馬鐵釗

（長(zhǎng)城西部鉆井有限公司，遼寧 盤錦 124010）

中石油安環(huán)院曾對(duì)不同體系的鉆井液廢液進(jìn)行了毒性檢測(cè)，結(jié)果表明，磺化鉆井液中的磺化處理劑中有害物質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)[1]，對(duì)環(huán)境的污染能力遠(yuǎn)高于其他鉆井液體系。為減輕污染、保護(hù)環(huán)境，很多油區(qū)已明確要求禁止使用磺化類鉆井液處理劑。遼河油田海外河區(qū)塊就在魚塘、蝦池、葦海與紅海灘國(guó)家風(fēng)景廊之中，屬于重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)區(qū)，對(duì)環(huán)保要求很高，已明確要求使用無磺鉆井液，因此研究一套適合該區(qū)塊的環(huán)保鉆井液很有必要。

1 鉆井液性能要求

遼河油田海外河區(qū)塊之前使用的硅氟聚合物鉆井液屬于細(xì)分散鉆井液，主要使用磺化酚醛樹脂、磺化瀝青等磺化類處理劑降低濾失量、提高鉆井液抗溫性，但鉆遇東營(yíng)組的綠灰色泥巖時(shí)，鉆井液流變性不易控制，黏度上升迅速，通常采用放掉部分老漿后再補(bǔ)充新漿的辦法來維護(hù)鉆井液性能。為方便維護(hù)鉆井液性能并達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，優(yōu)選復(fù)合鹽鉆井液替代原體系。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)、施工要求及經(jīng)驗(yàn)，鉆井液性能參數(shù)需達(dá)到如下要求：密度在1.07～1.25 g·cm-3范圍內(nèi)可調(diào)，F(xiàn)LAPI≤4 mL，摩阻系數(shù)＜0.20，抗溫能力≥130 ℃（稠油蒸汽驅(qū)使少許井井底溫度異常），流變性能良好且易于維護(hù)。

2 去磺化復(fù)合鹽鉆井液體系研究

根據(jù)目標(biāo)區(qū)塊鉆井液性能要求，以KCl、甲酸鈉為復(fù)合鹽基液，優(yōu)選復(fù)配效果好的去磺化類降濾失劑、抑制劑、潤(rùn)滑劑等，建立符合要求的鉆井液配方。

2.1 降濾失劑的優(yōu)選

以1%～2%膨潤(rùn)土+0.1%NaOH+0.2%LV-PAC+0.4%XC+6%KCl 溶液+5%甲酸鈉+4%超細(xì)鈣為基礎(chǔ)配方，對(duì)10 種去磺化類降濾失劑進(jìn)行了試驗(yàn)，從中優(yōu)選出3 種降濾失劑，試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 降濾失劑優(yōu)選

由表1 數(shù)據(jù)可知，3 種降濾失劑均可將濾失量降至要求范圍內(nèi)，且隨著加量增加，濾失量減小，但抗高溫淀粉在加量較少時(shí)即可達(dá)到要求，因此優(yōu)選抗高溫淀粉作為體系的降濾失劑。

2.2 抑制劑的優(yōu)選

聚胺是近年來研究較多的鉆井液抑制劑，其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)可以很好地抑制黏土水化膨脹，且抑制性持久，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，無論是作為單劑使用還是以其為核心處理劑建立的鉆井液體系，都有較強(qiáng)的抑制性[2-7]。優(yōu)選4 種聚胺類抑制劑，通過測(cè)定對(duì)基漿的流變性的影響及造漿降低率評(píng)價(jià)樣品的抑制性能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 抑制劑優(yōu)選

造漿降低率計(jì)算公式：

式中：Φ600—基漿在600 r·min-1時(shí)的恒定讀值；

Φ′600—加入樣品后在600 r·min-1時(shí)的恒定讀值。

基漿為10%膨潤(rùn)土漿，高速攪拌20 min，密封養(yǎng)護(hù)24 h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)選的4 種聚胺抑制劑加量為1%時(shí)表觀黏度和靜切力均大大降低，這說明聚胺抑制劑能極大地抑制黏土造漿，其中CFY-01抑制效果尤為突出，造漿降低率大于85%，因此優(yōu)選CFY-01 作為抑制劑。

