無黏土相鹽水儲層鉆井液體系研究

牟云龍　(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

劉衛紅　(長江大學石油工程學院，湖北 武漢 430100)

王雷， 楊培龍　(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

無黏土相鹽水儲層鉆井液體系研究

牟云龍(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

劉衛紅(長江大學石油工程學院，湖北 武漢 430100)

王雷， 楊培龍(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

[摘要]針對伊拉克Missan油田群儲層段鉆井作業中存在著卡鉆、漏失、氣侵、溢流、井壁失穩、井徑擴大等復雜事故,為了減少作業事故的發生,提高儲層保護的效果,室內通過外加劑的優選,建立了一套無黏土相鹽水儲層鉆井液體系。該體系以改性生物聚合物為流型調節劑,可降解的抗溫淀粉作為降濾失劑,并采用NaCl鹽水基液和CaCO3復合加重的方式進行體系的密度調節。鉆井液性能評價結果表明,該體系抗溫可達140℃,滾動回收率達到了95.46%,同時體系還具有較好的抗侵污能力和儲層保護效果。

[關鍵詞]儲層鉆井液;儲層保護;生物聚合物;伊拉克Missan油田

伊拉克Missan油田群位于伊拉克東南部Missan省，包括3個在生產油田：Abu Ghirab、Buzurgan和Fauqi油田，油田儲層巖性主要為碳酸鹽巖，部分地區有砂巖發育，部分層位含有微裂縫。油藏原始地層壓力系數為1.172～1.184，油藏最高溫度為120℃。從儲層段已鉆井的作業情況來看，存在著卡鉆、漏失、氣侵、溢流、井壁失穩、井徑擴大等復雜事故的發生。針對Missan油田儲層的特點，室內設計了一種無黏土相鹽水儲層鉆井液體系，該體系的各項性能完全滿足Missan油田鉆井作業的需要，同時由于不含黏土相，可以有效地保護儲層。

1試驗部分

1.1　主要試劑與儀器

1)試驗試劑降濾失劑Flocat，聚陰離子纖維素PAC-LV，流型調節劑VIS-B，加重劑CaCO3，NaOH，Na2CO3，KCl，NaCl，工業品。

2)試驗儀器ZNN-D6A型六速旋轉黏度計；GJS-B12K高頻高速攪拌器；ZNS-5A中壓濾失儀；XGRL-4滾子加熱爐(青島海通達專用儀器廠)。

1.2　鉆井液性能測試

鉆井液的流變性能、濾失性能等均按照石油天然氣行業標準SY/T 5621—1993《鉆井液測試程序》進行測定。

2鉆井液體系的確定

2.1　無黏土相鹽水儲層鉆井液體系設計

針對Missan油田儲層的特點，設計了無黏土相鹽水儲層鉆井液體系，該體系不含黏土相，可以有效地保護儲層。為了提高鉆井液攜巖和井眼清洗的效果，采用了改性生物聚合物VIS系列作為體系的流型調節劑。生物聚合物由于其獨特的分子結構，而具有獨特的理化性質，其低濃度溶液具有高黏度的特性(1%水溶液的黏度相當于明膠的100倍)，是一種高效增稠劑，具有良好的抗剪切性(假塑性)，在靜態或低剪切作用下具有高黏度，在高剪切作用下表現為黏度下降，但分子結構不變，當剪切作用消失后黏度恢復正常。這些特性應用于鉆井液中，可改善鉆井液的流變性，增強鉆井液的攜砂能力[1,2]。同時在該體系的設計中，采用了可降解的抗溫淀粉Flocat作為體系的降濾失劑。體系的密度調節則通過采用NaCl鹽水基液和CaCO3復合加重的方式進行，CaCO3不僅起到加重作用，而且也可以作為暫堵劑對裂縫性地層進行封堵，完井時可以通過酸化解堵。為進一步提高體系的濾失和流變控制能力，體系中加入了低分子量的聚陰離子纖維素類聚合物PAC-LV。通過大量的室內研究，確定體系的基本成分為：淡水+NaOH +Na2CO3+KCl +NaCl + VIS-B +PAC-LV+ Flocat + CaCO3。

2.2　流型調節劑質量分數對體系性能影響評價

鉆進儲層時，鉆井液中的膨潤土進入儲層，會給儲層帶來較大的損害[3~7]。為了減少對儲層的損害，在條件許可的情況下，應盡可能采用無黏土相鉆井液。同時為了能夠在高剪切速率下有效地破巖和在低剪切速率下有效地攜帶巖屑，要求鉆井液具有較強的剪切稀釋性，即鉆井液表觀黏度隨著剪切速率的增加而降低。為了達到這一目的，經常采用添加流型調節劑的方法來調節鉆井液的流變性能。VIS-B改性生物聚合物增黏劑是無黏土相鉆井液體系中的關鍵處理劑，其質量分數決定了鉆開液體系懸浮性能。室內評價了VIS-B質量分數變化對體系性能的影響，結果如表1所示。隨著流型調節劑VIS-B質量分數的增加，鉆井液滾后的黏度、動切力逐漸增加，濾失量逐漸降低；當質量分數為0.6%時，體系具有較好的流變性，同時濾失量也小于5mL。

表1　流型調節劑VIS-B質量分數對體系性能的影響

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對應的讀值；VAPI為API濾失量。下同。

注2：老化條件為120℃×16h；60℃測流變。下同。

注3：鉆井液配方為淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + VIS-B +0.3%PAC-LV+3.0% Flocat + CaCO3(密度為1.28g/cm3)(配方中的百分數為質量分數，下同)。

