國內低滲油氣藏鉆井液體系發展現狀

鄭士權，楊淑君，王永生，許 均，吳 彬，王 薦

（1．大慶鉆探工程公司國際事業部，吉林 松原138000；2．江漢油田鉆井一公司泥漿站，湖北 潛江433121；3．大慶鉆探工程公司鉆井工程服務公司，吉林 松原138000；4．中國石油西部鉆探工程公司，新疆 烏魯木齊830011；5．湖北漢科新技術股份有限公司，湖北 荊州434000）

隨著石油工業的不斷發展以及開采的不斷進行，目前低滲油氣藏在我國已相當普遍，其中滲透率小于50×10－3μm2的低滲油氣藏的地質儲量約占全國總儲量的25%，而低滲油氣藏的天然氣儲量所占比例更高，因此，開發好低滲油氣藏對我國石油工業今后的持續發展有著十分重要的意義［1］。

低滲油氣藏地質條件復雜，開采難度很大。低滲油氣藏的特殊性又決定了其比常規油氣藏更容易受到損害也更難解除損害，一旦受損就很容易喪失工業性產能。保護好低滲儲層、盡可能地降低油氣層損害對低滲油氣藏的勘探與開發至關重要。因此，國內外對于低滲油氣藏儲層損害機理及其控制都給予了足夠重視，并針對低滲油氣藏的開發研制了相應的鉆井液體系［2－5］。

作者在此對國內低滲油氣藏鉆井液體系發展現狀進行了總結。

1 MMH 正電膠鉆井液體系［6，7］

MMH正電膠鉆井液體系是混合金屬氫氧化物體系的簡稱，其主劑MMH是一種以鋁、鈣、鎂等混合而成的無機氫氧化物。該體系具有獨特的流變性：靜止時呈現假性固體狀態，具有一定彈性；攪拌時產生極強的剪切稀釋性能，即“固－液雙重性”。這主要是形成的MMH－粘土－水復合體結構不同所引起的。靜止時體系的水全部被極化后可形成網架結構，結構強度大，表現為靜切力較高，但這種結構很容易被破壞，所以攪拌時很容易稀化。同時，極化水鏈結構破壞和形成均十分迅速，因此，假性固體相流體的轉化或反轉化都可在很短時間內完成。

MMH正電膠鉆井液體系獨特的空間網絡結構致使體系內沒有獨立的粘土顆粒存在，這就制約了粘土顆粒向油氣層孔喉內侵入，尤其對于低滲油氣藏，可以有效阻止鉆井液固相及濾液的侵入。

MMH正電膠鉆井液體系自1991年以來已在國內大部分低滲油氣田得到應用，其抑制能力強、懸浮性能好、對巖心滲透率恢復值高，和優質、高效、低耗的屏蔽暫堵保護技術結合應用效果良好。

2 聚合醇鉆井液體系［8，9］

聚合醇鉆井液體系是20世紀90年代初發展起來的，旨在解決聚合物水基鉆井液工程性能的不足以及油基鉆井液存在的環境污染，該體系以聚合醇為主要處理劑，并與聚合物大分子處理劑及相關處理劑協同作用。

聚合醇是一類以聚氧丙烯段作為疏水基團、聚氧乙烯段作為親水基團的嵌段非離子型低分子量聚合物，其結構通式為：

HO［CH2CH2O］x［CH（CH3）CHO］y［CH2CH2O］zH

濁點（CPT）是聚合醇的最主要特性之一，聚合醇分子具有兩親結構（R－O－R），由于結構中的空間位阻效應，在低溫條件下表現為親水特性，當溫度達到一定值時，則轉變為親油特性，其轉變溫度即為濁點。鉆井液中加入一定濁點的聚合醇后，當地層溫度高于聚合醇濁點時，聚合醇轉變為親油特性，相分離吸附成膜，使鉆井液表現出類似于油基泥漿的特性，提高泥餅膜效率，減緩濾液和壓力的侵入，從而有利于井壁穩定和儲層保護；在鉆井液上返過程中，地層溫度不斷降低，當鉆井液溫度低于濁點時，聚合醇會脫附變為親水特性，因此又具有良好的環保特性。

研究表明，當溫度高于濁點時聚合醇在粘土表面的吸附能力大幅增強，其親油特性使其大量吸附在鉆屑表面并將鉆屑表面的親水性質改變為親油性質，從而避免鉆屑水化分散和防止泥包。聚合醇在濁點附近溫度下在粘土表面的吸附量見圖1。

圖1 濁點溫度附近聚合醇在粘土表面的吸附量Fig．1 The adsorption quantity of polycol on clay surface at the temperature around its CPT

不僅如此，溫度高于濁點時聚合醇還能形成分子膠束，能有效封堵孔喉和微裂縫，從而降低泥餅的滲透率，提高地層承壓強度。同時還能明顯降低油－水界面張力及氣－液表面張力（表1），對于低滲油氣藏防止水鎖、保護油氣層起到很好的作用。

表1 聚合醇體系的氣－液表面張力及油－水界面張力／mN·m－1Tab．1 The gas－liquid surface tension and oil－water interfacial tension of polycol system／mN·m－1

3 甲基葡萄糖苷鉆井液體系［10，11］

甲基葡萄糖苷鉆井液體系是近年來研發的一種新型水基鉆井液體系。該鉆井液具有與油基鉆井液相似的性能，可以有效抑制頁巖水化并維持井眼穩定，還具有良好的潤滑性、抗污染能力以及儲層保護特性，并且無毒、易生物降解，環境污染很小。

