低滲油田保護油氣層鉆井液體系研究

印樹明 趙洋 崔明磊 王學武

摘 ?????要：低孔低滲儲層鉆井過程容易造成儲層傷害，為減少鉆井過程鉆井液侵入地層對油氣層產生的污染和破壞，需要篩選和研發合適的鉆井液體系，以達到提高鉆井質量的目的。通過室內實驗，選擇了無固相鉆井液體系、低膨潤土聚合物鉆井液體系和甲酸鉀鉆井液體系，進行了鉆井液各項性能及熱穩定性實驗評價，篩選出性能好、成本低的鉆井液配方，為低孔低滲儲層鉆井液的選擇提供借鑒。

關 ?鍵 ?詞：鉆井液;油氣層保護;鉆井;實驗研究

中圖分類號：TE 254 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）06-1162-04

Abstract： The drilling process of low porosity and low permeability reservoirs is easy to cause reservoir damage. In order to reduce the pollution and damage caused by drilling fluid intruding into formation， it is necessary to select and develop suitable drilling fluid systems to improve drilling quality. Through laboratory experiments， solid-free drilling fluid system， low-bentonite polymer drilling fluid system and potassium formate drilling fluid system were selected as the research object， the performance and thermal stability of drilling fluid were evaluated. The drilling fluid formula with good performance and low cost was screened out， which could provide some reference for the selection of drilling fluid for low-porosity and low-permeability reservoirs.

Key words： Drilling fluid; Reservoir protection; Drilling; Experimental study

低滲油田儲層孔喉尺寸小，粘土含量普遍較高，毛細現象突出，油氣流動阻力大，對儲層保護研究極其必要。低滲儲層極易受到外來因素的傷害（如粘土水化膨脹、微粒運移、水鎖等）而改變儲層特性參數，降低滲透率，給勘探開發帶來困難[1-3]。本文基于低孔、低滲實際地質情況，開展保護油氣層鉆井液體系配方研究，對儲層保護鉆井液體系進行優化，以實現高效鉆井及降低完井后油氣層開發難度的目的。

1 ?無固相鉆井液體系實驗

根據文獻報道無固相聚合物鉆井液，在固控條件能保證的情況下，更有利于提高鉆速和儲層保護。油層水敏大部分中-強水敏，低固相失水大，從防止鉆井液造成地層水敏考慮需要在體系中加入防止粘土膨脹的抑制劑無機鹽氯化鉀與氯化銨[4-7]。

1.1 ?鉆井液體系初步評價實驗

選擇CMS（羧甲基改性淀粉）、LVCMC（低黏度羧甲基纖維素），NH4HPAN（水解聚丙烯晴銨鹽）、HC（高黏度羧甲基纖維素）、HVPAC代表高聚陰離子纖維素、HEC代表羥乙基纖維素、RW代表熱穩定劑等處理劑進行配合使用鉆井液性能的實驗評價研究。

無固相鉆井液體系設計：（1）CMS、NH4HPAN、KCL（NH4CL）、RW;（2）HEC、CMS、NH4HPAN、KCL（NH4CL）、RW;（3）HC、CMS、NH4HPAN、KCL（NH4CL）、RW;（4）HVPAC、CMS、NH4HPAN、KCL（NH4CL）、RW;（5）XC、CMS、NH4HPAN、KCL（NH4CL）、RW。

測試的性能指標包括：（1）漏斗黏度（FV，S）;（2）密度（ρ，g/cm3）;（3）API中壓失水（FL， mL）;（4）pH值;（5）六速旋轉黏度計600 r/min、300 r/min讀數（R600，R300）;（6）六速旋轉黏度計3 r/min下10 S與10 min的讀數即初切與終切（R3初/終）;（7）塑性黏度（PY，Pa·s）;（8）動切力（YP，Pa）;（9）高溫高壓濾失量（HFL，mL）;（10）流變參數n值;（11）流變參數k值;（12）3.5 MPa下的砂床濾失（3.5SFL，mL）。

測試方法：性能指標（1）-（11）按標準GB/T16783-1997進行。性能指標（12）按下述設計進行。

砂床濾失實驗：砂床濾失實驗使用71型高溫高壓失水儀改造進行，選用砂80～100目，砂子用量200 g，鉆井液用量300 mL（鉆井液體積約是砂子體積的兩倍）。實驗壓力為3.5 MPa，實驗溫度為60 ℃，砂床濾失量的測試時間為30 min。

