高效封堵性水基鉆井液體系研究

何瑞兵，苗海龍，陳增海，徐安國，席江軍

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，河北燕郊 300450）

蓬萊19-3 油田儲(chǔ)層油層厚度為50 m～150 m，儲(chǔ)層巖性以細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖和含礫中粗砂巖為主[2]。儲(chǔ)層孔隙發(fā)育，連通性好，儲(chǔ)集空間以原生粒間孔為主，其次是粒間縫，并見少量的粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔等次生孔隙。巖心常規(guī)物性分析表明，儲(chǔ)層具有中高孔滲的儲(chǔ)集特征。油田儲(chǔ)層膠結(jié)程度差，填隙物以泥質(zhì)為主；黏土礦物為高嶺石、伊利石、蒙脫石、伊利/蒙脫石和綠泥石。黏土礦物遇水有可塑性，多數(shù)有較強(qiáng)的吸附性和離子交換性等特點(diǎn)[1]。

通過對作業(yè)期間該區(qū)塊的復(fù)雜情況統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)塊影響時(shí)效作業(yè)的主要因素多數(shù)由于該區(qū)塊地層壓力復(fù)雜、同層出現(xiàn)高壓和低壓點(diǎn)。為了提高作業(yè)時(shí)效，通過對區(qū)塊鉆井液體系的梳理，同時(shí)對鉆井液體系進(jìn)行升級(jí)和改進(jìn)，引入一種高效物理封堵劑，從而提高了鉆井液體系的封堵及承壓能力，滿足該區(qū)塊的作業(yè)需求。

1 主要處理劑的優(yōu)選

1.1 增黏劑的優(yōu)選

室內(nèi)評價(jià)了渤海油田常用的幾種增黏劑在鉆井液體系中的增黏效果，滾動(dòng)老化條件為80 ℃×16 h，基礎(chǔ)配方為：海水+0.3 %NaOH+0.2 %Na2CO3+0.2 %增黏劑+0.6 %PF-PACLV+0.8 %PF-VIF+0.6 %PF-PLH+3 %KCl+10 %NaCl+3 %PF-JLXC+3 %HP-LUBE+重晶石。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表1）。

由表1 結(jié)果可知，在相同的加量實(shí)驗(yàn)下，PFEZVIS 增黏效果略好，但是其成本過高。相比之下PFXC 的成本低且增黏效果好，已滿足現(xiàn)場作業(yè)需求，因此選擇PF-XC 為體系的增黏劑。

1.2 降濾失劑的優(yōu)選

室內(nèi)評價(jià)了不同降濾失劑在鉆井液體系中的效果，滾動(dòng)老化條件為80 ℃×16 h，基礎(chǔ)配方為：海水+0.3%NaOH+0.2 %Na2CO3+0.2 %PF-XC+0.6 %PF-PACLV+0.8 %降濾失劑+0.6 %PF-PLH+3 %KCl+10 %NaCl+3 %PF-JLXC+3 %HP-LUBE+重晶石，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表2、圖1）。

由表2 和圖1 中結(jié)果可知，不同種類的降濾失劑在相同的加量下，PF-VIF 降濾失效果最好且成本較低，因此選擇PF-VIF 作為體系的降濾失劑。

1.3 抑制劑的優(yōu)選

由于蓬萊區(qū)塊地層黏度礦物含量較高，在鉆井過程中易發(fā)生黏土水化膨脹分散。因此需要在鉆井液體系中加入性能優(yōu)良的抑制劑。室內(nèi)使用現(xiàn)場鉆屑評價(jià)了不同抑制劑在鉆井液中的滾動(dòng)回收率，從而評價(jià)其抑制效果。4 種抑制劑在鉆井液體系中的滾動(dòng)回收率（見圖2），其中PF-JLXC 和UHIB 抑制效果最好，考慮PF-JLXC 同時(shí)具有潤滑性能，因此選擇PF-JLXC 作為體系的抑制劑。

表1 不同增黏劑在鉆井液中的性能

表2 不同類型降濾失劑在鉆井液中的性能

圖1 不同類型的降濾失劑對體系濾失性能的影響

圖2 不同抑制劑在鉆井液中的回收率

1.4 潤滑劑的優(yōu)選

實(shí)驗(yàn)評價(jià)篩選了國內(nèi)外4 種高效潤滑劑，4 種潤滑劑在相同加量下對鉆井液黏度的影響較小（見圖3、圖4）。4 種潤滑劑潤滑系數(shù)都隨潤滑劑加量的增加降低，COSL Chemicals（HP-LUBE）的潤滑性能與國外產(chǎn)品相近，且成本更低，均優(yōu)于現(xiàn)有潤滑劑。因此選擇HPLUBE 為體系的潤滑劑。

1.5 承壓封堵劑的優(yōu)選

圖3 不同潤滑劑的潤滑系數(shù)

