一種保護(hù)碳酸鹽儲層的可液化鉆開液的研發(fā)與性能評價*

王勝翔，張 帆，林 楓，程 爽，王 雷

（1.中海石油伊拉克有限公司，北京100010；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452）

伊拉克Missan油田位于伊拉克東南部Missan省，油田儲層巖性主要為碳酸鹽巖，部分地區(qū)有砂巖發(fā)育，部分層位含有微裂縫，油藏原始地層壓力系數(shù)為1.172數(shù)1.184，油藏最高溫度為120℃。目前Missan油田的開發(fā)主要以直井射孔完井為主，為了提高開發(fā)效率，未來將更加側(cè)重水平井裸眼完井作業(yè)。對于水平井裸眼完井開發(fā)，目前常用的儲層鉆開液體系為弱凝膠體系，該體系具有低剪切速率黏度高、攜砂效果好的特點［1-5］，但由于使用了大量的聚合物，完井作業(yè)時，必須進(jìn)行破膠處理以提高儲層保護(hù)效果［6］。由于破膠劑一般為強(qiáng)氧化劑，采用破膠作業(yè)不僅會增加作業(yè)成本，而且還具有一定的危險性［7］，因此人們試圖開發(fā)不需破膠處理的鉆開液體系，并進(jìn)行了一些探索性的研究［8-12］。考慮到Missan油田水平井開發(fā)及裸眼完井的需要，采用改性生物聚合物VIS-B為流型調(diào)節(jié)劑、可酸溶的改性淀粉STARFLO為降失水劑、JQWY為酸溶性的暫堵材料，DUALSEAL為堿度調(diào)節(jié)劑，氯化鈉和甲酸鈉復(fù)合鹽水加重，設(shè)計了一種非破膠可液化的鉆開液體系，通過考察流型調(diào)節(jié)劑VIS-B、降失水劑STARFLO、潤滑劑Lube加量對鉆開液性能的影響，確定了非破膠可液化鉆開液體系的基本配方，評價了該鉆開液體系的抗溫性能、抗地層水污染能力、抑制性能以及完井液對鉆開液體系泥餅的破膠能力和對儲層保護(hù)效果，并報道了現(xiàn)場應(yīng)用情況。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

STARFLO降濾失劑（可酸溶的改性淀粉）、流型調(diào)節(jié)劑VIS-B（改性生物聚合物）、酸溶性暫堵劑JQWY、堿度調(diào)節(jié)劑DUALSEAL、潤滑劑Lube，荊州嘉華科技有限公司；NaOH、Na2CO3、KCl、NaCl、HCOONa，市售工業(yè)品。

ZNN-D6A型六速旋轉(zhuǎn)黏度計、GJS-B12K型高頻高速攪拌器、ZNS-5A型中壓濾失儀、XGRL-4型滾子加熱爐，青島海通達(dá)專用儀器廠；JHR巖心夾持器，湖北現(xiàn)代石油科技發(fā)展有限公司；CLDS-II型動態(tài)濾失儀，湖北創(chuàng)聯(lián)石油科技有限公司。

1.2 鉆井液性能測試

鉆井液的流變性能、濾失性能等均按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5621《鉆井液測試程序》進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 非破膠可液化鉆開液體系的配方優(yōu)選

針對Missan油田儲層的特點以及水平井裸眼完井的需要，針對性地設(shè)計了一種無需破膠的可液化鉆開液體系。該體系形成的濾餅在酸性條件下可溶解，不需要破膠處理，既保證了作業(yè)安全，也可以提高作業(yè)效率。通過大量的室內(nèi)研究，確定非破膠可液化鉆開液體系的基本組分為：淡0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl+3%KCl＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY+40%HCOONa＋VIS-B＋STARFLO＋Lube（1.28 g/cm3）。

