混原油陽離子鉆井液技術

程豈凡，張寶峰，路克崇，盧　平，段曉東

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000）

混原油陽離子鉆井液技術

程豈凡*，張寶峰，路克崇，盧平，段曉東

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000）

室內通過對乳化劑、潤滑劑及原油的優選與最佳配比的研究，在陽離子鉆井液技術的基礎上，研究出一種適合大斜度、高密度、深井、定向井混原油陽離子鉆井液配方，并對配方進行了抗污染、抗高溫評價。現場應用表明，該技術有效地改善了潤滑性、濾失性等性能，很好地解決了深井、復雜井、定向井的托壓、劃眼、粘卡等井下復雜或事故。

深井；定向井；抑制；潤滑；事故

近年來，隨著玉門油田勘探開發的不斷深入，深井、定向井（含開窗側鉆井）越來越多。受地層高粘土含量、高溫、裂縫發育、鹽水層、石膏層等諸多地質難點的制約，深井、定向井復雜事故損失率及鉆井液成本居高不下。為了解決這一問題，不得不加入大量潤滑劑，但潤滑劑又普遍存在加量大、有效周期短、效果欠理想等不足之處，制約了鉆井提速和成本控制。因此，有必要研究一套更適應玉門油田深井、復雜井、定向井的鉆井液技術。

1　玉門油田定向井難點分析

（1）玉門油田受高粘土礦物含量、強水化能力地層的影響，定向井由于鉆具與井壁接觸面積大，極易引起托壓或粘卡。

（2）非定向井下部地層不帶扶正器，而定向井在穩斜階段需帶雙扶正器鉆進，井壁穩定難度大；

（3）完井電測受井徑、斜井眼、全程PDC鉆頭鉆進臺階較多、井身質量等因素的制約，常規測井困難。

（4）定向井較常規鉆井機速低，裸眼段浸泡時間相對較長，鉆屑研磨較細，有害固相高。

2　混原油鉆井液的發展

為了滿足地質上保護油氣層的要求或者取芯的需要，中國于20世紀60年代研制成功了混原油鉆井液。混原油鉆井液是用油類作內相使之分散于水外相中形成的一種分散體系（乳狀液）。這種體系最早是由于原油混入鉆井液中而自然形成的，它有效地改善了鉆井液的潤滑性、濾失性等性能。于是開始人為地加入油類，并研究了水油乳狀液的穩定機理，重點研究了乳化劑的選擇。已得到的結論有：（1）表面活性劑吸附分子間相互作用力較大者，形成的界面膜強度也較大；（2）復合或混合表面活性劑形成的界面膜強度比單一表面活性劑吸附的界面膜強度高，且選取的表面活性劑HLB值相差越大，形成的復合乳化劑吸附的界面膜強度越高；（3）乳狀液分散介質的粘度越大，則分散相液珠運動的速度越慢，越有利于乳狀液的穩定，同時乳狀液粘度也越大；（4）溫度升高將降低界面膜的強度。

3　室內實驗

3.1原油優選

依照既有的研究成果，室內對玉門油田各油區的原油品質進行了調查研究。具體情況見表1。

表1　玉門油田各油區原油品質情況

根據粘度、含水、含蠟較低的標準，白楊河的原油最適合混入鉆井液中。

3.2乳化劑優選

室內以水為連續相，原油為分散相對乳化劑進行了優選。具體方法是：將原油混入清水中，高攪1min，倒入量筒，分別靜置1h和24h后讀取上層析出的原油量，計算乳化率。考慮到乳化劑的方便性，室內選取了現場常用的3種乳化劑，TW-60、SP-80和OP-10進行優配。900ml水+100mL原油+0.6%OP-10+0.2% SP-80具有較理想的乳化效果。SP-80的加入能大幅度提高乳狀液的穩定性。SP-80加量過大時，復合乳化劑HLB值進一步降低，乳化效果反而下降。

3.3原油最佳加量確定

室內以0.6%OP-10+0.2%SP-80為乳化劑對不同原油加量的鉆井液潤滑性進行了測試，鉆井液中混入原油后能有效增強鉆井液的潤滑性，加量在10%以前，摩阻系數直線下降，10%以后摩阻系數下降較慢。見圖1。

圖1　混入原油對鉆井液潤滑性的影響

3.4混油鉆井液最佳pH值確定

既有研究及現場應用表明，常規陽離子聚磺鉆井液的pH值控制在9.5～10之間。室內對混油陽離子鉆井液的pH值進行了研究，結果表明pH值在10～11之間具有比較理想的流變性，所以混油陽離子鉆井液的pH值控制為10比較合理。

