大牛地氣田鑲嵌屏蔽鉆井液技術(shù)

鄧紅琳，趙文彬，王錦昌，袁立鶴

(中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

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大牛地氣田鑲嵌屏蔽鉆井液技術(shù)

鄧紅琳，趙文彬，王錦昌，袁立鶴

(中石化華北分公司，河南 鄭州 450006)

大牛地氣田開發(fā)區(qū)環(huán)保壓力日益增加，應(yīng)用成熟的鉀銨基聚合物鉆井液體系已無法滿足鉆井環(huán)保要求。鑲嵌屏蔽鉆井液體系包被顆粒呈網(wǎng)狀凝膠態(tài)，通過瞬時高失水迅速在井壁建立剛性屏蔽膜，有效隔離鉆井液對地層傷害，并顯著提高封堵性，有效防止坍塌掉塊；通過靜電力和拖曳力，在鉆屑表面發(fā)生多點吸附，形成隔離膜，抑制鉆屑水化分散。現(xiàn)場應(yīng)用表明，該鉆井液體系可有效降低鉆井過程地層漏失及井壁失穩(wěn)的發(fā)生，可大幅減少現(xiàn)場固、液排放量，全程無廢棄液落地，完井剩余液全部轉(zhuǎn)下口井使用。實現(xiàn)了鉆井過程的“零污染”，能滿足鉆井對環(huán)保的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

大牛地氣田；鑲嵌屏蔽；鉆井液；環(huán)境保護；固相排放

引 言

大牛地氣田環(huán)保鉆井液技術(shù)已遠落后于鉆井工程的發(fā)展，新頒布的環(huán)保法嚴格了鉆井過程排放標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的鉆井液體系無法滿足規(guī)范要求[1-2]。目前國內(nèi)外已經(jīng)進行了相關(guān)研究工作，但大多針對儲層保護，未從環(huán)保角度衡量技術(shù)的可行性。通過實驗鑲嵌屏蔽鉆井液體系，本著“降本減排”的原則，形成了適合大牛地氣田特色的環(huán)保鉆井液體系。

1 鑲嵌屏蔽機理

傳統(tǒng)屏蔽暫堵保護油氣層技術(shù)是采用架橋填充原理實現(xiàn)暫堵作用，鑲嵌屏蔽劑具有彈性及可變性特點，克服剛性顆粒因不能變形而適應(yīng)性差的缺點[3-5]。鑲嵌膜顆粒在井壁淺層(1～3 cm)形成剛性的鑲嵌膜代替泥餅，發(fā)揮降低濾失、穩(wěn)定井壁和保護儲層的作用。鑲嵌屏蔽技術(shù)不需特殊解堵，封堵在完井后生產(chǎn)壓差(負壓差)的作用下自動解除，油氣層恢復(fù)原來的滲透率水平，油井產(chǎn)能不受影響[6-9]。根據(jù)華北分公司油氣層特征及鑲嵌封堵的要求，同時考慮封堵大孔隙(數(shù)量少但對滲透率貢獻大)的需要，選擇鑲嵌屏蔽顆粒的粒徑為10～30 μm。

2 室內(nèi)實驗

優(yōu)選MDTX-A作為鑲嵌屏蔽劑。實驗用鉆井液配方：3%MDTX-A+4%CaCO3+2%KCl。

2.1 井壁穩(wěn)定性能測試

2.1.1 防滲漏性能實驗

實驗介質(zhì)為飽和鹽水，采用滲透率較大的人造巖心(Ф25 mm×80 mm)進行防滲漏測試(圖1)。由圖1可知，2塊巖心的注入孔隙體積倍數(shù)均小于0.3，壓力明顯升高，即鉆井液浸入巖心24 mm，完成了對孔隙鑲嵌，注入量不再增加。表明鉆井液的屏蔽性能良好，能夠有效實現(xiàn)滲透承壓。這是因為鑲嵌顆粒進入井壁孔喉，可在井壁附近形成滲透率接近于零的屏蔽暫堵帶，阻止鉆井液及水泥漿中的固相和濾液繼續(xù)侵入。