2.3 潤(rùn)滑劑的優(yōu)選

海外河區(qū)塊已進(jìn)入開發(fā)中后期，以側(cè)鉆井側(cè)鉆水平井為主，井深一般在1 500～2 000 m，水平段長(zhǎng)度一般 200～500 m，靶前位移較短，一般300～400 m，常常出現(xiàn)托壓、卡鉆等情況，因此很有必要優(yōu)選一種環(huán)保型的高效潤(rùn)滑劑。

通過調(diào)研篩選出3 種環(huán)保型潤(rùn)滑劑，以1%的加量分別加入基礎(chǔ)液，配方為：2%膨潤(rùn)土+0.1%NaOH+0.2%LV-PAC+0.4%XC+6%KCl+ 5%甲酸鈉+2%SHR+1%CFY-01+4%超細(xì)鈣+4%石灰石。用EP-2 極壓潤(rùn)滑儀對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 環(huán)保型潤(rùn)滑劑性能評(píng)價(jià)

磨阻系數(shù)降低率計(jì)算公式：

式中：RK—磨阻系數(shù)降低率，%；

K0—基礎(chǔ)液的磨阻系數(shù)；

K樣—加入潤(rùn)滑劑樣品后的磨阻系數(shù)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，HLB 潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑效果和抗溫能力較好。該潤(rùn)滑劑由合成酯與多種特種表面活性劑組成，能在鉆頭、鉆具和其他工具表面形成一層牢固的吸附膜，可大幅度降低鉆具在鉆進(jìn)過程中的磨損和疲勞[8-10]，防止井下鉆具發(fā)生粘附卡鉆事故的發(fā)生，因此選擇HLB 潤(rùn)滑劑作為鉆井液潤(rùn)滑劑。

2.4 去磺化復(fù)合鹽鉆井液配方

綜合室內(nèi)優(yōu)選結(jié)果，形成了一套去磺化復(fù)合鹽鉆井液體系，其配方為：2%膨潤(rùn)土+0.1%NaOH+0.1%～0.3%LV-PAC+0.3%～0.5%XC+1.6%～2%SHR + 5%～7%KCl+5%～8%甲酸鈉 + 4%超細(xì)鈣 +0.5%～1%CFY-01 + 1%HLB + 加重劑（石灰石）。

常溫下測(cè)得鉆井液流變性能如表4 所示。

表4 不同密度下鉆井液性能

由表4 可知，該鉆井液具有塑性黏度較低、動(dòng)切力較高、動(dòng)塑比高等弱凝膠鉆井液的流變特性[11]，攜砂能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定。

3 室內(nèi)評(píng)價(jià)

海外河區(qū)塊鉆井液密度為1.12～1.20 g·cm-3，室內(nèi)以 1.17 g·cm-3密度評(píng)價(jià)該復(fù)合鹽鉆井液體系性能。

3.1 熱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

將配制好的鉆井液在90、110、130 ℃下分別滾動(dòng)老化16 h 后用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、布氏黏度計(jì)、濾失量測(cè)定儀等測(cè)定其性能，試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。

由表5 可知，該體系在各溫度下老化后性能穩(wěn)定，完全能抗130 ℃高溫。其在低剪切速率下黏度超過20 000 mPa·s，動(dòng)塑比接近1，表明該體系具有類似弱凝膠的特性，低剪切速率下黏度仍較高。

表5 去磺化復(fù)合鹽鉆井液老化后性能

3.2 抑制性評(píng)價(jià)

采用巖屑滾動(dòng)回收率試驗(yàn)評(píng)價(jià)體系抑制性能，在130 ℃條件下滾動(dòng)16 h 后測(cè)定其回收率，回收率越高，說明鉆井液體系抑制性越強(qiáng)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6 所示。

