秘魯西北部TALARA淺海區塊鉆井液技術研究與應用

曹 輝， 王勇強， 董宏偉

(1低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院)

秘魯西北部塔拉拉近海區域及鄰近的厄瓜多爾瓜亞基爾近海區域地質地貌較為接近，油氣儲量豐富，目前開發力度較大，但地層極不穩定，井下事故頻發，據已完鉆井數據統計井下事故率高達14%，卡鉆事故時有發生。當地受熱帶沙漠氣候的影響，淡水缺乏嚴重導致大量淡水輸送不能及時，造成等停非生產時間,嚴重影響鉆井時效。而且，該區塊位于世界四大漁場之一的秘魯漁場海域范圍，海洋生態環境極其敏感，當地環保組織對該海域環保監控極其嚴厲，鉆井作業環保壓力十分巨大。因此，如果能以海水為連續相結合環保性能良好的化學組分，可有效提高井壁穩定性、降低該區域淺海鉆井對淡水資源的依賴程度，同時滿足當地海洋鉆井環保要求。

目前，海洋鉆井關鍵鉆井液技術主要是低溫下鉆井液流變性控制技術[1-4]、海洋鉆井井壁穩定技術[5-9]以及近海鉆井環保鉆井液技術[10-17]。本文擬通過優選關鍵處理抗溫抗鹽降濾失劑CYJ-1為主劑，優選其他環保添加劑，形成海水基環保型鉆完井液體系，解決該秘魯西北部塔拉拉斷陷盆地海洋淺水鉆井淡水資源短缺、井壁失穩、低溫流變性差、鉆井環保壓力大等技術難題，為進一步開拓海外鉆井液技術服務市場做好充分的技術儲備。

一、現場配制鉆井液用海水成分分析

秘魯TALARA海域近海鹽場分布廣泛，海鹽使用十分便捷，采用海鹽加重不僅能夠大大降低鉆井液成本，而且可以降低鉆井液中有害固相含量而保持良好的鉆井液性能。因此，采用當地海鹽配制質量比20%的飽和鹽海水作為鉆井液用基液。20%飽和鹽海水中Cl-含量為91 326 mg/L，總Ca2+、Mg2+含量(總硬度)為8 926 mg/L。高含量的Ca2+、Mg2+對鉆井液體系的處理劑，尤其抗溫抗鹽降失水劑提出了極高的要求，因此，抗溫抗鹽降失水劑的研選成為體系研發成功的關鍵。

二、海水基環保型鉆井液關鍵處理劑的優選

1. 抗溫抗鹽降失水劑的優選

室內選取G333、CYJ-1和CYJ-2三種抗鹽抗高溫降濾失劑進行熱滾實驗，熱滾前后性能對比見表1。

表1 降濾失劑熱滾前后性能對比(140℃×16h)

表1可知，在同樣加量的條件下，降濾失劑CYJ-1的降濾失效果最好，且可抗140℃高溫，因此選用CYJ-1作為體系的降濾失劑。

2. 潤滑劑的優選及加量選擇

選取潤滑劑DRH、RSD-3、JN-300和G303四種潤滑劑進行優選實驗，基漿配方：水+0.3%NaOH+6%膨潤土+20%海鹽，水化24 h，結果見圖1。

圖1 不同潤滑劑摩擦系數降低率

圖1可知，G303摩擦系數降低率最大，潤滑效果最好，因此選3.0%為潤滑劑G303的最佳加入量。

3. 提黏劑的優選

選取幾種綠色環保型提黏劑，以“3%膨潤土漿+ 20%海鹽”為基漿，進行流變性評價，結果見表2。

表2 提黏劑優選實驗結果(140℃×16h)

表2可知，老化前后提黏效果最好的是XCD，其次是PAC-H，因此選用XCD和PAC-H復配作為體系的提黏劑。

三、海水基環保型鉆井液體系性能評價

通過對體系所用關鍵處理劑抗溫抗鹽降濾失劑的優選和其他環保型處理劑的優選，構建海水基環保型鉆完井液體系，并對體系配方進行性能評價。

1. 體系環境指標評價

使用哈希CODmax plus sc型分析儀，哈希BOD Trak II型分析儀以及DXY-3型生物毒性測試儀進行體系的環保指標評價，環保性評價參考標準：SY/T 6788-2010《水溶性油田化學劑環境保護技術評價方法》，和SY/T 6787-2010《水溶性油田化學劑環境保護技術要求》。 評價結果表明，海水基環保型鉆完井液體系BOD5/CODCr為0.663，易降解，生物毒性EC50值為24 600 mg/L，無毒。

