可循環油基泡沫鉆井液體系室內評價及應用

王廣財，張榮志

（中石油吐哈油田分公司工程技術研究院，新疆 鄯善 838202）

曾翔宇

（中石油吐哈油田分公司開發部，新疆 鄯善 838202）

楊官杰

（中石油西部鉆探國際鉆井公司，新疆 烏魯木齊 830000）

熊萱

（中國石油大學石油工程學院，北京 102200）

吐哈油田致密油氣藏強水敏、低壓、低滲儲層較為普遍，儲層微裂縫發育，壓力系數小于0.90，用常規鉆井液體系無法實現近平衡壓力鉆井，且會對儲層造成嚴重污染［1］。為此，針對吐哈油田致密油氣藏地層特點，筆者研發了一種可循環油基泡沫鉆井液體系，并通過室內試驗對油基泡沫鉆井液的性能進行了評價。

1 可循環油基泡沫鉆井液體系

油基泡沫鉆井液技術以油相抑制頁巖水化膨脹、地層造漿，防止儲層發生水敏而傷害儲層，以泡沫降低鉆井液密度，封堵防漏，以微泡沫為連續相實現泵送。該技術已成為鉆探高溫深井、大斜度定向井、水平井、各種復雜井段和儲層保護的重要手段［2］。油基泡沫鉆井液需解決2大難題，一是油具有較低的表面張力，本身對水基泡沫具有消泡作用，需要解決在非極性溶劑中發泡的難題；二是油為連續相，水基穩泡材料在油中不具有穩泡作用，需要解決在非極性溶劑中穩泡的難題［3］。

1.1 油基泡沫鉆井液發泡劑優選

選用斯盤80、長鏈烷基苯磺酸鈉、聚異丁烯和高抗油發泡劑DRfoam－2等4種發泡劑，分別在原油體積比占70% 的鉆井液中測試發泡效果，基液總體積為400ml，所用原油密度為0.83g／cm3，鉆井液為聚合物鉆井液，密度1.06g／cm3，攪拌速度為12000r／min。試驗表明，DRfoam－2發泡劑在不同加量條件下發泡體積最大，泡沫總體積達到890ml，優于其他3種發泡劑，初步優選確定DRfoam－2作為發泡劑 （見圖1）。

圖1 發泡劑發泡體積對比

1.2 油基泡沫轉化劑優選

以30%清水＋70%原油＋2%膨潤土作為基漿，研究了不同油基轉化劑加量對泡沫鉆井液性能影響，試驗結果見表1。結果表明，隨油基轉化劑加量增加，鉆井液體積和密度變化不大，鉆井液半衰期在不斷增大，鉆井液的穩定性也不斷增強。油基轉化劑的合理加量為0.3%～0.5%。

表1 油基轉化劑對鉆井液性能影響

2 可循環油基泡沫鉆井液性能室內研究

2.1 油基泡沫鉆井液發泡效果評價

室內試驗采用米氣7H井現場的鉆井液進行，選用新型發泡劑Drfoam－2，采用高速攪拌器發泡配制油基泡沫，其發泡原理是通過攪拌器葉輪在油水混合物中高速旋轉，空氣進入基液而形成泡沫流體［3］。采用該方法評價了發泡劑Drfoam－2在油基鉆井液中的發泡能力。

發泡劑加量與發泡體積、鉆井液密度關系圖分別如圖2和圖3所示，由圖2和圖3可以看出，發泡劑加量為0.1%～0.7%時，發泡體積隨加量增加呈線性增加，發泡體積達2倍以上，密度隨發泡劑的加量增加而降低，可降至0.40g／cm3。以上數據證明，發泡劑可有效解決在非極性溶劑中發泡的問題。

圖2 發泡劑加量與發泡體積關系圖

圖3 發泡劑加量與鉆井液密度關系圖

圖4 半衰期隨穩泡劑加量變化曲線

2.2 油基泡沫鉆井液的穩泡效果評價

增加油基泡沫液相黏度和表面黏度，使表面膜強度增高，可大大提高油基泡沫穩定性。試驗采用油溶性聚合物作為穩泡劑，在Drfoam－2加量為0.7%的油基鉆井液中，加入不同量的聚合物增黏劑，在12000r／min下攪拌10min，觀察其半衰期。圖4為油溶性聚合物增黏劑在油基鉆井液中的穩泡能力。由圖4數據可以看出，聚合物增黏劑在油基鉆井液中的加量為0.3%以上時，半衰期可達10h以上，基本能滿足鉆井需求，可滿足在非極性溶劑中的穩泡問題。