2.3　降濾失劑質量分數對體系性能影響評價

對于無黏土相的鉆開液體系，如何控制其濾失和造壁性能，保證井壁穩定顯得十分重要。室內選擇了一種可降解的抗溫淀粉Flocat作為體系的降濾失劑，并評價了不同質量分數Flocat的降濾失效果，結果如表2所示。當Flocat質量分數為2%以上時，API濾失量可以控制在5mL以內，推薦降濾失劑質量分數為2%~3%。

表2　降濾失劑Flocat質量分數對體系性能的影響

注：鉆井液配方為淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + 0.6%VIS-B +0.3%PAC-LV+ Flocat + CaCO3(密度為1.28g/cm3)。

2.4　PAC-LV質量分數變化對體系性能影響評價

PAC-LV為低分子量的聚陰離子纖維素類聚合物，其一般作為鉆井液體系的降濾失、以及流變性控制的處理劑，室內評價了該添加劑質量分數變化對鉆井液性能的影響，結果如表3所示。隨著PAC-LV質量分數的增加，體系的黏度有一定程度的增加，同時體系的濾失量有所下降，綜合考慮選擇PAC-LV質量分數為0.3%。

表3　PAC-LV質量分數對體系性能的影響

注：鉆井液配方為淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + 0.6%VIS-B +PAC-LV+ 3%Flocat + CaCO3(密度為1.28g/cm3)。

3鉆井液體系性能評價

依據添加劑的性能情況，確定鉆井液配方為：淡水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+3%KCl+16%NaCl+ 0.6%VIS-B+0.3%PAC-LV+3%Flocat+CaCO3(密度為1.28g/cm3)，并對體系的抑制性能、抗溫性能、抗侵污性能以及儲層保護效果進行了評價。

3.1　抑制性能評價

采用測定鉆井液體系的滾動回收率和防膨率的方法來測定體系的抑制性能，評價試驗結果可知，體系的滾動回收率達到95.46%，防膨率達到92.13%，表明該鉆井液體系具有很好的抑制泥頁巖水化膨脹的能力。

3.2　抗溫性能評價

溫度升高一般會導致聚合物分子鏈斷開，鉆井液體系黏度降低，添加劑失效。室內評價了不同溫度下鉆井液體系熱滾16h前后的性能變化，結果如表4所示。在140℃以內隨著熱滾溫度的增加，體系的流變性和API濾失量比較穩定，說明體系具有很好的溫度適應性和抗高溫老化能力，在140℃的條件下能夠滿足現場鉆井作業的要求。

表4　體系的抗溫性能

注：鉆井液配方為淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + 0.6%VIS-B +0.3%PAC-LV+ 3%Flocat + CaCO3(密度為1.28g/cm3)。下同。

3.3　抗地層水污染評價

Missan油田地層水具有很高的礦化度，其中Fauqi油田的礦化度高達235858mg/L，為了考察地層水的侵污對鉆井液性能的影響，在鉆井液體系內加入一定量的模擬地層水(礦化度235858mg/L)，測定鉆井液熱滾前后性能的變化，結果如表5所示。隨著地層水的加入，體系的黏度逐漸變小，濾失量變大，但總體來看，在地層水質量分數達到20%時，體系流變性能和濾失性能變化不大，說明體系具有較好的抗地層水污染的能力。

表5　體系抗地層水污染評價

3.4　抗鉆屑侵污評價

在鉆井過程中，鉆屑會侵入到鉆井液體系中，為考察鉆屑侵污對鉆井液性能的影響，在鉆井液體系內加入一定量的Missan油田現場的鉆屑，測定鉆井液熱滾前后性能的變化，結果如表6所示。當鉆屑的侵污量達到15%時，體系性能仍能保持穩定，表明體系具有較好的抗鉆屑侵污能力。

表6　體系抗鉆屑侵污評價

3.5　無黏土相鹽水鉆井液儲層保護效果評價

為了考察無黏土相鹽水鉆井液的儲層保護效果，采用Missan油田現場巖心，進行了儲層保護效果評價，結果如表7所示。采用無黏土相鹽水鉆井液污染巖心后，其滲透率恢復值為69.44%；而將污染端切除5mm后，滲透率恢復值可以達到95.93%。說明鉆井液在儲層中侵污深度有限，這是因為體系中加有CaCO3，能夠在近井地帶迅速形成暫堵層，防止固相顆粒的進一步侵入，對于Missan油田目前直井射孔完井工藝來說，該鉆井液體系可以有效地保護儲層。

表7　儲層保護效果

4結論

1)通過室內研究，建立了一套適合Missan油田直井射孔完井的無黏土相鹽水儲層鉆井液體系。

2)該體系具有較好的耐溫性能，抗溫可達140℃，體系的抑制性能優良，鉆屑的滾動回收率達到95.46%；同時體系具有較好的抗侵污能力，能有效地抵抗高礦化度地層水和鉆屑的侵污，對射孔完井具有較好的儲層保護效果。

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[編輯]帥群

[引著格式]牟云龍，劉衛紅，王雷， 等.無黏土相鹽水儲層鉆井液體系研究[J].長江大學學報(自科版) ,2015,12(26):46~49.

[中圖分類號]TE254

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)26-0046-04

通信作者：

[作者簡介]牟云龍(1984-)，男，工程師，現在從事油氣田鉆井技術工作；劉衛紅，liuweihong06@126.com。

[收稿日期]2014-09-08