2.1.1 流型調(diào)節(jié)劑加量對體系性能的影響

流型調(diào)節(jié)劑VIS-B加量對配方為淡水＋0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl＋3%KCl＋VIS-B＋3%STARFLO＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY＋40%HCOONa（1.28 g/cm3）的鉆開液體系性能的影響見表1。從表1可以看出，隨著VIS-B加量的增大，體系的黏度逐漸增加，當(dāng)加量達(dá)到1%時，體系熱滾后的低剪切速率黏度（LSRV）達(dá)到29863 mPa·s。VIS-B是一種改性的生物聚合物，具有很好的增黏效果，能有效地調(diào)節(jié)體系的流變性能，在低剪切速率下，分子鏈之間能夠相互纏結(jié)，形成弱凝膠狀態(tài)，在水平井的鉆井作業(yè)中可滿足水平井?dāng)y砂要求。

表1 VIS-B加量對體系性能的影響

2.1.2 降濾失劑加量對體系性能的影響

可酸溶改性淀粉STARFLO可酸溶、自然降解，符合環(huán)保要求。降濾失劑STARFLO加量對配方為淡水＋0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl＋3%KCl＋1.0%VIS-B＋STARFLO＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY＋40%HCOONa（1.28 g/cm3）的鉆開液體系性能的影響見表2。從表2可以看出，隨著降濾失劑STARFLO加量的增大，體系的黏度雖然有所增加，但總體變化不大，體系的API濾失量隨著STARFLO加量的增大而降低，這表明濾失劑STARFLO的降濾失效果好，且具有一定的抗溫性能。綜合考慮，選擇降濾失劑STARFLO加量為3.0%。

表2 STARFLO加量對體系性能的影響

2.1.3 潤滑劑加量對體系性能影響

從降低摩阻和扭矩等方面考慮，在水平井鉆井過程中須在鉆井液體系中加入潤滑劑以保證正常鉆進(jìn)。潤滑劑Lube加量對配方為淡水＋0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl＋3%KCl＋1.0%VIS-B＋3%STARFLO＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY＋Lube＋40%HCOONa（1.28 g/cm3）的鉆開液體系性能的影響見表3。從表3可以看出，隨著Lube加量的增大，潤滑系數(shù)呈較大幅度的下降，體系表現(xiàn)出優(yōu)良的潤滑性能。從表中實驗數(shù)據(jù)可以看出，Lube加量的變化對于濾失量和pH值的影響不大，但鉆井液的流變性隨著Lube加量的增大出現(xiàn)了較為明顯的增長趨勢。因此，綜合考慮鉆井液的性能和作業(yè)成本控制，潤滑劑Lube加量以1.5%為宜。

表3 Lube加量對體系性能的影響

通過以上對各種外加劑對體系性能影響評價研究，確定了非破膠可液化鉆開液體系的配方為：淡水＋0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl＋3%KCl＋1.0%VIS-B＋3%STARFLO＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY＋1.5%Lube＋40%HCOONa（1.28 g/cm3）。

2.2 鉆開液體系的性能

2.2.1 抗溫性能

Missan油田有多個開發(fā)層位，由于儲層的埋藏深度不一，因此儲層溫度有一定的差異。在不同的溫度下熱滾16 h后，鉆開液體系的流變、濾失性能見表4。從表4可以看出，體系在130℃下熱滾16 h后，仍能保持較好的流變性能和濾失性能，能夠滿足現(xiàn)場作業(yè)的需求。

表4 鉆開液體系的抗溫性能

2.2.2 抗地層水污染能力

Missan油田地層水礦化度高達(dá)235858 mg/L，為了考察地層水的侵污對鉆開液性能的影響，向體系中加入一定量的地層水（礦化度235858 mg/L）。實驗研究表明，當(dāng)?shù)貙铀那治哿窟_(dá)到20%時，體系經(jīng)過120℃ 熱滾16 h后，PV為19 mPa·s，YP值為17 Pa，API濾失量為3 mL，體系仍能保持很好的流變性和濾失性能，低剪切速率黏度為49473 mPa·s，能夠保證水平井的有效攜砂，表明體系具有很好的抗地層水污染能力。

