由上述試驗結果，確定鉆井液的基本配方為：基漿+1%(PO+11831季銨鹽)+0.5%甲酸鉀+0.3%~0.5%LV-CMC+0.5%MA+0.05% Na2SO3。

2鉆井液體系室內評價

2.1防膨試驗評價

取新疆烏爾禾井區41井的巖樣P2W2和42井的巖樣P2W3磨碎，在2.0MPa壓力下，壓5min制成巖心，測定其在清水和體系配方、基漿中的膨脹量，結果見表4和表5。從表4和表5中可以看出，該體系配方的防膨率相對基漿有明顯的提高，說明該體系具有良好的防膨性能。

表4　41井防膨率測定結果

表5　42井防膨率測定結果

2.2降低表面張力試驗評價

表6　降低表面張力試驗結果

表7　頁巖滾動回率收對比試驗結果

按照SY/T 5370-1999規定測定表面張力，考察鉆井液的表面張力降低效果，試驗數據見表6。通過表6中試驗結果表明，與清水和基漿相比，該體系可顯著降低流體的表面張力，防止水鎖效應造成油層的損害。

2.3頁巖滾動回收試驗

稱取過6～8目篩子的烏42井產層巖屑50g，分別加入盛有350ml不同鉆井液體系的高溫老化罐中，放入滾子加熱爐中，在一定溫度(80℃)下滾動16h，取出后用40目篩回收巖屑，沖洗、烘干，稱重，計算回收率。回收率的大小說明不同鉆井液體系對產層黏土的穩定程度，試驗數據見表7。從表7看出，保護油層鉆井液系的回收率大于95%，而且從巖心形狀看，在保護油氣鉆井液中滾動后的巖心塊棱角分明，基本保持原狀，說明該鉆井液體系具有較強的抑制黏土分散的能力。

2.4耐腐蝕評價試驗

表8　鋼片在鉆井液體系中的腐蝕速率

選用N80鋼2種規格掛片，在60℃和90℃條件下，按照SY/T5405-1996[41]標準，腐蝕7d測定鋼片腐蝕速度，試驗結果見表8。試驗數據表明，鉆井液體系中的緩蝕劑抑制腐蝕的性能良好，可用于現場礦場的施工。

2.5巖心損害試驗評價

為了控制鉆井液對儲層的水敏、水鎖損害及其各種原因造成的作業時間長、洗井、作業時的壓力激動等因素，需要保證鉆井液體系對儲層的滲透率損害盡量地低。因此模擬地層情況，進行巖心滲透率傷害試驗，評價體系的油氣層保護效果。

用中性煤油正向測定巖心滲透率K1；反向擠入鉆井液2h，記錄靜濾失量；用中性煤油正向測定巖心滲透率K2。由表9和表10可以看出，該體系的巖心滲透回恢率可以達到87.5%，有良好的保護油氣層儲層的作用。

表9　配方鉆井液的巖心動態損害試驗結果

注：靜損害壓差為3.5MPa，時間為2h；巖心為人造巖心，

ΔK為滲透率恢復率；ΔK=(K2/K1)×100%。

表10　鉆井液的儲層保護效果

3結論

1) 在該鉆井液體系中加入有機陽離子和甲酸鉀，能夠顯著的提高防膨率和滾動回收率，說明其能非常有效的抑制水化。在鉆井過程中有利于保證井壁穩定性，對油氣層保護也有很好的效果。用甲酸鉀替代KCl，可以減少加量，而且不會影響鉆井液的穩定性。

2) 該鉆井液體系中的MA相比其他表面活性劑可以更加有效的降低鉆井液的表面張力，有效的緩解了水鎖反應的發生，有利于油氣層保護。

3) Na2SO3的加入，可以減緩腐蝕速率，延長了鉆具和套管的使用壽命。

4)該鉆井液體系性能穩定，各項性能均能滿足現場施工的需要。

[參考文獻]

[1]閔琪，金貴孝，榮春龍，等.低滲透油氣田研究與實踐[M].北京：石油工業出版社，1998.

[2]李品道，羅迪強，劉雨芬.低滲透油田的概念及其在我國的分布[M].北京：石油工業出版社，1998.

[3]鄢捷年.鉆井液工藝學[M].東營：石油大學出版社，2001.

[4]王松，胡三清.保護油氣層技術研究現狀調研報告[D].荊州：江漢石油學院，2001.

[編輯]辛長靜

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)16-0005-03

[中圖分類號]TE254