2.3 油基泡沫鉆井液流變性能評價

在米氣7H井現場取油基泡沫鉆井液樣，進行流變性能測試，表2為不同溫度下熱滾16h，并冷卻至室溫后測量油基泡沫鉆井液的流變性能。由表2數據可以看出，油基泡沫鉆井液在室溫和高溫熱滾后都具有較高動切力 （YP）、較低塑性黏度 （PV）和較高動塑比，表明油基泡沫鉆井液的塑性黏度越低，越有利于提高鉆速；動切力越高，剪切稀釋性增強；動塑比越高，油基泡沫鉆井液攜帶能力提高。因此，油基泡沫鉆井液體系具有較好的流變性能、攜砂能力和懸浮能力，能夠滿足現場鉆井作業要求。

表2 米氣7H井現場取樣鉆井液流變性能表

表3 米氣7H井現場取樣鉆井液抗污染能力評價試驗

2.4 油基泡沫鉆井液抗污染能力評價

在米氣7H井現場取油基泡沫鉆井液樣，進行抗污染能力評價。表3為加入不同加量的3.0%NaCl溶液后的油基泡沫鉆井液的流變性能。由表3數據可以看出，3.0%NaCl溶液對油基泡沫鉆井液發泡體積和半衰期影響不大。可見，油基泡沫鉆井液具有較強的抗鹽水污染能力。

2.5 油基泡沫鉆井液儲層保護性能評價

通過室內相關儲層巖心污染試驗表明，油基泡沫鉆井液體系對強水敏性泥頁巖滲透率恢復值可達到85%以上 （見圖5），對儲層的損害較小，油基泡沫鉆井液具有良好的抗污染能力。因此油基泡沫鉆井液體系尤其適合強水化敏性泥頁巖地層的鉆井作業。

圖5 吐哈油田現用鉆井液滲透率恢復值對比

3 現場應用

3.1 地質和工程概況

1）米氣7H井 米氣7H井位于吐哈盆地臺北凹陷南部斜坡區致密油氣藏米登區塊西山窯構造，完鉆井深3725m，目的層位西山窯組 （3187～3725m井段），儲層以低孔、低滲為特點，壓力系數0.7。黏土主要成分為高嶺石，其次為綠泥石，伊利石和伊蒙混層含量較低。儲層的敏感性分析表明，西山窯儲層為強水敏、弱－中速敏、弱鹽敏、弱－中堿敏、弱酸敏儲層。巖性為灰白色細砂巖與灰色泥巖、灰色泥質粉砂巖。

米氣7H井為水平井，井身結構為三開，三開使用?152.4mm鉆頭，完鉆井深為3725m，造斜點為2860m，井深3558m轉化為油基泡沫鉆井液，轉化前鉆井液性能如表4，逐步加入發泡劑，循環1～2周后鉆井液密度由1.16g／cm3降至0.92g／cm3，黏度由76s升至82s，鉆井液從里到外產生了一層微小的泡沫，泵壓從18MPa降到15MPa，鉆進期間鉆井液密度始終維持在0.92～0.95g／cm3，中途完鉆井深為3189m，三開鉆井周期19.08d，定向段、水平段長分別為365m和500m，電測、下套管和固井順利，沒有出現任何井下復雜情況。

2）勒11－1井 勒11－1井位于吐哈盆地鄯勒第三系構造，完鉆井深740m，目的層位鄯善群（656～740m井段），儲層為中－高孔、特低滲儲層，壓力系數0.60～0.70。巖石成分中礫石含量較多，礫石成分為火山巖碎屑，礫徑一般1～4mm，最大達6mm；砂巖為中－細砂巖，成分也以火山巖巖屑為主，其次為長石、石英，分選差，呈次棱角狀－次圓狀，泥質膠結。該區儲層可能具有較強的水敏特征。

勒11－1井為直井，井身結構為二開，二開使用?215.9mm鉆頭，完鉆井深740m，鉆至井深656.7m一開完鉆，下套管固井。二開前，排放一開井漿，重新配置油基鉆井液，轉化前鉆井液性能如表4，逐步加入油基發泡劑，循環一周后鉆井液密度由1.10g／cm3降至0.78g／cm3，黏度由60s升至73s，泵壓從8MPa降到6.5MPa。該井鉆至井深740m完鉆，電測、下套管和固井順利，沒有出現任何井下復雜情況。鉆進期間微泡沫鉆井液密度始終維持在0.78～0.85g／cm3。

3.2 油基泡沫鉆井液維護處理

1）在二開完鉆后，充分循環鉆井液，利用離心機等四級固控清除鉆井液中的有害固相，在此基礎上，排掉部分井漿，混入原油，加入ABSN、CaO地面充分循環，轉化成油基鉆井液。