有關實驗結果選擇每一個體系中最好的配方進行性能比較，比較數據見表1。

1.2 ?提高鉆井液體系熱穩定性評價實驗

通過提高無固相鉆井液體系的熱穩定性實驗，結果表明：無固相鉆井液體系熱滾后中壓失水要降到9 mL以下比較困難，處理劑用量較大;無固相鉆井液體系配方熱滾后中壓失水在9 mL左右且成本最低的是12;3%CMS、0.2%LVCMC、0.5%HPAC、1%NH4HPAN、0.15%XC，0.05%SYBM-06、1.5FT-1、0.1%RW-1、5%氯化銨、3.5%砂床濾失劑。該配方n值小于0.7，熱滾后中壓失水小于10 mL，砂床濾失小于3.5 mL。

2 ?低膨潤土聚合物鉆井液體系實驗

選擇CMS（羧甲基改性淀粉）、LVCMC（低黏度羧甲基纖維素）、HC（高黏度羧甲基纖維素）、NH4HPAN（水解聚丙烯晴銨鹽）、KPAM（聚丙烯酸鉀）、P141（PAC-141：丙烯酸鈉、丙烯酸鈣、丙烯酰胺多元共聚物）、FA（FA367：丙烯酸鈉、丙烯酸鈣、丙烯酰胺，有機胺類陽離子單體的兩性多元共聚物）、JT8（JT-888：丙烯酸鈉、丙烯酸鈣、丙烯酰胺，有機胺類陽離子單體的兩性多元低分子量共聚物）、XY（XY-27稀釋劑）、SMC（磺化褐煤）、砂床濾失劑（有機暫堵劑HDDL-05）、XC（生物聚合物），RW熱穩定劑等處理劑進行配合使用鉆井液性能的實驗評價研究。

2.1 ?鉆井液體系初步評價實驗

2.1.1 ?鉆井液性能評價實驗

首先確定實驗評價的鉆井液體系：（1）CMS、NH4HPAN、熱穩定劑RW、膨潤土體系，（2）CMC、NH4HPAN、熱穩定劑RW、膨潤土體系，（3）FA、CMS、NH4HPAN、熱穩定劑RW、膨潤土體系，（4 ）XC、CMS、NH4HPAN、熱穩定劑RW、膨潤土體系，（5）P141、CMS、NH4HPAN、熱穩定劑RW、膨潤土體系，（6）KPAM、CMS、NH4HPAN、熱穩定劑RW、膨潤土體系，（7）HC、CMS、NH4HPAN、熱穩定劑RW、膨潤土體系，（8） LVCMC、NH4HPAN、XC、熱穩定劑RW、膨潤土體系，（9）FA367、CMS、NH4HPAN、熱穩定劑RW、膨潤土體系共9個體系。然后對上述鉆井液體系中進行處理劑不同加量下的性能測試，加氯化鉀后的性能變化測試，加砂床濾失劑后的性能變化測試。有關實驗數據進行分析，選擇每一個體系中最好的配方進行性能比較，比較數據見表2，結果表明：不考慮流變性，從達到鉆井要求與經濟性考慮最好的配方是1號（膨潤土、CMS、NH4HPAN、鹽、砂床濾失劑）;考慮流變性最好的配方是7號（膨潤土、CMS、NH4HPAN、鹽、XC、砂床濾失劑）。

2.1.2 ?鉆井液配方熱穩定性實驗

從鉆井液配方的初步實驗中確定了各相對較好的體系配方，主要由CMS、CMC、XC、FA、NH4HPAN、砂床濾失劑（HDDL-05）等復合組成的，中壓失水與高溫高壓失水都比較低，砂床濾失基本上為0。熱滾實驗時間為16 h，測定熱滾后鉆井液配的流變性能與中壓失水，有關數據見表3。