圖1 防滲漏性能實驗結(jié)果

2.1.2 抗沖刷實驗

實驗沖刷介質(zhì)為清水，轉(zhuǎn)速為600 r/min，壓差為3.5 MPa，剪切速率為1.5 m/s，連續(xù)沖刷120 min。結(jié)果顯示，鑲嵌膜在沖刷120 min時濾失速度仍無明顯變化，這是因為濾失過程中聚合物顆粒之間的水分逐漸失去，泥餅中的固相顆粒與聚合物交織纏繞在一起，提高了泥餅與地層的粘結(jié)強度。鑲嵌膜鉆井液具有良好的抗沖刷性能，能夠有效解決因連續(xù)沖刷導(dǎo)致的弱膠結(jié)層段破壞的問題。

為進一步測試不同屏蔽劑加量對鑲嵌膜鉆井液抑制性影響，分別采用1%MDTX-A、2%MDTX-A的鉆井液進行巖屑滾動回收率實驗，對比清水回收率實驗結(jié)果見表1。

表1 不同巖性巖屑回收率對比

由表 1可知，優(yōu)選的鑲嵌屏蔽劑MDTX-A對不同巖性均有較強抑制作用，隨加量增大，巖屑回收率明顯增加，當(dāng)屏蔽劑加量達到2%時，對不同巖性平均回收率超過89.24%。這是由于該鉆井液體系脫離對膨潤土的依賴，能夠保持脫離水化環(huán)境(高礦化度、低pH值)，強封堵、強抑制，有效防止坍塌掉塊，有利于地層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

2.2 包被與攜巖性能測試

鑲嵌膜顆粒呈網(wǎng)狀凝膠態(tài)，通過靜電力和拖曳力，在鉆屑表面發(fā)生多點吸附，形成隔離膜，使鉆屑與自由水隔離，抑制鉆屑水化分散。室內(nèi)巖屑包被效果見圖2。

由圖2可知，鑲嵌屏蔽鉆井液可實現(xiàn)對鉆屑完全包被，被鉆頭破碎的巖屑基本保持原始狀態(tài)被鉆井液攜帶到地面，再被地面固控設(shè)備有效清除，從而促進井壁泥頁巖的穩(wěn)定和鉆屑的清除，使鉆井液中有可能保持最低限度的固相含量和顆粒分散度，保持鉆井液性能的穩(wěn)定，傳統(tǒng)的被動性調(diào)整鉆井液變?yōu)橹鲃犹幚怼?/p>

圖2 鉆屑完整性效果

針對鑲嵌屏蔽劑添加量不同，分別對鉆屑的攜帶與懸浮性能進行測試(圖3)。由圖3可知，隨鑲嵌屏蔽劑MDTX-A加量增大，鉆井液動、靜切力增大，當(dāng)鉆井液體系中的添加量超過3%時，可滿足攜帶與懸浮巖屑要求；通過調(diào)整屏蔽劑的添加量，可控制體系的動、靜切力在適合正常鉆進動切力(5～12 Pa)、靜切力(2～5 Pa)范圍內(nèi)。該體系攜帶能力強、懸浮能力強、鉆屑保持率和回收率高、固相含量低，有效抑制泥包和鉆屑床，可有效提高機械鉆速。

圖3 MDTX-A加量對動、靜切力的影響

2.3 儲層傷害評價測試

將巖心用石油醚洗凈烘干后，抽真空飽和地層水。采用反向用鉆井液恒壓污染，正向用空氣恢復(fù)驅(qū)替方法[10]，進行儲層傷害評價測試，結(jié)果見表2。

