HEM抗高溫鉆井液性能優(yōu)化

＊聶強勇 陳新 杜仕勇 胡朝偉 孔燕燕 胡璟嵩

（1.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)公司 四川 610065 2.西南石油大學石油與天然氣工程學院 四川 610065）

引言

隨著油氣資源的勘探開采不斷向深部復雜地層發(fā)展，鉆遇高溫高壓地層的幾率日漸增大，對抗高溫高密度鉆井液的需求也將逐漸增多[1-4]。由于近年來所鉆遇的地層越來越復雜，內(nèi)部的溫度和密度越來越高，現(xiàn)有的水基鉆井液體系配方（如聚磺體系，PLUS/KCl體系，PEM體系和聚胺-有機鹽體系等）已無法完全滿足現(xiàn)場實際需要，在高溫條件下，現(xiàn)有的鉆井液體系存在功效降低甚至失效的狀況，這對實際的鉆進開發(fā)有著十分不利的影響[5-6]。因此對現(xiàn)有體系進行優(yōu)化，使其達到既定需求，是當下一個重要的研究方向。

針對X油田鉆進作業(yè)普遍存在的軟泥巖水化膨脹導致的縮徑問題以及鉆井液抗高溫的問題，優(yōu)選適度抑制的HEM抗高溫鉆井液體系可減少鉆井復雜情況發(fā)生[7-8]。本文通過實驗方法確定了優(yōu)化后的鉆井液配方，結(jié)果顯示其能滿足現(xiàn)場需求，達到預期目標，這能極大地提升經(jīng)濟效益。

1.實驗部分

(1)實驗材料及儀器

①實驗材料

氯化鉀、氯化鈉、氫氧化鈉、無水碳酸鈉，成都市科龍化工試劑廠；海水土漿、降失水劑FLOTROL、封堵劑LSF、羥基成膜劑LPFH、生物聚合物XC、低分子包被劑UCAP、聚胺抑制劑UHIB、防泥包潤滑劑HLUB，成都西油華巍科技有限公司；降濾失劑HTFL，四川西南石大金牛石油科技有限公司；抗溫降濾失劑SMP、磺化褐煤SPNH，四川正蓉實業(yè)有限公司。

②實驗儀器

六速旋轉(zhuǎn)黏度計（ZNN-D6F）、API中壓濾失儀（1201）、高溫高壓濾失儀（GGS42-2A）、高溫滾子加熱爐（XGRL-4A）、陳化釜（MK-LH4）、泥餅黏滯系數(shù)測定儀（1802）、極壓潤滑儀（EP-B），青島創(chuàng)夢儀器有限公司。

(2)實驗方法

①基本配方

根據(jù)X油田現(xiàn)場鉆井液實際應(yīng)用情況，采用施工現(xiàn)場實際鉆井液配方，本次測試的HEM鉆井液配方選定為：3%海水土漿+0.25% Na2CO3+0.15% NaOH+1.2%FLOTROL+1.5% LSF+1.5% LPFH+0.15% XC+0.6% UCAP+2%UHIB+3% SMP+3% SPNH+1.5% HLUB+0.8% HTFL+8%NaCl+6% KCl。

②評價方法

參照國家標準GB/T 16783.1-2014《石油天然氣工業(yè)中鉆井液現(xiàn)場測試》測試鉆井液性能。流變性測試溫度為50℃，熱滾老化溫度為150℃，老化16h。

2.結(jié)果與討論

(1)HEM抗高溫鉆井液性能測試

①流變性測試

選用六速旋轉(zhuǎn)黏度計進行測試，實驗結(jié)果如表1所示。

表1 HEM鉆井液流變參數(shù)

從表1可知，HEM鉆井液流變性在室溫下表現(xiàn)較好，但經(jīng)150℃熱滾16h后，黏度和切力都呈現(xiàn)了較大的降低趨勢，分析可知此套配方不適合在150℃高溫環(huán)境下工作。

②濾失量和泥餅?zāi)Σ料禂?shù)測試

本次實驗采用API中壓濾失儀、HTHP濾失儀、泥餅黏滯系數(shù)測定儀進行測試，實驗結(jié)果如表2，圖1所示。

圖1 HEM鉆井液泥餅形貌（API左，HTHP右）

表2 HEM鉆井液濾失結(jié)果

HEM鉆井液的泥餅形貌如圖1所示。

由表2、圖1可知，該HEM鉆井液API濾失量為3.8mL，泥餅為黑色，厚度僅為0.5mm；HTHP濾失量為17.6mL，泥餅為黑色，厚度為2.0mm。因此該HEM鉆井液的API濾失量較小，但HTHP濾失量較大。此外，該HEM鉆井液的API泥餅?zāi)Σ料禂?shù)適中，而HTHP泥餅?zāi)Σ料禂?shù)較大。

