新型無土相環保鉆井液技術研究與應用

彭會新

新型無土相環保鉆井液技術研究與應用

彭會新

（中國石油遼河油田公司開發事業部， 遼寧 盤錦 124010）

為了滿足環保要求, 解決目前遼河油田側鉆井過程中出現的大段泥巖段井壁穩定性差、劃眼頻繁等難題，調研了國內外小井眼鉆井液技術，通過優選無機鹽類密度調節劑、有機胺類抑制劑、低熒光環保型潤滑劑，建立一套具有強抑制性的新型無土相環保鉆井液體系。室內評價試驗表明，該體系塑比＞0.5，攜巖能力強；150 ℃滾動回收率大于92%，強抑制防塌效果好。HTHP＜10 mL，可以滿足遼河油田側鉆水平井對鉆井液的抗溫、抑制和流變性指標的要求。

小井眼側鉆井；環保性；強抑制性

近年來，隨著人工成本的不斷升高，鉆井的綜合成本日益增加。遼河油田在老區塊多采用老井側鉆的開發方式。這種開發方式可利用原井筒、井場、道路及地面流程，可大幅度降低產能建設成本，是老油氣田挖掘剩余油氣潛力、延緩產量遞減、降本增效的有效技術途徑[1-2]。

為了大幅度降低產能建設成本，挖掘剩余油氣潛力，目前冷家油田大規模部署φ118 mm小井眼側鉆井，同時其部分井位于灘海環境保護區內，環保政策嚴苛，鉆井液處理劑要求無磺，無黑色，加之φ118 mm小井眼側鉆井裸眼段長（＞500 m），鉆遇大段泥巖地層；平均環空間隙小，泵壓高，存在大段泥巖段井壁穩定性差、定向托壓嚴重等難題。因此，針對以上問題進行室內研究，制定應對方案，以滿足冷家油田側鉆井對于環保鉆井液的需要。

1 鉆井液技術思路

針對冷家油田小井眼側鉆井的問題，為保證鉆井液具有一定的抗溫能力、比較低的濾失量和較好抑制性，同時滿足環保要求，準備從以下幾個方面開展研究：

1）優選抗高溫環保型降濾失劑，代替磺化類產品[3]。

2）采用KCl作為體系基液，達到高密度的同時可以保持較低的黏度，兼有提高體系抑制性的能力。

3）不加土，采用碳酸鈣提高封堵造壁能力

大段泥巖鉆進使鉆井液被污染，即使鉆井液具有很強的抑制能力，機械降級也會使一部分造漿性泥巖分散在鉆井液中，導致流變性失控，易造成靜止后粘切過大，泵壓高，不利于井下安全。

4）引入胺基抑制劑

目前，胺基改性聚醚類抑制劑被引入鉆井液中作為有效的泥頁巖抑制劑，實驗室評價和現場應用結果表明，有機胺類抑制劑能有效減少黏土礦物的表面水化和滲透性水化。

2 室內研究

2.1 增黏劑的優選

配制基礎液（10% KCl+2% 降濾失劑），分別加入0.5％的各種環保型增黏劑，攪拌靜止，利用六速旋轉黏度計分別測量以下添加劑在常溫和高溫老化后的塑性黏度和動切力。數據見表1。

表1 增黏劑優選

結果表明，XC 、LT-1、HEC和PAC-HV在常溫下提黏效果較好。在150 ℃老化后，HEC和PAC-HV抗溫能力差，發生高溫降解。XCD和LT-1具有一定的抗溫能力，YP為6 Pa和3 Pa。由于小井眼側鉆水平井需要鉆井液具有低黏高切的特殊流變特性，以滿足快速鉆進和水平段攜巖的要求，所以選擇XC作為體系的增黏提切劑。

2.2 有機胺抑制劑優選

優選4種有機胺類抑制劑，選取遼河油田某泥巖層巖屑（6~10目），通過巖屑滾動回收試驗評價其對泥巖的抑制能力。試驗數據見表2。

表2 抑制劑篩選

實驗結果表明，優選的4種有機胺抑制劑對泥巖巖屑有較強的抑制作用，二次滾動回收率超過70%，其中3號抑制劑效果最好，一次、二次回收率最高。

又結合目前現場用的鉆井液藥品特點，篩選環境友好型的功能處理劑，綜合大量實驗結果得出小井眼鉆井液配方為：10% KCl＋0.2％ 燒堿＋0.4% XCD＋0.1~1% PAC-LV+0.1~0.3% YZ-3+2~3% YJW-1+9％ 超細碳酸鈣＋石灰石+潤滑劑+0.2% 消泡劑。