表2 屏蔽鑲嵌鉆井液配方巖心傷害評價結(jié)果

由表2可知，鑲嵌屏蔽鉆井液對大97井山2儲層的巖心傷害滲透率恢復(fù)率為93.75%，對杭錦旗區(qū)塊錦77井盒1儲層的傷害恢復(fù)率為87.09%。總體恢復(fù)率較高，表明該體系對儲層的損害程度較低，有良好的保護儲層作用。“內(nèi)剛外柔”的鑲嵌屏蔽劑粒子通過擠壓變形在不同孔喉表面均能形成鑲嵌屏蔽帶，不易進入孔道深處，通過壓差作用即可解除屏蔽，實驗驗證了該鉆井液對儲層整體恢復(fù)率較高，有良好的保護儲層作用。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2014年大牛地氣田大平探2、DPH-117等8口水平井現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，試驗井平均鉆井周期縮短8.05%，機械鉆速提高12.37%，平均廢棄固液相排放大幅減少，鉆井過程中未發(fā)生地層漏失及井壁失穩(wěn)等復(fù)雜情況。實鉆軌跡光滑，全井平均井眼擴大率小于10%；失水造壁性強，形成的剛性鑲嵌帶能有效穩(wěn)定井壁，泥餅薄且堅韌，提高地層承壓能力，不易發(fā)生滲漏。試驗井生產(chǎn)用水及排放量與常規(guī)井進行對比，結(jié)果見表3。

表3 試驗井生產(chǎn)用水及排放量與常規(guī)井對比

由表3可知，大牛地氣田應(yīng)用鑲嵌屏蔽鉆井液體系有效地減少了廢棄固、液相的排放，同時由于井筒內(nèi)鑲嵌屏蔽劑對鉆頭破碎的巖屑迅速包被，再通過地面固控設(shè)備對包被顆粒剝離，因此，產(chǎn)生的固相廢棄物基本無液相，可簡單處理后用于制磚鋪路等。使用鑲嵌屏蔽鉆井液的DPH-117井鉆井周期僅為37.00 d，比使用常規(guī)鉀銨基鉆井液DPH-118井(鉆井周期為44.99 d)縮短了17.76%。

表4為J77P5H井液相排放與鄰井對比情況。由表4可知，鑲嵌鉆井液體系可大幅減少現(xiàn)場固、液排放量，能夠有效降低對環(huán)境污染。在東勝氣田第1口二級井身結(jié)構(gòu)水平井J77P5H井實現(xiàn)了鉆井過程的“零排放”。

表4 J77P5H井液相排放與鄰井對比

4 結(jié) 論

(1) 鑲嵌膜顆粒呈網(wǎng)狀凝膠態(tài)，通過瞬時高失水迅速在井壁建立剛性屏蔽膜，有效隔離鉆井液對地層的傷害，并顯著提高封堵性，有效防止坍塌掉塊。

(2) 井筒內(nèi)不產(chǎn)生虛泥餅和劣質(zhì)泥餅。該體系儲層滲透率恢復(fù)率達87.09%以上，現(xiàn)場固、液排放量大幅減少，實現(xiàn)了儲層與環(huán)境的雙重保護。

(3) 鑲嵌屏蔽鉆井液具有組成簡單、維護方便、適應(yīng)性廣、可重復(fù)利用、綜合成本低等優(yōu)勢，能夠保持脫離水化的環(huán)境(高礦化度、低pH值等)，有利于地層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，特別適用于敏感地層、深井和超深井、水平井段和頁巖氣的勘探開發(fā)。

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編輯 王 昱

20150227；改回日期：20150405

國家科技重大專項“大牛地低滲透氣田特殊結(jié)構(gòu)井鉆完井及改造技術(shù)”(2011ZX05045)

鄧紅琳(1966-)，女，高級工程師，1988年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院鉆井工程專業(yè)，主要研究方向為鉆完井工藝及鉆井液技術(shù)研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.025

TE254

A

1006-6535(2015)03-0101-03