張文彬，王洪偉，王雪松

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部湛江作業(yè)公司，廣東湛江　524057)

BD區(qū)塊在1987年和1989年分別鉆過兩口勘探井，當(dāng)時(shí)的鉆井液體系以簡單的KCl聚合物為主，在打鉆期間遇到了各種井下問題，包括鉆頭泥包、抽吸、環(huán)空憋壓、漏失、溢流等復(fù)雜情況，側(cè)鉆井眼三次，情況異常復(fù)雜，無法滿足開發(fā)要求。進(jìn)入新世紀(jì)，隨著天然氣需求的增加，該氣田迎來了商業(yè)開發(fā)窗口，HCML公司決定啟動該氣田的開發(fā)計(jì)劃，首批四口水平井鉆井計(jì)劃。隨著石油勘探技術(shù)的發(fā)展，鉆井液工藝技術(shù)也迎來了高速發(fā)展[1-3]，新的高溫高壓鉆井液、高性能鉆井液、合成基鉆井液等可以有針對性地解決井下復(fù)雜情況。其中高性能鉆井液技術(shù)以其較強(qiáng)的抑制性和環(huán)保性得到廣泛的認(rèn)可，并逐漸替換高污染的油基鉆井液作業(yè)[4]，為解決底層復(fù)雜的井提供了更好的解決方案。目前國內(nèi)的中海油羅健生等研究的HEM高性能鉆井液[5-6]，其密度不超過1.6 g/cm3，具有較強(qiáng)的抑制性和優(yōu)良的防泥包性能，一般使用在南海深水區(qū)塊，沒有在高溫高壓井的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。本文以高密度[7](1.85 g/cm3)HEM高性能鉆井液為基礎(chǔ)，通過室內(nèi)評價(jià)對比和現(xiàn)場成功應(yīng)用，系統(tǒng)研究高密度HEM 鉆井液與常規(guī)鉆井液相比的優(yōu)異之處，為高溫高壓區(qū)塊[8-11]繼續(xù)開發(fā)應(yīng)用該鉆井液體系提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1　技術(shù)難點(diǎn)

2　高密度HEM體系的室內(nèi)研究

2.1　基本配方

通過系列室內(nèi)試驗(yàn)最終確定，鉆井液流變性適中、可以滿足攜砂需求的高密度HEM鉆井液體系的基本配方如下：

海水+1.4 kg/m3純堿+5.7 kg/m3PF-PAC LV(聚陰離子纖維素)+14.25 kg/m3PF-FLO(土豆淀粉)+1.42 kg/m3PF-XC(提黏劑)+28.5 kg/m3KCl(氯化鉀)+2% PF-UHIB(聚胺抑制劑)+ 重晶石(加重到1.85 g/cm3)。

對應(yīng)的鉆井液性能見表1(老化條件為120 ℃，16 h)：

表1　HEM鉆井液基礎(chǔ)配方老化前后性能Table 1　Drilling fluid properties of basic HEM formula before and after aging

2.2　抑制性評價(jià)

高性能HEM體系以聚胺作為抑制劑，在水溶液中游離出氨基陽離子，吸附在帶負(fù)電荷的黏土晶層間，壓縮雙電層，起到抑制泥巖膨脹水化、保持井壁穩(wěn)定的效果。其抑制性的強(qiáng)弱為體系的關(guān)鍵，通過試驗(yàn)評價(jià)合適的聚胺加量，試驗(yàn)基礎(chǔ)配方見表2，不同濃度聚胺配方的線性膨脹率變化如圖1所示。

表2　基本試驗(yàn)配方表Table 2　Basic testing formula

圖1　不同濃度聚胺配方的線性膨脹率Fig.1　Liner welling fate of formulations with different polyamine concentrations

由圖1可以看出，體系中聚胺的濃度在2%時(shí)，線性膨脹率即已達(dá)到最小值，線性膨脹率約20%，遠(yuǎn)優(yōu)于僅使用KCl作為抑制劑的58%膨脹率，可以大幅增強(qiáng)泥漿的抑制性；繼續(xù)提高聚胺濃度到3%，抑制性沒有明顯變化，最終確定現(xiàn)場以表2中配方3的2% PF-UHIB作為基準(zhǔn)濃度。

2.3　防泥包特性評價(jià)[1-2]

現(xiàn)場作業(yè)中，鉆具泥包往往會影響巖屑在環(huán)空中的傳輸，降低機(jī)械鉆速，耽誤工期，因此對鉆井液體系的設(shè)計(jì)要求考慮鉆井液流體具有減少或避免鉆具泥包的特性，這就要求鉆井液可以改變鉆具和巖屑的界面張力，減少巖屑和鉆具之間的交接和吸附力，避免泥包的發(fā)生。HEM鉆井液體系由于使用了PF-HLUB的防泥包潤滑劑，有效改善了接觸介質(zhì)的界面張力，現(xiàn)場應(yīng)用具有良好的防泥包特性。室內(nèi)通過試驗(yàn)?zāi)M對比常規(guī)鉆井液和HEM鉆井液的防泥包性能如圖2所示。

