无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系研究

高杰松，李战伟，郭晓军，闫运亮

(1.中国石油锦州石化公司研究院，辽宁 锦州 121001；2.中国石油冀东油田勘探开发建设项目部钻井科，河北 唐海 063200；3.中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，河北 燕郊 101149；4.中海油田服务股份有限公司油田化学事业部塘沽基地，天津 塘沽 300452)

水平井是近年来为提高油田采收率和勘探效果发展起来的钻井工艺，能有效增加油层的泄油面积，提高油井产能，在钻井过程中发挥着越来越重要的作用。水平井钻井液不仅要具有良好的抑制能力，还必须具有优良的动、静态携砂能力以及优异的储层保护特性。

无粘土相甲基葡萄糖苷钻井液体系是近年来兴起的一种新型水基钻井液体系，是以一定比例的甲基葡萄糖苷和水混合作为基液，然后加入流型调节剂构建而成。该体系成分简单，具有与油基钻井液相似的性能，可有效抑制页岩水化，成功维持井眼稳定，还具有良好的润滑性、抗污染能力以及储层保护特性，且无毒、易生物降解、环境污染小，具有极好的应用前景。作者在此构建了无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系，并对其性能进行了评价。

1 甲基葡萄糖苷在钻井液中的作用机理

甲基葡萄糖苷一般由淀粉在一定温度下催化降解为葡萄糖，然后与甲醇反应并经分离、提纯获得，具有含4个羟基基团的环状结构。由于原料来源广、价格低廉，其成本相对较低。

研究表明，将一定量的甲基葡萄糖苷加入到水基钻井液中，会明显改善水基钻井液的性能。例如，加入3%以上的甲基葡萄糖苷可以增大钻井液的屈服值和凝胶强度，从而提高钻井液的携岩能力；加入15%以上的甲基葡萄糖苷则会减小钻井液的摩擦系数，提高钻井液的润滑性；加入35%以上的甲基葡萄糖苷不仅可以有效地降低钻井液的水活度，而且可以形成理想的半透膜，阻止与钻井液接触的页岩水化和膨胀，有效地维持井眼的稳定。

无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的作用机理主要为[1～3]：

(1)甲基葡萄糖苷分子通过亲水性羟基吸附在井壁和岩屑上形成半透膜，提高页岩的膜效率，利用其有效渗透力的增加以抵抗水力和化学力的作用所导致的页岩吸水，从而抑制页岩水化、孔隙压力的增加和页岩强度的削弱，进而稳定井壁。

(2)甲基葡萄糖苷基液能配制出滤失性能优良的钻井液，能很快形成低渗透、致密的滤饼，具有良好的膜效率，从而有效地控制固相和滤液浸入引起的储层伤害。

(3)甲基葡萄糖苷可以降低滤液的化学活性，实现对泥页岩膨胀压的控制，阻止水分子向泥页岩中渗透。

(4)通过加入一定量的流型调节剂，能显著提高钻井液的低剪切速率粘度，从而有效提高钻井液的动、静态携砂能力。

(5)浓度为80%的甲基葡萄糖苷溶液的LC50值高于500×10-3，远远超过了美国环保局(EPA)所规定的排放标准。具有极好的环境保护特性。

2 无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的确定

2.1 钻井液体系基本配方及其流变性能

在大量室内研究的基础上，以合成的甲基葡萄糖苷为基液，优选保护储层和环境的无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的基本配方如下：

甲基葡萄糖苷基液∶海水(4∶6)+0.5%流型调节剂VIS+0.2% Na2CO3+1%降滤失剂HFL+0.1%抗氧化剂，用CaCO3将体系密度调整到1.15 g·cm-3。

无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的流变性能见表1。

表1 钻井液体系基本性能

从表1可以看出，该体系具有优良的流变性能和降滤失性能。即使没有加入降滤失剂，滤失量依旧很小。作为衡量钻井液动、静态携砂能力的重要指标，其低剪切速率粘度达到44 133 mPa·s，能很好地满足水平井钻井液的动、静态携砂要求。

2.2 流型调节剂VIS加量的确定

采用上述基本配方，考察流型调节剂VIS加量对钻井液体系流变性能的影响，结果见表2。

表2 流型调节剂加量对钻井液体系流变性能的影响

从表2可以看出，流型调节剂VIS加量对钻井液体系的性能影响很大，随着VIS加量的增加，体系的动切力、低剪切速率粘度大幅增加，滤失量有所下降。当流型调节剂VIS加量为0.5%时，钻井液体系具有良好的流变性能，低剪切速率达到44 133 mPa·s，滤失量仅为2.4 mL。因此，确定钻井液体系流型调节剂VIS加量为0.5%。

3 无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的性能评价

3.1 抗温性评价

考虑到甲基葡萄糖苷为淀粉改性产品，自身抗温性能不强，因此该无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系主要适用于低温地层，室内研究抗温性评价测定范围为40～80 ℃、老化时间为16 h，结果见表3。

表3 钻井液体系抗温性能

从表3可以看出，该体系具有一定的抗温能力，在80 ℃以内其流变性能和降滤失性能基本不变。

3.2 抗污染能力评价

室内研究了无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的抗污染能力，评价包括抗NaCl污染、抗CaCl2污染、抗MgCl2污染以及抗劣质土污染等。结果见表4。

表4 钻井液体系抗污染能力评价

从表4可以看出，无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系具有非常优良的抗污染能力，几种污染介质对体系的流变性能几乎没有影响，仅仅在抗无机盐污染时滤失量有所增加。

3.3 抑制性评价

选用露头岩样作为实验岩屑、老化条件为60 ℃×16 h，采用热滚回收率评价方法，考察无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的抑制性能，并和海洋钻井常用的KCl/聚合物钻井液体系、聚合醇钻井液体系以及无粘土相水平井弱凝胶钻井液体系进行了对比，结果发现：露头岩样粘土矿物含量为30.64%，其中I、I/S的相对含量为27%、73%，未检出S、K、C，混层比为85%；无粘土相甲基葡萄糖苷钻井液体系、聚合醇钻井液体系、KCl/聚合物钻井液体系、水平井弱凝胶钻井液体系的流动回收率分别为92.3%、86.3%、81.7%、90.5%，其中无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的抑制性能最好。

3.4 润滑性能评价

采用E-P极压值和泥饼粘附系数评价方法，考察无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的润滑性能。室内研究结果表明，无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系具有良好的润滑性能，其泥饼粘附系数为0.0524、E-P极压值为9-11。

3.5 储层保护性能评价

按照中国石油天然气行业标准SY/T6540—2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》，分别采用静态污染方法以及动态污染方法对无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的储层保护性能进行了测试。其中动态污染试验采用JHDS高温高压动失水仪在压差3.0 MPa、温度80 ℃、速梯300s的条件下污染125 min进行模拟，实验岩心采用人造岩心。岩心的基本物性参数及储层保护性能见表5。

表5 岩样的基本物性参数及实验结果

从表5可以看出，优选的无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系表现出非常优良的储层保护的能力，4块岩心的渗透率恢复值平均达到98%。

4 结论

(1)确定无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系配方为：甲基葡萄糖苷基液∶海水(4∶6)+0.2%Na2CO3+0.5%流型调节剂VIS+1%降滤失剂HFL+0.1%抗氧化剂，用CaCO3将体系密度调整到1.15 g·cm-3。该体系具有良好的流变性能和动、静态携砂能力，低剪切速率粘度达到44 133 mPa·s，现场易于维护。

(2)无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系具有一定的抗温能力，优异的抑制能力、润滑能力、抗污染能力以及储层保护能力。

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