表6 130 ℃/16 h 熱滾后巖屑回收率

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合鹽鉆井液大幅提高了巖屑回收率，這是因?yàn)镵Cl、有機(jī)鹽、聚胺的協(xié)同作用加強(qiáng)了體系的抑制性，KCl 電離的K+可以鑲嵌到蒙脫石晶格內(nèi)部以穩(wěn)定黏土，有機(jī)鹽中的有機(jī)酸根離子和水分子形成氫鍵，對(duì)自由水有較強(qiáng)的束縛作用，聚胺中質(zhì)子化的銨根離子可以進(jìn)入到黏土層片抑制黏土滲透水化；多重協(xié)同作用保證了鉆井液強(qiáng)的抑制性。

3.3 儲(chǔ)層保護(hù)評(píng)價(jià)

在130 ℃、3.5 MPa 下，用巖心敏感性測(cè)定儀來模擬復(fù)合鹽鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)污染，結(jié)果如表7 所示。

表7 去磺化復(fù)合鹽鉆井液體系儲(chǔ)層保護(hù)評(píng)價(jià)

試驗(yàn)結(jié)果表明，巖心滲透率恢復(fù)值均較高，具有較好的油層保護(hù)效果。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

復(fù)合鹽鉆井液已在遼河油田海外河區(qū)塊施工20 余井次，多為側(cè)鉆水平井，以海191-KXCH 井為例，井身結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 海191-KXCH 井井身結(jié)構(gòu)示意圖

4.1 施工概況

海191-KXCH 井井眼準(zhǔn)備好后（拆換井口、通井、洗井、擠灰、鉆塞、試壓等）下入導(dǎo)斜器，下深為1 113.0 m，陀螺復(fù)測(cè)原井套管數(shù)據(jù)后擺好導(dǎo)斜器方位并坐封。用Φ154 mm 銑錐開修窗，窗口起下正常后下螺桿定向鉆進(jìn)；鉆至井深1 591.73 m（井斜90.2°、方位90.82°、垂深1 378.77 m）準(zhǔn)確入靶；鉆至井深1 790.00 m（井斜89.00°、方位90.5°、垂深1 381.74 m）完鉆。后期單扶通井、雙扶通井、電測(cè)、下套管、固井等施工十分順利。井身質(zhì)量合格，固井質(zhì)量合格。

全井施工使用去磺化復(fù)合鹽鉆井液，泥漿始終保持性能優(yōu)良，該井鉆井周期6 天，建井周期17天，無托壓、卡鉆等復(fù)雜情況，順利完成施工。

4.2 鉆井液性能

該井開窗后進(jìn)入館陶組，巖性主要為大段灰綠色泥巖，夾雜薄層細(xì)砂巖；東營(yíng)組主要為大段泥巖，易造漿，常規(guī)鉆井液施工時(shí)黏切不易控制，常常采取放掉部分泥漿再補(bǔ)充稀膠液的方法維護(hù)鉆井液性能，浪費(fèi)泥漿材料的同時(shí)也給環(huán)境保護(hù)帶來了壓力。

使用去磺化復(fù)合鹽鉆井液體系并配合使用好固控設(shè)備即可有效除去有害固相，泥巖在鉆井液中基本不造漿，始終保持良好性能。鉆井液性能如表8所示。

表8 海191-KXCH 井鉆井液性能

5 結(jié) 論

1）根據(jù)工程設(shè)計(jì)、施工要求及經(jīng)驗(yàn)，確定了目標(biāo)區(qū)塊鉆井液性能要求，替換了磺化類處理劑，引入了聚胺抑制劑，優(yōu)選了潤(rùn)滑劑，形成了一套適合目標(biāo)區(qū)塊的復(fù)合鹽鉆井液體系。

2）復(fù)合鹽鉆井液體系配方簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，具有弱凝膠的獨(dú)特流變特性，可抗溫130 ℃，抑制性強(qiáng)，潤(rùn)滑性良好，可有效保護(hù)儲(chǔ)層。

3）該體系在施工中流變性穩(wěn)定易調(diào)整，攜砂能力強(qiáng)，潤(rùn)滑防卡效果好，未發(fā)生任何復(fù)雜事故，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。