基于活性泥巖的聚合物-聚胺鉆井液室內(nèi)研究

胡偉

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

吳江

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

孫德忠

(中石油吉林油田分公司新民采油廠，吉林 松原 138000)

岳前升

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

基于活性泥巖的聚合物-聚胺鉆井液室內(nèi)研究

胡偉

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

吳江

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

孫德忠

(中石油吉林油田分公司新民采油廠，吉林 松原 138000)

岳前升

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

KL 9-1油田明化鎮(zhèn)組發(fā)育大套泥巖，黏土礦物以高混層比的伊蒙混層為主，造漿性強(qiáng)，常規(guī)聚合物-氯化鉀鉆井液因抑制性不足而出現(xiàn)起下鉆遇阻、井徑縮徑等現(xiàn)象。為提高鉆井液抑制性，通過流變性試驗、離心法膨脹試驗、滾動回收率試驗及高溫高壓膨脹試驗優(yōu)選出聚胺抑制劑SAC和大分子包被劑PAM，進(jìn)而優(yōu)化出一套聚合物-聚胺鉆井液體系，其配方為：3%海水土漿+0.1%Na2CO3+0.3%PAM+0.5%降失水劑PANS+0.5%CMS+2%SMP-1+0.5%聚胺抑制劑SAC+0.5%石墨粉。性能測試結(jié)果表明，該鉆井液泥巖滾動回收率高達(dá)93.3%，高溫高壓膨脹率僅為5.72%,抑制性能良好；高溫高壓濾失量為11.7mL，失水造壁性較好；流變性良好；污染后巖心滲透率恢復(fù)值大于80%，儲層保護(hù)效果較好；其抑制性較前期使用的常規(guī)聚合物-氯化鉀鉆井液有顯著提高，可以滿足大套活性泥巖鉆井作業(yè)需要。

聚胺鉆井液；泥巖；聚胺抑制劑；包被劑；儲層保護(hù)

KL9-1油田是渤海灣盆地一個新的待開發(fā)油田，明化鎮(zhèn)組發(fā)育大套泥巖，黏土礦物以高混層比的伊蒙混層為主，水化膨脹和造漿性強(qiáng)，前期探井和評價井鉆井過程中經(jīng)常出現(xiàn)井眼縮徑、起下鉆遇阻以及鉆井液密度上升快等現(xiàn)象，振動篩返出大量軟黏鉆屑和井壁掉塊，這表明前期所使用的常規(guī)聚合物-氯化鉀鉆井液體系難以滿足該油田開發(fā)井優(yōu)快鉆井需求，因此急需優(yōu)選出適于大套活性泥巖的強(qiáng)抑制性鉆井液。聚胺鉆井液體系是近年研制出的一種高性能水基鉆井液，通過加入聚胺抑制劑可顯著降低活性泥巖的水化膨脹而提高鉆井液的整體抑制性，在國內(nèi)外現(xiàn)場得到了較好的應(yīng)用[1～11]。下面，筆者通過滾動回收率、高溫高壓膨脹率等評價方法，對聚胺抑制劑和大分子包被劑進(jìn)行了優(yōu)選，優(yōu)化出一種具強(qiáng)抑制性的聚合物-聚胺鉆井液配方。

1 試驗部分

1.1試驗儀器與材料

1.1.1試驗儀器

D/max-2500型衍射儀；CLPZ-Ⅱ型高溫高壓智能型膨脹性測試儀；XGRL-4A型高溫滾子加熱爐；DHG-9030A型鼓風(fēng)干燥箱；ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計；SD型多聯(lián)中壓濾失儀；GGS71-B型高溫高壓濾失儀；GJSS-B12K變頻高速攪拌機(jī)；巖心流動裝置；6目、10目、40目、100目、200目標(biāo)準(zhǔn)篩。

1.1.2試驗材料

鉆屑、巖心，KL9-1-2井；模擬海水；膨潤土(鈉基)；碳酸鈣；石墨粉；聚胺抑制劑(FB40(陽離子型聚胺)，HPA(聚亞胺類)，F(xiàn)C-Amihib(多胺表面活性劑的混合物)，SAC(聚二胺類))，工業(yè)品；大分子包被劑(聚丙烯酰胺PAM，北京恒聚化工集團(tuán)有限責(zé)任公司；聚丙烯酰胺PLUS，聚丙烯酸鉀KPAM，羧甲基纖維素CMC-Ⅰ、CMC-Ⅱ)；羧甲基淀粉CMS，任丘市燕興化工有限公司；降失水劑PANS、磺化酚醛樹脂SMP-1，山東得順源石油科技有限公司。