2.2.3 抑制性能

經(jīng)測試得知，鉆開液體系對Missan油田現(xiàn)場泥巖巖屑的滾動回收率和防膨率分別為95.34%和92.13%，這表明該鉆開液體系具有很好的抑制泥頁巖水化膨脹的能力。

2.2.4 完井液對鉆開液體系泥餅的破膠能力

將鉆開液形成的泥餅置于HTA固體酸完井液體系中，在60℃下靜置一段時間后查看泥餅狀態(tài)。實驗發(fā)現(xiàn)，在HTA固體酸完井液中靜置0.5 h左右后，鉆開液體系的泥餅完全脫落且全部溶解，此外，浸泡過泥餅的完井液殘液依然保持清澈透明。這說明完井液能夠?qū)@開液泥餅的殘渣全部清除掉，即使鉆開液體系的膠液或聚合物等侵入地層孔隙中，在完井過程中完井液的侵入也能夠?qū)⑽廴镜貙拥哪z液或聚合物等降解清除掉，從而恢復(fù)油流通道，達(dá)到保護(hù)油氣層的效果。

2.2.5 完井液對儲層保護(hù)效果

為了測試鉆開液及配套完井液體系的儲層保護(hù)效果，選用了Missan油田的碳酸鹽巖心作為測試巖心。首先用鉆開液對滲透率為9.52×10-3μm2的巖心進(jìn)行污染，測試巖心的滲透率，為7.87×10-3μm2，滲透率降低了17.3%；然后，將鉆開液污染后的巖心用完井液進(jìn)行侵污處理后再次測試巖心的滲透率，為9.29×10-3μm2，滲透率恢復(fù)值為97.58%。這說明該鉆開液體系無需破膠處理，僅經(jīng)過完井液處理就可以達(dá)到很好的儲層保護(hù)效果。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

非破膠可液化鉆開液體系已在米桑油田水平井鉆井作業(yè)中實現(xiàn)了應(yīng)用，在該油田3個區(qū)塊共計7口水平井的應(yīng)用中，鉆井作業(yè)非常順利，沒有發(fā)生任何井下復(fù)雜事故，完井工具管柱均順利下入到設(shè)計預(yù)定深度，為油藏的高效開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。

與早期米桑油田采用的PRD無固相鉆完井液體系相比，采用該可液化鉆開液及其配套完井液體系進(jìn)行鉆完井作業(yè)，減少了作業(yè)施工程序，降低了作業(yè)成本和井控風(fēng)險。據(jù)統(tǒng)計，作業(yè)中平均每口井節(jié)約鉆井時間約9 h，節(jié)約鉆井成本約50萬元。7口井試采產(chǎn)量均超預(yù)期配產(chǎn)產(chǎn)量，且截止到目前產(chǎn)量一直比較穩(wěn)定，該可液化鉆開液體系在米桑油田的開發(fā)中取得了較好的應(yīng)用效果。

3 結(jié)論

適合Missan油田水平井裸眼完井的非破膠可液化鉆開液體系的基本配方：淡水＋0.2%NaOH＋0.2%Na2CO3＋16%NaCl＋3%KCl＋1.0%VIS-B＋3%STARFLO＋0.5%DUALSEAL＋5%JQWY＋1.5%Lube＋40%HCOONa（1.28 g/cm3）。該體系具有較好的耐溫以性能，抗溫可達(dá)130℃；該體系的抑制性能優(yōu)良，鉆屑的滾動回收率達(dá)到95.34%；同時體系具有較好的抗侵污能力，能有效地抵抗高礦化度地層水的侵污；體系形成的濾餅在酸性條件下可溶解，不需要破膠處理，既保證了作業(yè)安全，也可以提高作業(yè)效率。該體系侵污的巖心經(jīng)配套的完井液處理后，其滲透率恢復(fù)值可達(dá)97.58%。現(xiàn)場應(yīng)用效果表明，該體系能減少作業(yè)時間，降低作業(yè)成本，試采產(chǎn)量均超預(yù)期，取得了較好的應(yīng)用效果。