渤海油田低成本鉆井液技術探索

邢希金 ，馬 巖 ，何 松 ，耿亞楠

（1.中海石油（中國）有限公司北京研究中心，北京 100028；2.海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京 100028）

1 海上鉆井液的特殊性

無論是陸地油田還是海上油田，通過鉆井來打通油氣通道是目前唯一的技術手段。海上鉆井與陸地鉆井雖然縱向上僅差一層海水之別，但在鉆井技術上存在較多差異。我國石油勘探開發以水基鉆井液為主，其中就水基鉆井液而言，陸地油田經常使用的鉆井液體系不一定都完全適合在海上使用。海洋石油勘探開發中因海水資源豐富，鉆井液廣泛使用海水配漿，海水較陸地淡水而言礦化度高，以渤海為例海水礦化度約為33 500 mg/L，鈣的含量約 400 mg/L（見表1），采用海水所建立的鉆井液體系屬于鹽水體系，其對鉆井液添加劑的抗鹽和抗鈣性能有一定要求，陸地油田廣泛使用的膨潤土在海水中不能完全水化，需要先用淡水預水化后方能使用。此外，所處的環境條件也對鉆井液體系有特殊要求，海上鉆井水基鉆井液在滿足國家環保標準的條件下可以直接排放，受海洋環境條件污染物擴散影響程度，目前海上所用的水基鉆井液添加劑均需要滿足海洋環保要求，特別是對海洋動植物無生物毒性，而陸地環境則需要面對陸生動植物、土壤及地下水等的污染難題。綜合上述分析，與陸地油田不同，海洋鉆井液的特殊性主要表現在高礦化度海水配漿與海洋環境保護約束上。

2 渤海在用鉆井液現狀

渤海油田經過多年開發，形成了目前較成熟的鉆井液技術系列。明化鎮組、館陶組淺部地層廣泛采用PLUS/KCl聚合物鉆井液體系，PLUS為部分水解的聚丙烯酰胺[1]，其在鉆井液中的作用是包被鉆屑，配合無機鹽KCl的抑制作用達到減少泥巖水化分散作用[2]。東營組中部地層采用陽離子PEC鉆井液體系，該體系的核心處理劑為陽離子聚合物，利用陽離子聚合物中和地層中黏土礦物負電荷作用，抑制黏土礦物的水化分散，從而形成“軟抑制”效應[3]，控制泥巖的水化造漿。胡進軍等[4]評價陽離子鉆井液體系其抗鈣性能可達2 000 mg/L。沙河街組深層定向井廣泛采用性能更穩定的聚合醇PEM鉆井液體系，聚合醇具有“濁點”效應，即在一定溫度下液相態聚合醇可以從鉆井液中析出，形成類似于油相的分子膜，阻止濾液向地層孔隙滲透，實驗穩定井壁的作用。徐景生等[5]評價渤中25-1鉆井液時將抗溫性能設定為100℃，抗NaCl達到5%，抗CaCl2達到1.2%，耿鐵[6]在渤中13-1油田將抗溫性能提高到120℃～150℃。

受海上作業平臺空間限制，海上油氣井追求少井高產，多采用水平井開發。海上針對水平井開發了弱凝膠無黏土相PRD和EZflow鉆開液體系，兩套體系均為弱凝膠宜不含膨潤土[7]，特定聚合物與水形成弱凝膠能夠減少鉆井液中液相侵入，而去除膨潤土最大限度地減少了鉆井液中固相對儲層侵入。兩者的區別在于完鉆后是否需要去除弱凝膠泥餅，完全依靠聚合物凝膠封堵的PRD鉆開液是需要氧化劑或酸來破膠的，而EZflow鉆開液配方中增加了級配的碳酸鈣封堵劑，可以直接返排，免于破膠作業。