圖2　防泥包能力試驗(yàn)評價(jià)Fig.2　Anti balling performance evaluation

試驗(yàn)中，將不銹鋼管放入泥漿中的老化罐中，并放入現(xiàn)場巖屑，在滾動老化期間，模擬現(xiàn)場鉆具在井壁與巖屑的擠壓和接觸，以黏附的鉆屑數(shù)量作為評判鉆井液防泥包性能的依據(jù)。

表3　防泥包試驗(yàn)結(jié)果Table 3　Anti balling testing results

通過表3的試驗(yàn)結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，添加防泥包潤滑劑的樣本，巖屑黏附在金屬棒上的很少；而沒有添加防泥包潤滑劑的試驗(yàn)中，金屬棒上面黏附了大量鉆屑；在防泥包潤滑劑濃度達(dá)到2%時(shí)，模擬金屬棒上沒有任何巖屑黏附在上面，其泥包概率為常規(guī)鉆井液泥包概率的4%，具有良好的防泥包效果。

2.4　抗污染能力評價(jià)

該項(xiàng)目井采用批鉆模式，所有的HEM鉆井液都要回收重復(fù)利用，在這一過程中低密度固相含量必然逐漸累積；另外由于鉆井液本身密度較高，導(dǎo)致固相含量高，鉆井液的鉆屑容量降低，因此評價(jià)鉆井液體系抗鉆屑污染的能力尤為關(guān)鍵。試驗(yàn)采用向鉆井液配方中加入71.25 kg/m3評價(jià)土，測量120 ℃熱滾老化16 h后的性能變化情況，判斷鉆井液體系的抗鉆屑污染能力分強(qiáng)弱，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

空白配方為HEM的基本配方，污染配方為空白配方+71.5 kg/m3評價(jià)土配方，測量性能為經(jīng)過120 ℃老化16 h，在120 ℃測量的性能。

通過評價(jià)土污染前后的流變性變化范圍可以控制在25%以內(nèi)(項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)書要求，經(jīng)驗(yàn)值)，波動比較平緩，污染后的鉆井液性能仍然可以滿足作業(yè)要求，說明該鉆井液體系的模擬抗污染強(qiáng)度可以滿足現(xiàn)場作業(yè)要求。

表4　鉆井液污染前后鉆井液性能變化趨勢Table 4　Drilling fluid properties before and after contamination

3　高密度HEM鉆井液現(xiàn)場應(yīng)用

3.1　現(xiàn)場鉆井液性能維護(hù)

基本配方：海水+1.4 kg/m3Soda Ash(純堿)+5.7 kg/m3PF-PAC LV(聚陰離子纖維素)+14.25 kg/m3PF-FLO(土豆淀粉)+1.4 kg/m3PF-XC(提黏劑)+42.75 kg/m3KCl(氯化鉀)+2% PF-UHIB(聚胺抑制劑)+2% PF-HLUB(防泥包潤滑劑)+Barite(重晶石，加重到1.85 g/cm3)。

3.2　現(xiàn)場工程概況

該高密度鉆井液在現(xiàn)場應(yīng)用期間，振動篩返出巖屑清爽，無糊篩跡象，鉆具出井干凈，無任何泥包現(xiàn)象，打鉆期間振動篩返出的干燥的巖屑和出井鉆具如圖3和圖4所示。

表5　現(xiàn)場作業(yè)典型鉆井液性能Table 5　Typical drilling fluid properties at location

圖3　振動篩返出的干燥成型泥巖鉆屑Fig.3　The dry and shape cuttings from shaker

圖4　出井鉆具組合無任何泥包跡象Fig.4　The bit on surface without any balling indication

通過現(xiàn)場對鉆井液性能的檢測，HEM鉆井液在高密度條件下，鉆井液性能穩(wěn)定，鉆井液體系抑制性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的防泥包、協(xié)助清潔井眼的優(yōu)點(diǎn)，作業(yè)中直接起下鉆通暢，無須倒劃眼起鉆，4口井均順利完鉆。

4　結(jié)論

(1)HEM鉆井液可以滿足BD項(xiàng)目的作業(yè)要求，在該項(xiàng)目成功應(yīng)用，有效地避免了前期井出現(xiàn)過的井眼清潔、泥包、抽吸等井下復(fù)雜問題，保證井下作業(yè)安全。

(2)HEM鉆井液體系在高密度情況下同樣具有優(yōu)良的流變性，現(xiàn)場鉆井液性能維護(hù)簡單，易于攜砂，滿足良好的井眼清潔效果。

(3)HEM抑制性強(qiáng)，具有防泥包的優(yōu)點(diǎn)，可以提高機(jī)械鉆速，滿足快速鉆進(jìn)需求。

(4)HEM高性能鉆井液抗污染能力強(qiáng)，現(xiàn)場回收處理可以重復(fù)使用，節(jié)省成本，減少排放污染。