3 鉆井液體系性能評價

針對研究形成的環保型無土相鉆井液體系配方，對其進行抗溫、抑制性評價。

3.1 抗溫性能評價

配制密度為1.4 g·cm-3的樣品，用6速旋轉黏度計設備評價該體系在80、100、120、150 ℃下鉆井液性能，見表3。

表3 抗溫穩定性能評價

在120 ℃之內體系性能基本保持不變；150 ℃老化后，體系黏度、切力僅僅小幅度下降，表明鉆井液抗溫能力好。其動塑比大于0.5，表明該體系的攜巖能力強，可以滿足小井眼鉆井小排量下的攜巖要求。

3.2 抑制性能評價

采用泥頁巖滾動試驗評價體系抑制性能。此法可用來評價泥頁巖的分散特性，研究鉆井液抑制地層分散能力的強弱。取遼河油田某地層易分散的泥巖，在150 ℃下滾動16 h，測試其(40目)的回收率，回收率越高，說明鉆井液體系抑制性越強。實驗結果見圖1，圖2。

實驗結果表明，新型無土相環保鉆井液巖屑回收率達到92.15%，回收的巖屑棱角分明。這是因為K+能鑲嵌到蒙脫石晶格內部，起到穩定作用；同時加入有機胺后，質子化的有機銨根離子可以進入到黏土層片抑制黏土滲透水化，協同作用保證鉆井液對泥巖具有很強的抑制能力。

圖1 巖屑滾動回收率

圖2 巖屑回收樣品

4 結束語

1）根據小井眼側鉆井技術工藝特點，分析了遼河小井眼鉆井液的技術難點，提出無土相、KCl基液提密度和碳酸鈣級配封堵的研究思路，研制了一套無土相KCl環保型鉆井液體系。

2）研制的新型無土相環保鉆井液體系具有抗150 ℃、強抑制性、抗污染能力強的特點；具有特殊的流變性能，動塑比＞0.5，各項性能可以滿足小井眼鉆井需求。

3）在無土相鉆井液中，KCl不僅作為黏土穩定劑，也可以作為有效的流型調節劑用來調整體系的流變性能，效果優于小分子量聚合物降黏劑。

［1］周煜輝，趙凱民．小井眼鉆井技術[J]．石油鉆采工藝，1994，16（2）：16-24．

［2］李少池，周煜輝 ．小井眼環空水力學評述[J]．石油鉆采工藝，1997，19（5）：27-31．

［3］潘麗娟，孔勇，牛曉，等．環保鉆井液處理劑研究進展[J]．油田化學，2017，34（4）：734-738．

Research on a New Type of Soil-free Environment-friendly Drilling Fluid

（Petroleum Exploration and Development Institute of Liaohe Oilfield Company, Panjin Liaoning 124010, China）

In order to meet environmental protection requirements and solve the problems of poor wellbore stability and severe directional support pressure in the large mudstone section during the sidetracking process of Liaohe oilfield, domestic and foreign slim hole drilling fluid technology was investigated, and inorganic salt density regulator,organic amine inhibitors and low-fluorescence environmentally friendly lubricants were optimized to establish a new type of soil-free environmentally friendly drilling fluid system with strong inhibition. The indoor evaluation test showed that the plastic ratio of the system was greater than 0.5, and the rock-carrying capacity was strong; the rolling recovery rate at 150°C was greater than 92%, and the strong suppression effect was good. HTHP was less than 10mL, which met the requirements of temperature resistance, inhibition and rheology indexes of drilling fluid for sidetracking horizontal wells in Liaohe oilfield.

Slimhole sidetracking; Environmental protectiont; Strong inhibition

2020-11-18

彭會新（1967-），男，高級工程師，遼寧省盤錦市人，1990年畢業于江漢石油學院鉆井工程專業，研究方向：鉆井工程。

TE254

A

1004-0935（2021）01-0116-03