3.5潤滑劑優選

為了進一步提高鉆井液的潤滑性，同時提高乳狀液的穩定性，室內對潤滑劑進行了優選。結果表明，0.5%Kx-1+2%JxFQ-6能有效提高鉆井液的潤滑性。

3.6流變性調整

取酒東長2-24井4000m時的鉆井液（配方）（3%坂土漿+0.2NaOH+0.4%CHM+0.4%NW-1+3%HS-1+ 4%HS-2+3%DYFT-1+2%稀釋劑+1%CaO+2%潤滑劑+5%原油+乳化劑+加重材料）作基漿做了如下流變實驗（見表2），由實驗結果可見：HS-1與FCLS、CaO配合使用降粘和調節流變性的效果更加突出。

表2　不同處理劑對鉆井液流變性的影響

3.7Ca2+對混原油鉆井液泥餅質量的影響

室內對Ca2+對鉆井液泥餅的影響進行了研究（見表3），較理想的Ca2+控制范圍為800～1200mg/L。Ca2+低于800mg/L對失水和泥餅影響較小；Ca2+高于1200mg/L對失水和泥餅影響較大，且高溫后鉆井液增稠。

3.8鉆井液配方形成

根據以上研究，以原有陽離子體系鉆井液配方為基礎，結合玉門油田各區塊地層特點，引入了原油、乳化劑，形成了現有的陽離子混油定向井鉆井液配方。

配方：3%坂土漿+0.2NaOH+0.4%CHM+0.4% NW-1+3%HS-1+4%HS-2+3%DYFT-1+2%MFG+ 2%稀釋劑+1%CaO+2.5%潤滑劑+5%～10%原油+ 0.3%～0.6%OP-10+0.1%～0.2%SP-80+加重材料。

3.9配方抑制性評價

室內對陽離子鉆井液混油前后的抑制性做了對比（見表4）。

數據表明：陽離子鉆井液具有極高的抑制性，混油后抑制性有所增強。

表3　〔Ca2+〕對鉆井液失水和泥餅的影響

表4　不同介質下回收率和膨脹率對比對比

3.10配方抗污染能力評價

結合玉門油田存在高壓鹽水層及地層易水化分散的特點，室內對配方進行了抗鹽及抗鉆屑侵試驗，結果表明，配方加入5%NaCl后對性能影響不大，抗鉆屑侵能力可達到3%，說明配方具有較強的抗污染能力。

4　推廣應用情況

4.1混原油陽離子鉆井液技術應用范圍

混原油陽離子鉆井液技術主要應用于深井、復雜井、高密度定向井，井斜超過30°的中低密度定向井或水平井。

4.2混原油陽離子鉆井液技術在酒東區塊（高密度定向井）的應用

長2-26井是酒東一口高密度定向井，井斜30.67°，原油用量8%，鉆井周期69.5d（提前19.5d），鉆井液單位成本587.43元/m，事故時間15h（0.9%），復雜為零。應用混原油陽離子鉆井液技術后，有效地解決了高密度定向井易托壓、粘卡的問題。

4.3混原油陽離子鉆井液技術在鴨K區塊（中低密度定向井）的應用

鴨K區塊已應用3口井，無托壓或粘卡現象，均做到了無復雜無事故事故，測井成功率100%，平均井徑擴大率10%以內。

4.4混原油陽離子鉆井液技術在青西區塊（深井、復雜井）的應用

青西區塊已應用2口井，其中柳平1井的事故是因為欠平衡鉆井液密度過低，不能有效平衡地層壓力導致，終止欠平衡后井下正常；Q2-68井事故后側鉆過程中引入了該技術，有效地降低了事故復雜損失率，縮短了鉆井周期。

5　認識與結論

（1）混原油陽離子鉆井液潤滑性好、抑制性強、對環境影響小、成本相對較低，能很好地解決定向井托壓、粘卡和普通潤滑劑潤滑效果差、維護周期短、加量大、成本高等問題。

（2）混原油鉆井液中除加入乳化劑外，適當加入潤滑劑及合理的pH值控制能有效提高乳狀液的穩定性。

（3）陽離子鉆井液中混入原油后對鉆井液抑制性有一定的增強作用。

（4）陽離子鉆井液中混入原油后對鉆井液流變性有一定影響，但關鍵在乳化效果，充分乳化的情況下對鉆井液流變性的影響不大，通過適當地調節即可恢復良好的鉆井液流型。

[1]穆劍.鉆井液及處理劑評價手冊[M].石油工業出版社，2007.

[2]劉禧元，夏延波，張權.粘附卡鉆機理與實踐探討［J］.吐哈油氣，2009（9）：14.

TE254

B

1004-5716(2015)07-0076-03

2014-06-20

2014-07-11

程豈凡（1979-），男（漢族），甘肅酒泉人，工程師，現從事鉆井液技術研究與現場服務工作。