2）油基鉆井液中加入封堵劑、油基降濾失劑、油溶性聚合物增黏劑，充分循環，將油基鉆井液性能調整至如表4所示。

表4 油基鉆井液性能表

3）在鉆井液中均勻緩慢加入發泡劑Drfoam－2，利用加重泵、剪切泵和攪拌器循環攪拌起泡。

4）鉆進過程中根據井口返出微泡沫鉆井液的密度、黏度、切力及微泡沫大小，及時對微泡沫鉆井液進行維護處理，為了便于現場調整密度以維持地層壓力，可以通過加入發泡劑、增黏劑來降低鉆井液密度，通過降黏和加入消泡劑來提高鉆井液密度。

3.3 應用效果評價

1）可循環油基泡沫鉆井液密度低，且范圍可調。米氣7H井和勒11－1井鉆井液密度與鄰井相比下降幅度大 （見表5），在鉆進油層期間，鉆井液密度始終控制在設計范圍之內，從而實現了近平衡壓力鉆進。

表5 試驗井與鄰井綜合指標數據對比

2）提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期，提高了鉆井綜合效益。2口井的機械鉆速與鄰井的平均水平相比，提高14.54% （見表5），提高了鉆井綜合效益。

3）鉆井液性能。米氣7H井在3558～3725m井段應用油基泡沫鉆井液體系，應用井段性能良好，密度控制在0.92～0.95g／cm3，漏斗黏度為80～82s，動塑比基本保持在0.72以上，既有良好的抑制和封堵防塌能力，也具有較好的攜帶能力，全井起下鉆暢通無阻，三開水平段順利完鉆。

勒11－1井在656.7～740m井段應用油基泡沫鉆井液體系，應用井段性能良好，密度控制在0.78～0.85g／cm3，漏斗黏度為73～78s，既有良好的抑制和封堵防塌能力，也具有較好的攜帶能力，施工井段起下鉆、通井暢通無阻。

4）油氣層保護效果。通過對米氣7H井和勒11－1井油基泡沫鉆井液應用井段的鉆屑觀察發現 （見圖6和圖7），鉆屑完全沒有分散，充分證明油基泡沫鉆井液具有強抑制能力、攜帶能力和懸浮能力，有利于穩定井壁和確保井下鉆井安全，更有利于儲層鉆進中防止強水敏性儲層的傷害，達到保護儲層的目的。

圖6 米氣7H井3719m鉆屑

圖7 勒11－1井705m鉆屑

油基泡沫鉆井液因具有低密度、低固相和高動塑比的特點，從而提高了機械鉆速，降低了復雜時效，減少了油層浸泡時間，加上微泡沫膠團對小裂縫有封堵作用，能減少鉆井中鉆井液對儲層的傷害［4，5］。因此，油基泡沫鉆井液體系對地層傷害性較小，儲層保護效果較好。米氣7H井與鄰井投產初期平均產量對比同比提高17.69%。

4 結論

1）油基泡沫鉆井液密度可降至0.40g／cm3，發泡體積達2倍以上，能形成良好的穩定的泡沫性能。

2）油基泡沫鉆井液能實現近 （欠）平衡壓力鉆進、防止井漏發生，提高機械鉆速，降低復雜時效。

3）油基泡沫鉆井液體系在米氣7H井三開井段 （3558～3725m）和勒11－1井二開井段 （656.7～740m）進行礦場試驗，應用井段無復雜事故，鉆井液性能穩定，具有良好的流變性能和攜帶性能。

4）油基泡沫鉆井液因具有低密度、低固相和高動塑比的特點，對地層傷害性較小，儲層保護效果較好，適用于強水敏地層、超低壓地層和油層的鉆進。

［1］王中華 .關于加快發展我國油基鉆井液體系的幾點看法 ［J］.中外能源，2012，17（2）:36－41.

［2］何秀娟，李應成，高磊，等 .油基泡沫鉆井流體穩定機理研究 ［J］.鉆井液與完井液，2012，29（5）:1－5.

［3］談心，孫金聲，徐顯廣，等 .油基泡沫鉆井流體技術研究 ［J］.石油學報，2010，31（5）:829－833.

［4］張文波，戎克生，向興金，等 .油基鉆井液研究及現場應用 ［J］.石油天然氣學報 （江漢石油學院學報），2010，32（3）:303－305.

［5］白小東，蒲曉林 .國外保護儲層的油基鉆井完井液新技術研究與應用 ［J］.精細石油化工進展，2005，6（12）:12－14.