甲基葡萄糖苷鉆井液體系主要是選用按一定比例混合的甲基葡萄糖苷和水的混合液作為基液，然后加入一定量的增粘劑和降濾失劑，體系成分簡單。

甲基葡萄糖苷鉆井液體系的主要成分為甲基葡萄糖苷，它是由淀粉經高溫降解為葡萄糖，然后與甲醇反應，再經分離、提純獲得，原料來源廣、價格低廉，所以成本相對較低。其作用機理主要為：

（1）甲基葡萄糖苷分子通過親水羥基吸附在井壁和巖屑上形成半透膜，提高頁巖的膜效率，從而有效減緩壓力傳遞和濾液的侵入，達到抑制頁巖水化及孔隙壓力增大的目的，最終穩定井壁。

（2）甲基葡萄糖苷基液能配制出濾失性能優良的鉆井液，能很快形成低滲透的致密濾餅，具有良好的膜效率，可有效控制固相和濾液侵入引起的儲層傷害。

（3）甲基葡萄糖苷可以降低濾液的化學活性，實現對泥頁巖膨脹壓的有效控制，阻止水分子向泥頁巖中滲透。

資料顯示，濃度為80%的甲基葡萄糖苷溶液的LC50值高于500×10－3，遠遠超過了美國環保局（EPA）所規定的排放標準，具有極好的環境保護特性。

4 可循環微泡沫鉆井液體系［12，13］

近年來國內外推出了一種新型的、可循環使用的、成本較低的低密度鉆井流體——可循環微泡沫鉆井液體系，很好地解決了一些低滲儲層較多、儲層裂縫發育、承壓能力低、地層壓力較低、滲透率較高，用正壓差鉆井很容易給地層造成傷害的油田鉆井作業難題，主要用于低滲油氣藏、壓力衰竭油氣藏的儲層保護、鉆井時漏失嚴重地層以及一些用常規鉆井液體系難以實施的低密度欠平衡鉆井作業等。

可循環微泡沫鉆井液體系由氣、液兩相或氣、液、固三相組成，體系內的氣泡以均勻、非聚集、非連續態存在，氣體含量小于普通泡沫。單從相的組成上看，可循環微泡沫鉆井液與普通泡沫鉆井液無甚差異，但兩者的相態結構差異明顯。普通泡沫的氣泡半徑較大，液膜很薄，氣泡之間排列緊密，存在明顯的Plateau交界，氣泡形狀為不規則多邊形，且大小分布不均；而可循環微泡沫體系的氣泡半徑很小，液膜較厚，其尺寸與氣泡半徑相當，泡與泡之間分散排列，氣泡大小分布較為均勻，幾乎不存在Plateau交界。

可循環微泡沫鉆井液具有以下優點：

（1）有利于機械鉆速的提高。鉆井作業時，由于可循環微泡沫鉆井液體系的密度較小且可調（0．4～0．9 g·cm－3），所產生的液柱壓力降低，使得井底被破碎的巖石的“壓持效應”減小。此外，采用可循環微泡沫流體鉆進能在井底巖縫中形成一個振動的液層，類似于沸騰層，產生“穴蝕”作用。

（2）有利于儲層污染的降低。由于液柱壓力較低，故鉆井液滲入地層的深度和儲層的污染程度大大減小，有利于保護油氣層。

（3）有利于防止井漏的產生。同樣由于液柱壓力較低，可能使鉆進過程中泡沫流體的密度低于地層壓力系數，或當量循環密度低于易漏地層的臨界漏失壓力，使得井漏的幾率和程度大為減小。

（4）有較強的攜砂能力。因為泡沫流體基液的粘度一般較高，泡沫體系的粘度也相應較高，其攜帶鉆屑的能力較強，大大避免了巖石的重復切屑，井眼凈化能力得到改善。

5 低自由水鉆井液體系［14，15］

低滲油氣藏具有典型的低孔、低滲特征，鉆進過程中外來流體的進入容易造成氣流阻力的進一步加大，從而影響低滲油氣藏的發現、判斷及后期開采。低自由水鉆井液體系針對鉆井液自由水的流動狀態，在保證鉆井液正常流動的情況下采用特殊的自由水絡合劑有效絡合鉆井液中的自由水，從而使體系對液相的束縛力大于地層孔喉的毛細管力及自吸水力，進而減少濾液侵入地層的量和深度。同時，鉆井液體系中引入了能顯著降低氣－液表面張力和油－水界面張力的表面活性劑，以減小液相流放阻力及氣流阻力，也有利于保護低孔低滲油氣藏。

室內研究結果表明，低自由水鉆井液體系與其它常用的鉆井液體系相比具有較低的自由水含量，幾種鉆井液體系自由水含量的對比見圖2。

低自由水鉆井液體系目前已經在中海油上海分公司的麗水、寧波、天外天等區塊低孔低滲油藏以及冀東南堡油田玄武巖層理發育地層20余口井成功應用。現場應用結果表明，該體系具有很好的流變特性、潤滑性、抑制性及封堵能力，不僅解決了井壁穩定問題，同時提高了機械鉆速、減小了鉆井液密度、縮短了鉆井周期。

6 結語

圖2 不同鉆井液體系自由水含量對比Fig．2 Comparison of free water contents in different drilling fluid systems

低滲油氣藏由于孔喉尺寸小，固相顆粒不足以進入地層，因此傳統意義上的屏蔽暫堵、提高泥餅質量等方式并不適用于低滲油氣藏，最主要的保護是減輕液相侵入造成的污染以及減少低滲油氣藏的自吸水量。因此，如何降低鉆井液濾液的侵入量、濾液的氣－液表面張力及油－水界面張力是選擇適合低滲油氣藏的鉆井液體系的關鍵。

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