1.2試驗方法

1.2.1黏土礦物種類及含量分析

參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5163-2010 《沉積巖中黏土礦物和常見非黏土礦物X射線衍射分析方法》，用D/max-2500型衍射儀對KL9-1-2井明上段鉆屑進(jìn)行X衍射分析，測定鉆屑的黏土礦物種類和含量。

1.2.2滾動回收率的測定

將配好的鉆井液依次裝入老化罐中，稱取KL9-1-2井明上段過6～10目鉆屑50g，分別裝入老化罐中，溫度控制在80℃，熱滾16h，用40目標(biāo)準(zhǔn)篩篩取鉆井液中的鉆屑，并用清水沖洗，然后將篩取的鉆屑放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干，再用天平稱量干燥后的鉆屑。

1.2.3高溫高壓膨脹率測定

取KL9-1-2井的泥巖鉆屑用粉碎機(jī)粉碎后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩篩取鉆屑，稱取10g樣品壓樣(壓樣條件：5MPa×10min)，在80℃×3.5MPa條件下，用CLPZ-Ⅱ高溫高壓智能型膨脹儀測試其在不同流體中的膨脹率。

1.2.4離心法測防膨率

離心法測防膨率參照SY/T 5971-2016 《油氣田壓裂酸化及注水用黏土穩(wěn)定劑性能評價方法》進(jìn)行。

1.2.5鉆井液基本性能測試

參照GB/T 16783.1-2014《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試第1部分：水基鉆井液》測試鉆井液基本性能，包括密度、流變性、濾失量等。

1.2.6鉆井液儲層保護(hù)評價

參照SY/T6540-2002 《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評價方法》對鉆井液進(jìn)行儲層保護(hù)評價，巖心來自KL 9-1-2井儲層段。

表1 KL9-1-2井明上段鉆屑黏土礦物種類和含量

注：I /%，S/%表示伊/蒙混層中伊利石、蒙脫石所占比例。

表2 KL9-1-2井鉆屑清水滾動回收率及高溫高壓膨脹率

2 試驗結(jié)果與討論

2.1明化鎮(zhèn)組泥巖理化性能分析

KL9-1油田明化鎮(zhèn)組儲層膠結(jié)疏松，屬高孔、高滲型儲層，地層溫度相對較低；儲層黏土礦物含量較高(>5%)，以伊蒙混層和高嶺石為主，蒙脫石混層比較高，屬易受污染的砂巖儲層。KL9-1油田明上段巖性以泥巖為主，黏土礦物含量以伊/蒙混層為主，含有少量伊利石、高嶺石和綠泥石，具體礦物含量見表1。鉆屑在清水中滾動回收率及高溫高壓膨脹率見表2。

由表1、表2可知，KL9-1-2井明化鎮(zhèn)組泥巖的黏土礦物主要成分為膨脹性的伊蒙混層(>80%)，表現(xiàn)為易水化膨脹，鉆屑清水滾動回收率極低，分散性強(qiáng)。因此鉆井液需具有足夠的抑制性和包被性。

2.2聚胺抑制劑優(yōu)選

采用膨潤土流變性比較法、離心法膨脹儀法、滾動回收率及高溫高壓膨脹法對HPA(聚亞胺類)、FC-Amihib(多胺表面活性劑的混合物)、FB-40(陽離子型聚胺)及SAC(聚二胺類)等4種聚胺抑制劑進(jìn)行室內(nèi)篩選試驗，評價抑制劑的抑制性能。試驗結(jié)果見表3、表4。

表3 不同鉆井液流變性

注：AV為表觀黏度，PV為塑性黏度，下同。

表4 不同抑制劑的抑制性能

表5 不同流體的鉆屑滾動回收率

聚胺能夠進(jìn)入黏土層間，通過靜電作用吸附在黏土顆粒表面，交換出層間水化陽離子，排擠出黏土層間水分子，降低黏土水化。因此聚胺能抑制黏土膨脹以及膨潤土的水化分散造漿，具有很強(qiáng)的抑制性。由試驗結(jié)果知，4種評價方法所得數(shù)據(jù)都具有相同規(guī)律，證明這4種方法評價聚胺的抑制性均具有可行性。聚胺的抑制性從高到低依次為SAC、HPA、FC-Amihib、FB-40，因此選擇SAC作為聚胺鉆井液抑制劑。