蓬萊油田儲(chǔ)層主要是明化鎮(zhèn)組和館陶組。儲(chǔ)層巖性為砂巖、粉砂巖及泥巖交互層，平均孔隙度28 %，平均滲透率為1 D，含油飽和度為50 %～70 %[3]。滲透性評價(jià)封堵儀是近年來國內(nèi)外評價(jià)鉆井液承壓封堵性能的重要手段。實(shí)驗(yàn)以750 mD 封堵砂盤作為評價(jià)介質(zhì)。將國內(nèi)外10 余種封堵材料進(jìn)行濾失測試對比評價(jià)（見圖5）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：高效物理封堵劑PF-ECOSEAL封堵能力最強(qiáng)，30 min 濾失量僅為1.8 mL。因此選擇PF-ECOSEAL 作為體系的封堵劑[4，5]。

2 體系構(gòu)建及評價(jià)

2.1 體系基本性能

經(jīng)過上述一系列實(shí)驗(yàn)，最終構(gòu)建完成了高效封堵性鉆井液體系的配方：海水+0.3 %NaOH+0.2 %Na2CO3+0.6 %PF-PACLV+0.8 %PF-VIF+0.6 %PF-PLH+0.2 %PF-XC+3 %KCl+10 %NaCl+3 %PF-JLXC+3 %HPLUBE+鉆井液總體積3%碳酸鈣+3%PF-ECOSEAL+重晶石（加重至1.30 g/cm3）（見表3）。

2.2 抗污染性能評價(jià)

圖4 不同潤滑劑對鉆井液AV 的影響

圖5 不同類型封堵劑在7 MPa 下的封堵效果

表3 高效封堵性鉆井液體系老化前后性能

圖6 鈣土污染后對濾失性能影響

鉆井液中加入不同量的鈣土，考察鉆井液體系抗污染性能，由圖6 和圖7 可知鉆井液的黏度隨著鈣土加量的增加而增加，但增加幅度很小，鉆井液API 濾失量隨鈣土加量的增加而增加，但增加幅度并不大，高溫高壓濾失量隨鈣土加量影響也不明顯。說明體系抗污染能力強(qiáng)。

2.3 承壓封堵能力評價(jià)

為了驗(yàn)證體系的承壓封堵能力，分別選擇750 mD和2 D 兩種不同滲透率的砂盤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在7 MPa、10 MPa、12 MPa、15 MPa 四個(gè)壓力段進(jìn)行承壓封堵能力評價(jià)，當(dāng)砂盤為750 mD 時(shí)，實(shí)驗(yàn)壓力為7 MPa，承壓60 min 后，濾失量幾乎不再變化。維持在5.5 mL 左右。當(dāng)實(shí)驗(yàn)壓力為15 MPa 時(shí)，承壓30 min 后濾失量僅為7.2 mL。說明體系加入高效物理封堵劑以后，對于滲透率為750 mD 的砂盤封堵效果很好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖8）。

圖7 鈣土污染后對鉆井液AV 的影響

當(dāng)砂盤為2 D 時(shí)，實(shí)驗(yàn)壓力為7 MPa，承壓120 min后，濾失量僅為6.5 mL。當(dāng)實(shí)驗(yàn)壓力為15 MPa 時(shí)，承壓30 min 后濾失量僅為7.6 mL。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖9）。說明體系對于滲透率為2 D 的砂盤同樣具有良好的承壓封堵能力，完全滿足蓬萊油田的作業(yè)需求。

2.4 儲(chǔ)層保護(hù)效果評價(jià)

實(shí)驗(yàn)對比評價(jià)了優(yōu)化前后的體系配方，考察了高效封堵性鉆井液體系對儲(chǔ)層保護(hù)效果的影響。對比結(jié)果（見表4）。

圖8 750mD砂盤時(shí)不同的起始?jí)毫Ψ舛滦Ч挠绊憟D9 2D砂盤時(shí)不同的起始?jí)毫Ψ舛滦Ч挠绊?/p>

表4 優(yōu)化前后鉆井液體系的滲透率恢復(fù)值

由表4 中可以看出，構(gòu)建的高效封堵性鉆井液體系的滲透率恢復(fù)值達(dá)95.74 %，效果最好。這是由于體系的承壓封堵能力強(qiáng)，有效降低了鉆井液中的固相顆粒侵入，減少了對儲(chǔ)層造成的傷害。說明鉆井液體系具有良好的儲(chǔ)層保護(hù)性能。

3 結(jié)論

（1）通過大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價(jià)，最終研究出一套適合蓬萊油田群的高效封堵性水基鉆井液體系，體系的具體配方為：海水+0.3 %NaOH+0.2 %Na2CO3+0.6 %PFPACLV+0.8 %PF-VIF+0.6 %PF-PLH+0.2 %PF-XC+3 %KCl+10 %NaCl+3 %PF-JLXC+3 %HP-LUBE+3 %碳酸鈣+3 %PF-ECOSEAL+重晶石。

（2）通過技術(shù)優(yōu)化，引入一種高效物理封堵劑代替多種封堵材料，性能評價(jià)結(jié)果表明，體系承壓封堵能力強(qiáng)，同時(shí)具有良好的抗污染性能以及儲(chǔ)層保護(hù)性能，能夠滿足蓬萊油田群的壓力復(fù)雜井段的作業(yè)需要。