渤海油田抗高溫防塌型鉆井液體系的研究與應用

陳強

(中海油田服務股份有限公司油田化學事業部塘沽作業公司，天津 300452)

渤海油田抗高溫防塌型鉆井液體系的研究與應用

陳強

(中海油田服務股份有限公司油田化學事業部塘沽作業公司，天津 300452)

[摘要]渤海油田地層夾層多且復雜，泥巖段極易水化膨脹，鉆井液維護難度大，難以維持井壁穩定。在對抗高溫穩定劑研究的基礎上，研發了一套適合于渤海油田砂泥巖互層鉆井的抗高溫防塌型鉆井液體系。室內研究結果表明，該鉆井液體系在高溫高壓條件下流變性穩定，懸浮攜砂性能好，防塌抑制能力強。該鉆井液在渤海油田2個區塊井段成功應用，現場易于維護，鉆井施工順利，很好地解決了渤海油田沙河街組地層砂泥巖互層井壁失穩問題。

[關鍵詞]防塌鉆井液；鉆井液穩定劑；有機鹽；井壁穩定；渤海油田

渤海油田在鉆井開發過程中，深部地層的泥頁巖垮塌、井壁失穩系列問題一直困擾著該油田的高效開發。傳統的PEM鉆井液體系(水基防塌鉆井液)不能滿足鉆井作業要求，井眼垮塌造成提前完鉆，導致部分進尺報廢，或者更改增加一層套管程序，大大提高了鉆井的成本，部分井沒有實現獲得深部地層地質數據的鉆井目的。將甲酸鹽引入到渤海油田傳統的PEM鉆井液體系中，滿足了大部分深部地層的防塌問題，但有機鹽的含量增大，引起了鉆井液自身懸浮能力的明顯下降，出現了重晶石沉降、高溫高壓失水增加等問題。基于鉆井液穩定劑與甲酸鹽，研發了一套抗溫性能穩定、懸浮性能優異的防塌型甲酸鹽鉆井液體系，很好地解決了渤海油田沙河街組地層泥頁巖井壁失穩問題，降低了井下復雜情況的發生率。

1渤海油田鉆井液技術難點

渤海油田東營組、沙河街組地層存在泥巖砂巖互存，泥巖易水化膨脹，出現掉塊坍塌，需要解決井壁穩定問題。根據前期開發的實鉆情況，歸納發現鉆井方面主要有以下問題：①起下鉆困難，嚴重時導致卡鉆事故；②井眼垮塌造成提前完鉆，導致部分進尺報廢。

根據該油田以前的鉆井經驗和鉆井液使用的情況，發現鉆井液維護的難點主要表現在以下幾個方面：①黏度增加，導致流變性變差，泵壓增加；②密度增加，導致液柱壓力增加，經常誘發井漏的發生；③失水增加，泥餅變厚，導致起下鉆困難；④鉆井液懸浮能力下降，出現鉆具黏卡等情況[1，2]。

2抗高溫防塌型鉆井液技術與作用機理

如果鉆井液在流變性、造壁性、穩定性、固相含量等方面的性能會發生大幅改變，則會誘發井漏、井壁失穩、卡鉆等井下復雜情況。鉆井液性能的維護不僅關系到井下作業安全，更是影響鉆井作業效率和成敗的關鍵因素。筆者主要以鉆井液穩定劑PAC-T、甲酸鹽和聚合醇為基礎，在分析其作用機理的基礎上，建立了一套防塌型鉆井液體系。

1)作用機理PAC-T為淡黃色或乳白色黏稠狀乳液，是經多功能單體聚合而得的聚合物，有良好的耐鹽、耐高溫能力。PAC-T高分子微球可以作為流型調節劑和高溫穩定劑，填充并占據層狀膨潤土搭接的空間結構內，改變膨潤土粒子的剛性搭接程度，降低溫度變化對鉆井液性能的影響，從而維持高溫鉆井液的流變性。PAC-T鉆井液穩定劑的主要作用機理及功能特點如下：①納微米聚合物微球，提高高溫穩定性，減少高溫降解與斷鏈的問題；②納微米聚合物顆粒，與膨潤土進行顆粒級配，提高膨潤土在高溫下的穩定性，改善鉆井液的流變性能，防止鉆井液中膨潤土或加重材料沉降；③納微米聚合物顆粒，配合其他降濾失劑，能降低鉆井液失水，提高鉆井液對孔隙的封堵能力；④納微米聚合物顆粒及乳液外觀特征，有利于提高鉆井液的潤滑性能。甲酸鹽鉆井液的礦化度遠遠高于地層水，地層水向體系中反滲透，即使少量濾液進入地層，滲透距離也會小于一般鉆井液。不會引起黏土的水化分散，甲酸鹽離子能大量地侵入巖屑表面的水化層，壓縮水化膜的厚度，阻止巖屑的水化膨脹分散，有利于巖屑的清除，提高體系的防塌抑制性。聚合醇的濁點效應使其形態隨井下溫度發生變化，能在井壁、鉆屑和鉆具上形成憎水性分子膜，阻止泥頁巖水化分散，通過穩定井壁、抑制鉆屑水化分散而達到穩定鉆井液性能、降低鉆具扭矩。

