高溫高密度無黏土相鉆開液室內研究

文 華 陳 毅 侯 煉

（1.長江大學 石油工程學院，湖北 武漢 430100；2.中石化西南石油工程有限公司湖南鉆井分公司，湖南 長沙 410000）

隨著石油工業的發展， 我國大部分油田開發利用己進入中后期階段，需要打超深井、高溫井等高難度井，開采難度增加。 現用的鉆井液體系，通常是以黏土作為鉆井液性能調節的基本物質， 使鉆井液中亞微米固相顆粒大量存在，造成鉆進時鉆速較低，而且高溫條件下鉆井液性能不穩定， 從而使鉆井成本顯著增加并對油氣層造成損害。 高密度鉆井液中固相含量一般都較高，而高固含會導致鉆井液流的變性能難以控制。 通常需要使用稀釋劑來調節鉆井液的流變性， 使得高溫高密度鉆井液的處理變得十分復雜。 室內針對這些問題，設計了一套高溫高密度無黏土相甲酸鹽鉆開液體系[1]。 體系的基本配方為：淡水＋0.4%VIS-B＋0.9%SPD＋2.5%FLOCAT＋320%HCOOK＋160%JQWY+1.5%2100BS（ρ=1.8g/cm3）

1 鉆開液體系的性能優選

1.1 增粘劑的質量分數對體系性能的影響

表1 VIS-B 加量變化對性能影響

高溫高密度無黏土相鉆井液體系流變性是通過聚合物處理劑來調節， 通過篩選優選出了VIS-B 作為甲酸鹽鹽水的增黏劑。 從表1 中實驗結果可以看出，隨著VIS-B加量的增加， 體系的黏度和切力逐漸增大， 動塑比（τd/μp）卻基本無變化，Φ6/Φ3 逐漸增大，即體系的低剪切黏度增大。 當VIS-B 加量達到0.4%～0.5%時，體系的Φ6/Φ3值和動切力相對較高，基本可以滿足鉆井施工的要求。 后續評價中選用VIS-B 加量為0.4%。

1.2 降濾失劑的質量分數對體系性能的影響

表2 FLOCAT 加量變化對鉆井液性能影響

表2 為降濾失劑FLOCAT 質量分數1.5%～3.0%之間體系流變性能，從表中可以看出，隨著FLOCAT 加量的增加，體系的黏度略微增大，體系的API 失水量逐漸變小。在超過2%的加量時， 體系的API 濾失量可以控制在5ml以內，可滿足鉆井施工的要求。 推薦降失水劑加量控制在2%～3%之間， 后續的實驗評價中確定FLOCAT 加量為2.5%。

2 體系綜合性能評價

2.1 抗侵污性能評價

表3 體系抗侵污性能

為了確保鉆井液在受到侵污后， 仍能夠保持較穩定的鉆井液性能，室內評價了體系對鉆屑、搬土、海水以及鹽類的抗侵污能力[2]。 從表3 中可以看出體系在15%搬土侵污下，黏度略微增大，失水保持不變；在15%鉆屑侵污下，黏度和失水略微增大；在10%硫酸鈣侵污下流變性能基本無變化，失水略微增大，顯示了體系良好的抗侵污性能。

2.2 抗溫性能評價

室內評價體系在65℃～146℃的溫度下老化后流變性能變化情況。 從表4 中可以看出，隨著老化溫度的升高，體系的失水量逐漸增大，因溫度的升高，導致體系中淀粉類降失水劑FLOCAT 發生了部分高溫降解， 從而導致體系失水增大。 但溫度在146℃以下時，體系仍可以保持穩定。

2.3 密度變化

體系以甲酸鉀鹽水作為基液， 其飽和密度可以達到1.59g/cm3，通過加入少量的JQWY 就可以配制密度至1.8 g/cm3，可以有效的降低體系中惰性固相的含量，減少儲層損害。 實驗室評價了密度1.6～1.8g/cm3鉆井液的流變性能， 從表5 中可以看出該體系在不同密度下均有良好的流變性能。

2.4 抑制性能評價

抑制性反映了鉆井液穩定井壁的能力， 室內通過滾動回收率考察了該體系的抑制性能。105℃下烘干的6～10目鉆屑50g，146℃老化16h 后，40 目篩出，烘干至恒重，計算滾動回收率為98.3%， 表明該體系具有良好的抑制性能。 潤滑性能反映了現場扭矩的大小，摩阻系數越低，扭矩越小。 室內使用Baroid 公司生產的鉆井液極壓潤滑儀來評價體系的潤滑性，計算摩阻系數為0.115，具有良好的潤滑性能。

2.5 潤滑性能評價

鉆井液的潤滑性能對減少卡鉆等井下復雜情況，保證安全、 快速鉆進起著至關重要的作用。 實驗室內使用Baroid 公司生產的鉆井液極壓潤滑儀來測定[3]。 摩阻系數

表4 體系的抗溫性能

表5 密度變化對體系性能的影響

計算方法為：

摩阻系數=極壓潤滑儀樣品扭矩讀數/100

表6 潤滑劑加量對潤滑性的影響

從實驗結果可以看出，隨著潤滑劑加量的增大，體系摩阻系數降低， 表明加入的潤滑劑能有效的降低鉆井液的摩擦阻力，體系具備良好的潤滑性能。

2.6 體系儲層保護性能評價

參照石油天然氣行業標準SY/T6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》， 采用巖芯流動實驗儀、鉆井液靜損害實驗儀等裝置模擬鉆井條件，在壓差3.5MPa、溫度90℃條件下， 巖芯污染后模擬氣層不同含水飽和度下的氣體滲透率。計算滲透率恢復值為55.19%，由于體系中JQWY 起到了暫堵作用，滲透率恢復值不高，采用隱形酸完井液完井后 （配方： 水+1%HTA+2%HCS+1.5%CA101），氣測滲透率恢復值達到94.45%。

3 結論

3.1 通過室內研究， 確定了高溫高密度無黏土相鉆開液體系最佳配方： 淡水＋0.4%VIS-B＋0.9%SPD＋2.5%FLOCAT＋320%HCOOK＋160%JQWY+1.5%2100BS（ρ=1.8g/cm3）。

3.2 該體系以甲酸鉀鹽水作為基液， 其飽和密度可以達到1.59g/cm3， 通過加入少量的JQWY 就可以配制密度至1.8g/cm3， 可以有效地降低體系中惰性固相的含量，減少儲層損害， 后期酸化完井后滲透率恢復值可達94.45%。

3.3 體系中沒有使用膨潤土來調節體系黏度， 從而避免膨潤土在高溫下不穩定造成的體系流變性能難以控制的問題，同時減少了亞微米固相顆粒，利于提高機械鉆速和保護儲層。

3.4 該體系具備良好的抑制性能， 其滾動回收率可達到98.33%，體系添加劑較少，抗污染能力強，添加了高溫穩定劑SPD，使其抗溫達到146℃。

［1］楊玻，黃林基，等.無黏土低固相甲酸鹽鉆井液［J］.鉆采工藝，2001，24（4）:58-60.

［2］王元慶，許明標，等.高溫無固相甲酸銫鉆井液室內研究［J］.河南科技，2013，29（1）:86-87.

［3］丁彤偉，鄢捷年，馮杰，等.抗高溫高密度水基鉆井液體系的室內實驗研究 ［J］. 中國石油大學學報 （自然科學版），2007，31（2）:73-78.