通過上述實驗可知，該HEM鉆井液在溫度較低時表現(xiàn)良好，但在高溫條件下性能難以滿足實際要求。針對這一現(xiàn)狀，需要調(diào)整其性能以滿足實際高溫條件。

(2)HEM抗高溫鉆井液性能優(yōu)化

①增粘劑XC加量優(yōu)選

XC是一種以提高鉆井液黏度和切力為主的聚合物，因此可用鉆井液的流變性來確定XC的用量。增粘劑XC加量選定為0.2%、0.3%和0.4%進行實驗，結(jié)果如表3所示。

表3 XC加量優(yōu)選結(jié)果

由表3可知，隨著增粘劑XC加量的增加，體系的黏度、切力和HTHP濾失量呈上升趨勢。當XC加量為0.3%時，整體表現(xiàn)較好，因此選定增粘劑XC加量為0.3%較適宜。

②降失水劑FLOTROL加量優(yōu)選

經(jīng)過上步實驗，鉆井液性能得到了加強，但失水造壁性有待進一步優(yōu)化，因此需對降失水劑FLOTROL加量進行優(yōu)化。選定FLOTROL加量為1%、1.2%、1.4%和1.6%進行實驗，結(jié)果如表4所示。

表4 FLOTROL加量優(yōu)選結(jié)果

據(jù)表4可知，隨著FLOTROL加量提高，鉆井液的流變性變化不大，但失水量降低較多。為了滿足實際需要，考慮經(jīng)濟效益，選定FLOTROL加量為1.4%較適宜。

③潤滑劑HLUB加量優(yōu)選

鉆井液良好的潤滑性能降低摩擦阻力，同時保護鉆具，選定HLUB的加量為1%、1.5%、2%和2.5%進行實驗，結(jié)果如表5所示。

表5 HLUB加量優(yōu)選結(jié)果（25℃）

由表5可知，隨著HLUB加量提高，體系的潤滑性能變好。當HLUB的加量為2%時，性能已滿足實際需求，因此選定HLUB的加量為2%較適宜。

通過實驗對HEM鉆井液進行性能優(yōu)化，最終確定配方如下：3%海水土漿+0.25% Na2CO3+0.15% NaOH+1.5%LSF+1.5% LPFH+2% UHIB+3% SMP+3% SPNH+1.4%FLOTROL+0.6% UCAP+0.3% XC+2% HLUB+0.8% HTFL+8%NaCl+6% KCl。

(3)優(yōu)化后的HEM抗高溫鉆井液性能評價

①抗溫性能評價

首先對優(yōu)化后的HEM鉆井液的抗溫性能進行了評價。實驗溫度為：110～150℃，實驗結(jié)果見表6所示。

表6 抗溫性能評價結(jié)果

由表6可知，優(yōu)化后的HEM鉆井液抗溫性能良好。在實驗溫度范圍內(nèi)（110～150℃），流變性和失水造壁性均能保證實際要求，性能穩(wěn)定。

②抗鉆屑污染能力評價

先將鉆屑烘干粉碎后，通過100目篩，之后再加入鉆井液中進行實驗，結(jié)果如表7所示。

表7 抗鉆屑污染能力評價結(jié)果

由表7可知，在鉆屑加入量上升的同時，鉆井液的密度也隨之增加，雖然切力和表觀黏度也在上升，但是現(xiàn)象并不明顯，由此表明該體系具有良好的抗鉆屑污染的能力。

③抑制性能評價

為了了解抑制性是否良好，對優(yōu)化后的HEM鉆井液進行了抑制性評價實驗，結(jié)果如表8所示。

表8 抑制性評價結(jié)果

由表8可知，清水的巖屑回收率僅15.0%，而優(yōu)化后的HEM鉆井液的巖屑回收率為86.4%，表明其具有良好的抑制性。

3.結(jié)論

原有鉆井液體系在本次實驗評價下，不足之處明顯，在150℃高溫環(huán)境下，出現(xiàn)了功效降低甚至失效的情況。優(yōu)化后的HEM抗高溫鉆井液具有良好的流變性、失水造壁性、抑制性和潤滑性，在實際應(yīng)用時，能夠滿足150℃高溫環(huán)境中的鉆井要求，優(yōu)選配方為：3%海水土漿+0.25% Na2CO3+0.15% NaOH+1.5% LSF+1.5%LPFH+2% UHIB+3% SMP+3% SPNH+1.4% FLOTROL+0.6%UCAP+0.3% XC+2% HLUB+0.8% HTFL+8% NaCl+6% KCl，具有良好的應(yīng)用前景。