2.2 ?提高鉆井液配方熱穩定性實驗

從實驗所篩選的鉆井液配方在室溫下的性能較好，但熱滾后性能變化較大，特別是中壓失水增加較多，流變性變差，配方的耐溫性差，為了提高配方的耐溫性，在上述實驗的基礎上進行了大量的處理劑協同性評價實驗，具有較好熱穩定性能的鉆井液配方見表4，實驗表明：4個配方熱滾后流變性較好，n值在0.6左右，動塑比在0.39～0.44，中壓失水均在8 mL以內，砂床濾失均為0。其中綜合性能最佳的配方是：（1）2號，1.5%CMS、0.6%LVCMC、1%NH4HPAN、0.15%XC、0.05%SYBM-06、A;（2）4號，1.5%CMS、0.3%NH4HPAN、0.3%FA、0.3%JT8、0.3%LVCMC、0.15%XC、0.2%SYBM-06、A。二者熱穩定性好，失水低，稀釋劑是能夠降低濾液表面張力與界面張力的表面活性劑，不但解決了鉆井液的稀釋問題，而且解決了鉆井液濾液水鎖問題。

3 ?甲酸鉀鉆井液體系實驗

甲酸鉀作為鉆井液添加劑有其獨有的特性，從文獻報道與現場應用試驗反映甲酸鉀一方面具有較好的抑制性，鉆井過程中腐蝕性小，另一方面能夠配制高密度鉆井液。

3.1 ?無固相鉆井液體系初步評價實驗

實驗在借助無固相鉆井液實驗的基礎上進行了甲酸鉀無固相鉆井液體系的評價實驗，從實驗數據綜合分析，中壓與高溫高壓失水較低的配方見表5。從表中的數據反映：配方的熱穩定性能較差，熱滾后流變性變差，n值均大于0.7，中壓失水增大，熱滾后的中壓失水均在13 mL以上。在添加了砂床濾失控制劑后其砂床濾失大于20 mL。

3.2 ?無固相鉆井液體系初步評價實驗

實驗反映體系配方的熱穩定性不理想，實際鉆井過程中，鉆井液經過所鉆油層溫度會提高，由于溫度的變化鉆井液性能會發生較大的變化，為了盡量降低配方在高溫下的失水，減少配方在高溫下的流變變化，根據本部分中無固相鉆井液的實驗與本節的實驗數據進行了甲酸鹽無固相鉆井液體系提高熱穩定性的實驗評價，有關數據見表6。

從表中的數據反映：

（1）無固相鉆井液體系熱滾后中壓失水要降低到9 mL以下比較困難，處理劑用量較大;

（2）甲酸鉀體系比氯化銨體系失水略有增加，流變略有變好，但變化都非常小;

（3）無固相甲酸鉀鉆井液體系配方熱滾后中壓失水在10 mL左右且成本最低的是12號：甲酸鉀鹽水無固相鉆井液。3%CMS、0.2%LVCMC、0.5%HPAC、1%NH4HPAN、0.15%XC、0.05%SYBM- 06、1.5FT-1、0.1%RW-1、1.5%甲酸鉀、3.5%砂床濾失劑。

該配方n值小于0.7，熱滾后中壓失水小于10 mL，砂床濾失小于3.5 mL。

4 ?結 論

對7種鉆井液體系進行了評價實驗，分別篩選出性能好，成本低的配方。進行了現場鉆井液改性成為保護油氣層鉆井液的工藝實驗與效果評價，為現場鉆井液的改性提供了指導作用。

參考文獻：

[1]白海鵬.保護油氣層鉆井和完井液現狀與發展趨勢[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（23）：95-96.

[2]呂廣玉，史配銘，曲小文.靖邊氣田鉆井液設計及油氣層保護分析[J].科技經濟導刊，2018，26（28）：92.

[3]潘永功，李路.X油田鉆井液對油氣層的保護研究[J].化學工程師，2018，32（1）：44-46.

[4]王智，曹秋芳.淺析油氣層保護的鉆井液及工藝技術研究[J].中國石油和化工標準與質量，2013，34（2）：69.

[5]盧淑芹，姜薇，陳金霞，等.南堡潛山油氣層鉆井完井液技術[J].鉆井液與完井液，2015，32（6）：18-21+104.

[6]任健.優質輕鉆井液體系應用[J].當代化工，2017，46（7）：1405-1408.

[7]楊嶠峰，黃友亮，王冬.C區塊鉆井液體系優化研究[J].當代化工，2017，46（1）：92-93+97.