枯竭氣藏儲氣庫環保型油基鉆井液體系研制及性能評價

殷 鵬

（大慶油田有限責任公司天然氣分公司，黑龍江大慶163457）

1 概述

由于SK儲氣庫區塊的采氣井均已開采20年以上，開采井周圍的儲層地層壓力系數較低，并且儲層埋藏較淺，巖芯物性較好，在SK儲氣庫先導試驗井鉆井過程中，鉆井液有可能發生滲漏或漏失，對儲層造成損害，使儲層滲透率下降，從而大大降低儲氣庫的注采效果[1-3]。因此需要針對性選擇合適的鉆井液體系，盡可能減少鉆井液污染儲層和防止井漏，提高儲層滲透率恢復值，保證儲氣庫達到設計注采能力。傳統的油基鉆井液雖然具有較好的保護井壁穩定性能，同時也有較大的毒性[4-5]。為此本文研發出一種環保型油基鉆井液體系，該鉆井液體系井壁穩定性好、對儲層污染小，同時還兼備屏蔽暫堵性能，對合理建設儲氣庫資源具有重要的意義。

2 鉆井液體系設計

目前油基鉆井液體系多采用柴油作為基礎油，但柴油中芳香烴含量較高，毒性、儲層污染也比較嚴重[6]。為此本文選用大慶產重烴（理化指標為：餾程80℃～270℃；硫含量260ppm；芳烴含量6%～10%；烯烴含量2.5%～3.5%）研制的低芳香烴基礎油DQ-1[7]，主要組成為C12-C22烴類物質，芳烴含量低于0.5ppm、硫含量低于0.5ppm，雜質含量低，比重小，易揮發易降解，符合環保低毒研制要求。

油基鉆井液體系中除了基礎油外，還需要對有機土、乳化劑、潤濕劑、降濾失劑四種主要組成進行優選。同時考慮到SK儲氣庫儲層物性較好且有微小裂縫，在體系中設計添加屏蔽暫堵劑，進一步減小鉆井過程中體系對儲層的損害。

2.1 有機土優選

選取四種有機土加入不同基礎油當中，在靜置24h后，測定有機土成膠率[8]。計算公式為：膠體率＝（懸濁液總量-油析出量）/懸濁液總量×100%。實驗數據見表1。

表1 有機土在不同基液中成膠數據

由表1可知，相同有機土在柴油、氣制油和DQ-1中的成膠性能有所不同，在DQ-1中的成膠率最高，其中有機土2號在DQ-1中的成膠率可以達到83%，因此優選有機土2號作為環保型油基鉆井液體系用有機土。

2.2 乳化劑優選

選取NEP-1、NEP-2、環烷酸鈣和十二烷基苯磺酸鈣，分別測定單一乳化劑、復合乳化劑的破乳電壓[9]，實驗數據見表2、表3。

表2 單一乳化劑實驗數據

由表2、表3可知，復合乳化劑的乳化效果要強于單一乳化劑，其中NEP-1和NEP-2兩種乳化劑復合比例為1∶1時的乳化效果最好，乳狀液的破乳電壓能夠達到1210V。此時油—水界面可以形成一種復合膜，乳狀液在復雜條件下依然可以保持較高的穩定性。因此優選NEP-1+NEP-2（1∶1）作為環保型油基鉆井液體系用乳化劑。

表3 復合乳化劑實驗數據

2.3 潤濕劑優選

選取ZY-1、ZY-2，分別測定10%土侵污染和10%水侵污染的鉆井液體系加入潤濕劑后的流變性能[10-11]，實驗結果見表4。

表4 潤濕劑對油基鉆井液體系性能的影響（測定溫度50℃）

由表4可知，當體系受到10%土侵污染和10%水侵污染時，僅加入0.5%的潤濕劑就可改善鉆井液的流變性，其中ZY-1的效果更好，因此優選ZY-1作為環保型油基鉆井液體系用潤濕劑。

2.4 降濾失劑優選

選取合成樹脂類I、改性樹脂類Ⅱ開展降濾失實驗，老化條件為160℃×16h，HTHP為160℃×3.5MPa，實驗數據見表5。

由表5可知，在體系中分別加入降濾失劑后，可以減小鉆井液的濾失量，其中加入改性樹脂類Ⅱ的鉆井液高壓濾失量小于等于5mL，因此優選改性樹脂類Ⅱ作為環保型油基鉆井液體系用降濾失劑。

2.5 屏蔽暫堵劑優選

基于SK儲層平均孔隙半徑為5.59μm，設計屏蔽暫堵劑顆粒尺寸為6μm，選取四種屏蔽暫堵劑進行濾失量測定[12-13]，實驗結果見表6。

由表6可知，體系中加入3%SK3的封堵效果最好，因此優選SK3作為環保型油基鉆井液體系用屏蔽暫堵劑。結合已取得較好應用的油基鉆井液體系，最后確定環保型油基鉆井液體系的配方為：基礎油（DQ-1）+有機土（1號）+2%乳化劑（NEP-1+NEP-2）+0.5%潤濕劑（ZY-1）+5%降濾失劑Ⅱ型+3%屏蔽暫堵劑SK3+2.5%氧化鈣+25%無水氯化鈣溶液+重晶石。

表5 降濾失劑實驗數據

表6 API失水和高溫高壓濾失量實驗數據

3 室內性能評價

選取環保型油基鉆井液、氣制油鉆井液、柴油鉆井液、鉀鹽共聚物鉆井液、低固相氯化鉀鉆井液和微泡沫鉆井液，開展室內儲層保護評價實驗，巖芯選用SK儲氣庫天然巖芯，實驗結果見表7。

表7 不同體系污染后巖芯滲透率恢復值

由表7可知，對于SK儲氣庫天然巖芯，油基鉆井液體系對儲層的污染要小與水基鉆井液體系，其中注入環保型油基鉆井液體系后的巖芯滲透率恢復值最高，可達96.31%，表明該體系具有較好的儲層保護性能。

4 結論

（1）加入屏蔽暫堵劑SK3后，鉆井液體系濾失量由14.9mL降低至4.4mL，表明該劑可有效暫堵SK微裂縫儲層。

（2）優選得到環保型油基鉆井液體系的配方為：基礎油（DQ-1）+有機土（1號）+2%乳化劑（NEP-1+NEP-2）+0.5%潤濕劑（ZY-1）+5%降濾失劑Ⅱ型+3%屏蔽暫堵劑+2.5%氧化鈣+25%無水氯化鈣溶液+重晶石。

（3）對于SK儲氣庫天然巖芯，注入環保型油基鉆井液體系后的巖芯滲透率恢復值最高，可達96.31%，表明該體系具有較好的儲層保護性能。