2.3包被劑優(yōu)選

室內(nèi)通過頁巖滾動回收率優(yōu)選包被劑。試驗結(jié)果見表5。試驗結(jié)果表明，明上段泥巖鉆屑分散性很強(qiáng)，在自來水中回收率僅為2.92%。絮凝作用和效果與水溶性高聚物分子量有直接關(guān)系，而且也與分子構(gòu)型有關(guān)系，一般來說，直鏈型線性高分子效果較好，這也是聚丙烯酰胺類效果要優(yōu)于其他聚合物的原因。同為聚丙烯酰胺類，PAM絮凝包被效果要優(yōu)于PLUS。因此決定選用北京恒聚生產(chǎn)的PAM(型號63008，分子量800～1000 萬)作為聚胺鉆井液的包被劑。

2.4鉆井液基本性能

通過抑制劑和包被劑的優(yōu)選，對鉆井液配方進(jìn)行優(yōu)化后得到聚合物-聚胺鉆井液體系。鉆井液體系配方為：3%海水土漿+0.1%Na2CO3+0.3%PAM+0.5%PANS+0.5%CMS+2%SMP-1+ 0.5%SAC+0.5%石墨粉，碳酸鈣加重。室內(nèi)評價聚合物-聚胺鉆井液體系和聚合物-氯化鉀鉆井液體系的基本性能，熱滾條件為80℃×16h，HTHP濾失量在80℃×3.5MPa下測量，鉆井液密度為1.15g/cm3，試驗結(jié)果見表6。試驗結(jié)果表明，聚合物-聚胺鉆井液與聚合物-氯化鉀鉆井液均具有優(yōu)良流變性，聚合物-聚胺鉆井液失水造壁性較聚合物-氯化鉀鉆井液好，能滿足鉆井工程的需要。

表6 鉆井液體系性能對比

注：YP為剪切應(yīng)力，Gel為靜切力，F(xiàn)LAPI為API濾失量，F(xiàn)LHTHP為高溫高壓濾失量。

2.5鉆井液抑制性評價

用高溫高壓膨脹法和滾動回收率法對鉆井液抑制性進(jìn)行評價，試驗結(jié)果見圖1、圖2。由試驗結(jié)果知，聚合物-聚胺鉆井液滾動回收率高達(dá)93.3%，高溫高壓膨脹率僅為5.72%，較聚合物-氯化鉀鉆井液具有更高的抑制性。

圖1 鉆屑在不同液樣中的滾動回收率 圖2 鉆屑在不同液樣中的高溫高壓膨脹率

2.6儲層保護(hù)評價

用巖心流動試驗裝置對鉆井液進(jìn)行儲層保護(hù)性能評價，巖心來自KL9-1-2井明化鎮(zhèn)組，試驗結(jié)果見表7。由試驗結(jié)果知，聚合物-聚胺鉆井液的巖心滲透率恢復(fù)值比聚合物-氯化鉀鉆井液巖心滲透率恢復(fù)值略高，儲層保護(hù)性能較聚合物-氯化鉀鉆井液好，說明聚合物-聚胺鉆井液能滿足儲層保護(hù)要求。

表7 鉆井液儲層保護(hù)對比

注：Ko為巖心初始滲透率；Kd為巖心截去0.5cm后測得的滲透率。

3 結(jié)論

1) KL9-1油田明化鎮(zhèn)組泥巖黏土礦物主要以膨脹性的高混層比的伊蒙混層為主，易水化膨脹，清水滾動回收低，膨脹性強(qiáng)，該活性泥巖地層要求鉆井液具有強(qiáng)的抑制性和包被性。

2)通過活性膨潤土流變性、膨脹率和離心法等評價方法優(yōu)選出聚胺類抑制劑SAC。

3)基于KL9-1油田明化鎮(zhèn)組活性泥巖，優(yōu)化出聚合物-聚胺鉆井液配方為：3%海水土漿+0.1%Na2CO3+0.3%PAM+0.5%降失水劑PANS+0.5%CMS+2%SMP-1+0.5%聚胺抑制劑SAC+0.5%石墨粉。該鉆井液具有優(yōu)良流變性、失水造壁性和強(qiáng)抑制性，儲層保護(hù)效果好。

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[編輯] 趙宏敏

TE254.1

A

1673-1409(2017)17-0012-04

2017-06-10

中國海洋石油總公司研究總院ODP項目(CCL2015RCPS0173PSN)。

胡偉(1993-)，碩士生，現(xiàn)主要從事鉆完井液與儲層保護(hù)方面的研究工作。

岳前升(1973-)，男，博士，副教授，現(xiàn)主要從事鉆完井液與儲層保護(hù)方面的教學(xué)和研究工作，yueqiansheng@163.com。

[引著格式]胡偉，吳江，孫德忠，等.基于活性泥巖的聚合物-聚胺鉆井液室內(nèi)研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2017,14(17):12～15,25.