2)抗高溫防塌型鉆井液體系抗高溫防塌型鉆井液體系基本組成為：鉆井液穩定劑PAC-T、甲酸鹽、降濾失劑、聚合醇等[3～8]。基礎配方為：3%海水膨潤土漿+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%膠凝劑XC+1%包被劑PLH+1%磺化酚醛樹脂SMP+1.5%降濾失劑TEMP+1.5%磺化瀝青FT-1+1.5%低滲透成膜劑LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+穩定劑PAC-T +重晶石(配方中的百分數為質量分數，下同)。

3室內研究

3.1抗高溫防塌型鉆井液的基本性能

依據鉆井液添加劑的作用機理，在傳統的PEM鉆井液中引入甲酸鉀，通過室內試驗確定抗高溫防塌型鉆井液體系，評價了不同溫度老化后穩定劑PAC-T對體系性能的影響，如表1所示。

表1　PAC-T對體系性能的影響

注1：μa為表觀黏度；μp為塑性黏度；τd為動切力；Nφ6、Nφ3分別為六速旋轉黏度計6、3r/min對應的讀數；VAPI為濾失量；Vhthp為高溫(120℃)高壓濾失量。

注2：基漿為3%海水膨潤土漿+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%膠凝劑XC+1%包被劑PLH+1%磺化酚醛樹脂SMP+1.5%降濾失劑TEMP+1.5%磺化瀝青FT-1+1.5%低滲透成膜劑LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+重晶石。下同。

表2　防塌型鉆井液體系的懸浮穩定性

鉆井液中加入PAC-T后，鉆井液黏切略有增加，失水量顯著降低。試驗表明，PAC-T在體系中起到良好的護膠、穩定、降濾失的作用，顯著地降低了鉆井液的常溫及高溫高壓失水量。

3.2抗高溫防塌型鉆井液的懸浮穩定性能

室內配制基漿500mL，倒入500mL量筒與老化罐中，在室溫及高溫下靜置觀察鉆井液體系分層及沉降情況(表2)。常溫下靜置7d后，加入PAC-T鉆井液穩定劑的體系沒有分層及沉降產生，且上下密度差僅0.02g/cm3；140℃高溫靜置3d后，加入PAC-T鉆井液穩定劑的體系略有沉降，上下密度差僅0.08g/cm3，但較未加入PAC-T的鉆井液要明顯改善很多。這說明抗高溫防塌型鉆井液體系具有較好的懸浮穩定性。

因此確定抗高溫防塌型鉆井液體系配方為：3%海水膨潤土漿+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%膠凝劑XC+1%包被劑PLH+1%磺化酚醛樹脂SMP+1.5%降濾失劑TEMP+1.5%磺化瀝青FT-1+1.5%低滲透成膜劑LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+0.5%穩定劑PAC-T +重晶石(密度為1.45g/cm3)。

3.3抗高溫防塌型鉆井液的防塌抑制性能

350mL鉆井液體系中加入烘干的6～10目露頭土50g，在140℃下滾動老化16h，冷卻，鉆井液過40目篩回收露頭土顆粒，烘干,稱重，計算回收率。室內回收率試驗結果如表3所示。該鉆井液體系有很好的抑制性能，能有效抑制黏土水化分散，穩定井壁。

表3　鉆井液體系抑制性評價結果

表4　鉆井液體系的潤滑性能評價結果

3.4抗高溫防塌型鉆井液的潤滑性能

室內采用E-P極壓潤滑儀對鉆井液體系的潤滑性能進行了評價，結果如表4所示。該鉆井液體系具有良好的潤滑性能，能有效降低鉆具扭矩。

4現場應用情況與效果

抗高溫防塌型鉆井液在渤海油田2個區塊井段成功應用。

5結論與認識

1)鉆井液穩定劑PAC-T的加入能夠明顯提高鉆井液的綜合性能，在流變性、高溫高壓降失水性、懸浮穩定性等方面均具有較好的性能。

2)抗高溫防塌型鉆井液具有很強的防塌抑制性和抗溫性，二次滾動回收率達到了89%，在140℃下靜置3d，井筒內鉆井液密度差僅0.08g/cm3，具有較好的懸浮穩定性能。

3)現場應用結果表明，抗高溫防塌型鉆井液有利于砂泥巖互層的井壁穩定，提高了鉆井速度，有效解決了油田砂泥巖互層復雜層段的井壁失穩問題，保證了作業的安全和效率。

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[編輯]帥群

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)17-0050-04

[中圖分類號]TE254