渤海地區鉆井液成本存在較大差異，環渤海陸地油田鉆井液米成本多低于300元，而渤海油田的鉆井液成本遠高于陸地油田。除上述分析的海洋鉆井液的特殊性以外，另有兩個制約因素造成了海陸鉆井液成本差異。其主要制約因素之一是海陸鉆井液的設計思路不同，由于海上鉆井船費率高，導致海上鉆井綜合日費高，因此海上鉆井液的設計思路為以提高綜合作業效率為導向，盡可能減少非生產時間，無形中增加鉆井液的性能要求與成本；而陸地油田多以總包為主，鉆井租金遠低于海上油田，相對綜合日費敏感性低，使用適合性能鉆井液既滿足作業要求又降低了成本。另一個制約因素是大宗料的采辦模式，陸地油田鉆井液的大宗料主要由甲方采辦，而海上油田多由服務方采辦，同一種材料可能存在一定幅度的價格差異。但單純從技術角度，借鑒陸地油田的經驗，海洋鉆井液存在較大的降低成本的空間，由于海上高度重視儲層保護，降低水平段鉆開液成本可能影響產量，本文實驗探索了渤海非水平段低成本鉆井液技術。

表1 典型渤海海水成分

3 渤海低成本鉆井液實驗

渤海及周邊油田所鉆遇地層自上而下均為明化鎮、館陶、東營及沙河街。各油田地層層位埋深不同，但沉積相與巖性大體相同，明化鎮以沖積平原曲流河相為主，主體巖性為泥巖；館陶組為辮狀河沉積，特征巖性為含礫砂巖；東營組為河流三角洲相，巖性為典型的砂泥巖互層；沙河街組為扇三角洲相，巖性為砂泥巖互層。渤海油田與環渤海陸地油田地層情況從埋深、沉積相及巖性上大體相當，因此鉆井遇到的復雜情況有一定相通性，除海洋環保要求外，鉆井液體系及所用的泥漿材料海上完全可以借鑒陸地油田。

3.1 低成本鉆井液思路

由前文分析已知，渤海鉆井液追求全面高性能和持久的穩定性，導致成本偏高，葉周明等[8]研究認為僅采用膨潤土漿/稠塞在渤海可以鉆至垂深1 000 m地層，這表明降低鉆井液成本是可能的。因此，可以從以下方面降低要求：渤海地層溫度普遍較低，大部分地層溫度低于80℃，對處理劑的抗溫性能要求較低，鉆井液體系可以選擇非耐高溫處理劑，從而降低鉆井液的費用；渤海油田已鉆井顯示無高壓鹽水層，地層水礦化介于5 000 mg/L～27 000 mg/L，相當于0.5%～2.7%NaCl溶液，對鉆井鹽侵的風險較低，鉆井液體系可以適當降低鉆井液的抗鹽性能，從而降低鉆井液處理劑對抗鹽性能的要求；渤海油田地層較新，已鉆井均未發現有膏巖層，鈣侵風險較低，地層水中的鈣含量低于配漿海水中的鈣含量，因此地層水侵入不會增加鈣濃度，鉆井液可以選擇低抗鈣處理劑適當降低鉆井液抗鈣染污性能，從而降低對鉆井液助劑的要求，節約處理劑成本。

基于上述思路，通過單劑篩選，采用低成本的有機胺類抑制劑抑制黏土，建立了適用于渤海中部地層的低成本鉆井液體系，其配方為3%海水土漿＋0.3%PAM＋0.5%PANS＋0.5%CMS＋2%SMP-1＋0.5%有機胺＋0.5%石墨粉。

3.2 低成本體系性能評價

低成本鉆井液和渤海在用鉆井液的流變性和失水性能（見表2），對比發現，低成本鉆井液常規性能與在用鉆井液性能指標相當，滿足在海上鉆井作業過程中攜帶鉆屑、清潔井眼的要求。

渤海地層在鉆井過程中鉆遇的復雜情況主要是軟泥巖問題，這要求體系具有一定的抑制性，防止泥巖水化分散，破壞泥漿性能，通常要求滾動回收率在85%以上。參考SY/T 5613-2000泥頁巖理化性能實驗方法對低成本鉆井液進行滾動回收率測試，實驗巖屑取自渤海油田，并與清水回收率進行了對比，低成本鉆井液的滾動回收率為89.23%，體系抑制性強（見表3）。

