抗高温无黏土相钻井液体系研究

2014-03-03万芬王昌军长江大学化学与环境工程学院湖北荆州434023

石油天然气学报 2014年4期

万芬，王昌军（长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 434023）

随着油气勘探开发领域的深层次化，油气钻进越来越深，钻遇地层的温度、压力越来越高，对钻井液提出了更高要求。尤其是水平井钻井液，必须具有良好的携砂能力以保持井眼清洁，良好的润滑性以降低摩阻，良好的防塌性以保持井壁稳定，良好的抗高温性以保持高温稳定性等［1］。国外采用结构调整和配方组合的方式使弱凝胶钻井液的抗温性能最高可达150℃，但这种钻井液的成本较高。因此，研制出了一种抗高温无黏土相钻井液，用于高温水平井钻井，并对该体系的性能进行了评价。

1 设计思路

试验通过在无黏土相钻井液中添加褐煤树脂或特种树脂结合还原剂亚硫酸钠来增强钻井液的抗温性能。选用甲酸盐对无黏土相钻井液进行加重，提高体系的抑制性，可使钻屑和黏土不分散、不膨胀，有利于井壁稳定和储层保护，既能提高体系的热稳定性，又能增大低剪切速率黏度，强化钻井液快速生成弱凝胶的特性［2］。

2 抗高温无黏土相钻井液体系配方

现场钻井用的无固相钻井液抗温能力只能达到140℃，为了更好地满足高温地层的钻井需求，经过室内研究构建出抗高温无固相钻井液。

试验配方：东海海水＋0.6%NaOH＋0.6%Na2CO3＋0.1%聚丙烯酰胺钾盐K－PAM＋0.8%流型调节剂PF－ViS－B＋2.5%降失水剂RS－1＋1%Na2SO3＋1%防坍塌抑制剂TEX＋1%抗温降失水剂SHR＋1%抗温降失水剂TEMP＋3%防塌润滑剂JLX－C＋3%～5%KCl＋5%酸溶性储层保护剂JQWY＋甲酸钠（密度为1.25g/cm3）。配方中百分数均为质量分数。

3 室内研究

3.1 体系的抗温性能

温度对钻井液性能的影响可分为可逆变化和不可逆变化2种情况。一般来讲，可逆的性能变化反映了钻井液从井口到井底，然后再返回到井口这个循环过程中的性能变化；不可逆的性能变化关系到钻井液的热稳定性。对于抗高温水基钻井液，必须同时考虑这2个方面的问题。因此，在室内用滚子加热炉对钻井液进行滚动老化16h后，测定钻井液在50℃下的流变性结果见表1。可以看出，从130～170℃热滚后，体系的性能都较为稳定，这说明该抗高温无固相钻井液体系具有较好的温度适应性，能够满足不同层位、不同井段的钻探需求。

表1 抗高温无黏土相体系抗温性能评价

3.2 体系的抑制性评价

采用热滚回收率的评价方法，试验考察了抗高温体系的抑制性能。试验时，在抗高温无

黏土相钻井液体系中加入6～10目的露头土，热滚后测定露头土回收率，试验结果见表2。可见该抗高温体系的抑制性能优良，其露头土滚动回收率在94%以上。

表2 抗高温无黏土相体系的抑制性能

3.3 体系的抗污染试验评价

为了评价体系的抗污染性能，进行了抗NaCl、露头土粉试验，老化条件为160℃×16h，结果见表3、4。从表3看出，该抗高温体系在160℃热滚后抗NaCl污染能力强，体系流变性能稳定，低剪切能力强。从表4看出，抗高温无黏土相体系在160℃热滚后抗露头土粉污染能力强，体系流变性能稳定，低剪切能力增强。

表3 抗高温无黏土相体系抗NaCl的污染试验结果

表4 抗高温无黏土相体系抗露头土粉的污染试验结果

3.4 体系的润滑性评价

室内在极压润滑仪上评价了体系的润滑性能。从表5可以看出，随着抗高温体系老化温度的升高，该体系的摩阻因数变小，润滑性变好。

3.5 体系的滤饼破胶评价

通常水平井钻井，需要对裸眼井段泥饼进行破胶清除，防止对储层的损害。将160℃热滚后泥饼分别用海水、质量分数为0.8%的隐形酸HTA和质量分数为3%的破胶剂JPC浸泡30min做破胶试验。从图1可以看出，质量分数为3%的JPC溶液破胶效果最好。JPC为高温破胶剂，含有过氧化剂，具有较高的破胶效率，能对泥饼和聚合物胶液进行有效消除。

表5 抗温无黏土相体系润滑试验结果

3.6 体系的储层保护评价

根据钻井液损害评价程序和方法，在压差3.5MPa、温度160℃、污染125min的损害试验条件下，模拟评价该钻井液体系对岩心的污染程度。岩心污染后采用破胶液（过滤海水＋3%破胶剂JPC）（配方中百分数为质量分数）对岩心端面进行破胶；再用隐形酸完井液（过滤海水＋0.5%～0.8%隐形酸HTA＋1%～2%黏土防膨剂HCS＋1.5%缓蚀剂 CA101－3＋0.6%防水锁剂SATRO）（配方中百分数为质量分数）浸泡。