2. 體系抑制性評價

使用OFI 150-80-1-230V型高溫動態線性頁巖膨脹儀進行巖心膨脹率測試評價實驗，見表3。

表3 體系的抑制性評價實驗

由表3可知，8 h后巖心膨脹量降低率達到74.33%，16 h后達到67.73%，說明體系抑制性強。

3. 體系加重實驗

使用重晶石對海水基環保型鉆井液體系進行加重能力評價，結果見表4。

表4 體系加重實驗數據

表4可知，體系的密度加重到1.70 g/cm3，體系流變性能良好。

4. 體系低溫流變性評價

以5℃和25℃的表觀黏度比值和動切力比值來評價體系低溫流變性是否良好，使用美國Chandle公司7600型高溫高壓流變儀評價體系的低溫流變性，結果見表5。

表5 低溫流變數據

表5可知，隨著膨潤土量和體系密度降低，5℃和25℃的表觀黏度比值和動切力比值降低，因此，可以通過降低體系膨潤土量和固相含量改善體系低溫下流變性。

5. 體系高溫流變性評價

使用美國Chandle公司7600型高溫高壓流變

儀進行了體系的高溫流變性評價，結果見表6。

表6可知，體系溫度達到150℃時，體系黏度突降，說明體系最高抗溫140℃。

表6 高溫流變數據

四、現場試驗應用

1. 現場試驗概況

針對秘魯近海區塊海洋淺水鉆井井壁失穩、淡水資源短缺、環保壓力大的問題，通過優選關鍵處理抗溫抗鹽降濾失劑為主劑，構建海水基環保型鉆井液體系，研究成果在Z-2B淺海區塊ONSHP-XX井和PN4-XX井進行了2口現場試驗井，其中ONSHP-XX井順利鉆穿192 m褐色泥巖，PN4-XX鉆穿141 m褐色泥巖，低溫流變性良好，未發生井下復雜，均順利完成鉆井任務，2口試驗井平均機械鉆速得到大幅提高，平均鉆井周期比其它井平均縮短5.88 d，電測均一次成功，取得了良好的應用效果。

2. 應用效果

2.1 現場鉆井液無毒、易降解

現場取鉆井液進行室內環境指標評價，2口試驗井的鉆井液環境指標見表7。

表7 體系現場取樣性能指標

表7可知，兩口試驗井所用海水基環保型鉆井液體系的BOD5/CODCr值分別為0.239、0.179，易降解，生物毒性EC50值分別為22 100 mg/L、24 200 mg/L，為無毒。

2.2 機械鉆速大幅提高

海水基環保型鉆井液體系在秘魯近海區塊進行的2口試驗井，試驗井與非試驗井的鉆井周期統計數據見圖2。

圖2 試驗井與非試驗井鉆井周期統計

圖2可知，通過機械鉆速對比分析，隨著鉆井液密度的降低和配方優化，平均機械鉆速較原來大幅度提高，平均鉆井周期比其它井平均縮短5.88 d。

2.3 克服了電測遇阻的問題

在秘魯SAVIA公司近海區塊使用新研制的海水基鉆井液在Z-2B淺海區塊ONSHP-XX井和PN4-XX井現場試驗2井次，2口試驗井均提前完井，沒有任何井下復雜情況，電測一次成功，井徑擴大率不超過9.0%，遠小于當地其他公司服務井徑。

五、結論與建議

(1)研發的海水基環保型鉆完井液體系性能穩定，抗140℃高溫，體系抑制性強，8 h后巖心膨脹量降低率達到74.33%，平均傷害率為11.83%，屬于低傷害范圍，體系BOD5/CODCr為0.663，易降解，生物毒性EC50值為24 600 mg/L，無毒，能夠滿足秘魯淺海區塊鉆井的環保要求。

(2)海水基環保型鉆完井液體系低溫流變性良好，體系密度1.5 g/cm3時，5℃和25℃的表觀黏度比1.37，動切力比1.16，通過降低體系的固相含量和膨潤土量，可以達到降低5℃和25℃的表觀黏度比值和動切力比值，避免對井壁沖刷，提高鉆井液攜砂能力，凈化井眼效果明顯。

(3)現場試驗2口井，體系低溫流變性良好，電測均一次成功，2口試驗井平均鉆井周期比非試驗井平均縮短5.88 d，取得了良好的應用效果和經濟效益。

(4)建議對鉆井液體系配方進一步優化，改善低溫下的流變性，進一步對海水基環保型鉆完井液體系加以推廣應用。