配制密度為1.15 g/cm3渤海低成本鉆井液，用滾子加熱爐在不同溫度下老化16 h后測試其常規性能，實驗結果（見表4）。實驗結果表明在60℃～90℃溫度范圍內，鉆井液熱滾老化后流變性、失水造壁性能均較穩定，渤海油田地層溫度通常在80℃以內，因此，低成本鉆井液的抗溫性可以滿足渤海油田中淺層鉆井作業需求。

表2 低成本鉆井液與在用鉆井液常規性能

表3 低成本鉆井液抑制性能

表4 渤海低成本鉆井液抗溫性能評價

表5 渤海低成本鉆井液抗鹽/鈣實驗評價

為考察低成本鉆井液的抗鹽、抗鈣污染能力，開展了NaCl和CaCl2污染實驗，熱滾條件為80℃，實驗結果（見表5）。實驗結果表明，NaCl加量至5%時，流變性能良好，API降濾失量較小，說明該體系抗NaCl性能良好。當CaCl2含量為0.3%時流變參數變化小，API失水與高溫高壓失水處于正常范圍，當CaCl2含量達0.5%時，黏度略有下降，高溫高壓濾失量高達54 mL，表明低成本體系的抗CaCl2污染性能較弱，可以在鈣含量低于0.3%環境下使用?？紤]渤海油田地層無鹽膏層，低成本鉆井液可以在渤海油田使用。

3.3 成本對比

對低成本鉆井液進行成本與服務價核算，并對比低成本鉆井液與在用鉆井液成本倍比關系，所建立的低成本鉆井液在單方成本上為聚合物鉆井液的43%，為陽離子鉆井液的25%，為聚合醇鉆井液的20%，成本下降明顯（見圖1）。

圖1 鉆井液成本對比

以渤海某油田為例進行成本測算，共13口開發井，全部為水平井，平均井深3 233 m。該油田已鉆井顯示平原組地層基本沒有復雜情況發生，明化鎮組下段鉆井過程中無井漏，復雜情況相對較少，鉆井相對順利，適合使用低成本鉆井液。對比低成本鉆井液與陽離子鉆井液總體成本，低成本鉆井液可節約鉆井液成本50%以上。

4 結語

與陸地油田鉆井液不同，海上油田鉆井液使用海水配制，其特殊性在于鹽水體系，環境保護要求高。受海上作業日費影響，渤海在用鉆井液性能高于實際需求，無形中增加了中淺部地層鉆井液的成本。從渤海油田實際需求出發，對于中淺部地層降低鉆井液對抗溫、抗鹽、抗鈣標準，建立了渤海低成本鉆井液配方，性能評價表明，所構建的低成本鉆井液體系在流變、失水、抑制性上均滿足工程要求，可以在渤海使用。經成本倍率估算，使用渤海低成本鉆井液代替現有成熟鉆井液可以降低鉆井液成本至少50%以上，該技術有利于推動渤海油田的經濟開發。

［1］孫東征，耿鐵，董鑌，苗海龍.BZ25-1油田常規井鉆井液體系的優選和應用［J］.鉆井液與完井液，2006，（4）：81-83+94.

［2］鄧明毅，崔茂榮，王長利，等.秦皇島32-6油田的鉆井完井液評選［J］.中國海上油氣工程，2001，（3）：30-36+5-18.

［3］王偉，李國釗，于志杰，等.PEC有機正電膠鉆井液體系在BZ 25-1 油田的應用［J］.中國海上油氣，2006，（1）：49-51+57.

［4］胡進軍，夏小春，孫強，王健，冀騰，彭勝玉，黨海峰，項濤.JFC鉆井液體系升級研究及應用［J］.鉆采工藝，2013，36（4）：79-82+139.

［5］徐景生，黃維安，王青宇，劉剛.渤中25-1油田中淺層鉆井液體系優選與評價［J］.中國石油大學勝利學院學報，2009，23（4）：17-20.

［6］耿鐵.渤中13-1油田井壁穩定與鉆井液優化技術研究［D］.北京：中國石油大學，2009.

［7］王昌軍，張春陽，等.PRD弱凝膠鉆開液性能評價與試用效果［J］.石油天然氣學報，2008，30（60）：143-145+388.

［8］葉周明，劉小剛，馬英文，崔治軍，關賀坤，楊曉靜.膨潤土鉆井液深鉆技術在渤海某油田的應用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：53-56.