高性能强抑制钻井液室内试验研究

2014-03-18牛晓中石化西北油田分公司工程技术研究院新疆乌鲁木齐830011

石油天然气学报 2014年10期

牛晓（中石化西北油田分公司工程技术研究院，新疆乌鲁木齐830011）

熊汉桥（油气藏地质及开发工程国家重点实验室（西南石油大学），四川成都610500）

何仲，潘丽娟（中石化西北油田分公司工程技术研究院，新疆乌鲁木齐830011）

近年来鉴于油气开采的新需求，发展了一种类油基性能的高性能水基强抑制钻井液，这种钻井液具有良好的抑制性能，同时又低于油基钻井液的成本。在国外，利用这种 “多功能、强抑制、低成本”的设计理念［1］研究出了一种新型的高性能水基钻井液体系HPWBM，该体系很好地解决了井壁周围岩石水化膨胀分散的问题，同时还提高了一系列诸如提高钻速、保护油气层、减少压力传递、减少钻头泥包、抑制天然气水合物形成的性能。在国内，研究人员在高性能水基钻井液的研制方面也取得了很大的进展，研究出了一系列的高性能水基钻井液体系［2］。例如，胡进军等［3］的PDF-PLUS聚胺聚合物钻井液；孔庆明等［4］报道ULTRADRIL水基钻井液在张海502FH井的应用；王荐等［5］研制了一套无黏土相聚胺强抑制钻井液；屈沅治等［6］采用催化胺化法研制出一种新型胺基抑制剂并形成钻井液体系。

笔者在借鉴前人研究成果的基础上，同时结合西北油田顺9区块的钻井特点，研究出匹配性能良好、成本低、钻进效率高、同时满足储层保护要求的钻井液。

1 钻井液处理剂优选

1.1 强抑制剂筛选

筛选了国内外数种强抑制剂进行评价，并分别进行了滚动回收率试验、线性膨胀试验、流变性能（最佳加量）试验、岩心浸泡试验。从表1评价结果可知，KCl、CFY-01、HPA等具有较强的防塌性和比较好的经济性。根据文献［7］，将KCl与其他处理剂复配使用，效果上比单纯使用某一种处理剂更好。

1.2 防塌剂筛选

鉴于在强抑制剂的筛选试验中采用了胺基类抑制剂，根据聚合醇、聚醚多元醇、聚合脂、阳离子沥青粉、铝基防塌剂等处理剂之间的协同作用，筛选出铝基防塌剂和胺基抑制剂共用的效果更好。试验中收集了多种铝基防塌剂进行分析（见表2）。

由表2可以看出，通过滚动回收率试验、16h线性膨胀试验、流变性能（最佳加量）试验，可知DLP-1的性能均较好。因此在该次试验中采用DLP-1作为体系的防塌剂。

表1 强抑制剂筛选与评价

表2 防塌剂筛选与评价

1.3 其他主要处理剂筛选

1）增黏剂评价黄原胶XC、聚合氯化铝PAC、羧甲基纤维素CMC、聚丙烯酰胺PAM、羟乙基纤维素HEC、无机增黏剂SWZN、CNM等处理剂抗温抗盐抗钙及表观黏度等性能，优选出PAC-LV、PAC-HV复配作为增黏剂。

2）降滤失剂根据表3中评价的多种处理剂试验结果，优选出抗盐抗钙高温降滤失剂作为降滤失剂。

表3 降滤失剂筛选与评价

3）无渗透处理剂评价了BST-Ⅱ、OCL-BST、DL-701、QCX-2等4种处理剂，通过加入前后失水量测定、泥饼承压试验、流变性能试验等，筛选出BST－Ⅱ作为无渗透处理剂。

4）润滑剂评价了DNP、TRH-2两种处理剂的润滑性能，其中DNP润滑系数最小（0．1153），选择DNP作为润滑剂。

5）加重剂评价了保护油气层的BGH-Ⅰ、活化重晶石、2种普通重晶石粉等4种加重剂，进行密度筛选及酸溶率测定，筛选出BGH－Ⅰ作为加重剂。

6）聚磺处理剂聚磺处理剂能有效地降低钻井液高温高压失水，提高井壁的稳定性。在顺9井区现用水基钻井液中，基本上采用聚磺钻井液体系，应用效果上加入三磺处理剂的钻井液要明显优于其他钻井液。同时由于聚磺处理剂适用范围较广，使用效果比较好，成本较低，抗污染性能力也比较好，使用剂量比较大，能对体系性能起到较大的影响。根据现场的实际应用情况，结合钻井液研制的要求，提取现场钻井液的优点，在配方中加入经典的聚磺体系处理剂，提高钻井液的整体性能。

1.4 处理剂配伍性评价

考虑到处理剂优选，如强抑制剂、防塌剂、增黏剂、润滑剂、加重剂、聚磺处理剂优选试验均为单剂试验，不能全面考虑到与其他处理剂的配伍性，故对多种处理剂间配伍性进行试验性能评价，试验配方见表4。配方评价结果如图1所示，可以看出，处理剂配伍性良好，滚动回收率最高可达94．6%。

表4 处理剂配伍性评价配方

图1 处理剂配伍性评价结果

2 高性能强抑制钻井液配方建立及评价

2.1 配方的建立

顺9区块志留系储层属于低孔特低渗且裂缝／微裂缝发育的砂岩储层，储层敏感性矿物含量高，水敏／盐敏性强。因此需要从3个方面进行钻井液设计：①防储层敏感性损害，采用钾基＋胺基强抑制剂；②防储层孔喉堵塞，采用多级架桥精确暂堵技术［8］；③防裂缝／微裂缝损害，采用无渗透处理剂＋裂缝暂堵粒子。

钻井液储层保护功能配方设计为钻井液基液＋强抑制剂＋KCl＋复合暂堵粒子＋无渗透处理剂＋变形粒子＋其他。其中复合暂堵粒子和变形粒子的设计依据多级架桥精确暂堵技术进行。

根据顺9井组储层岩心孔喉区间渗透率贡献率（图2）统计表明，顺9井组储层岩心孔喉区间对渗透率贡献率最大的孔喉主要集中在0．4～1．0μm，1．0～1．6μm和2．5～6．3μm这3个区间，这3个区间孔喉对渗透率的贡献率分别为56．87%、21．57%和15．95%，3个区间的累计贡献率为94．39%，表明储层连通孔喉中对渗透率贡献率较大的孔喉总体非常细小。设计多级架桥粒子为1．5%～2．0%CaCO3（3000目）＋0．2%～0．5%CaCO3（1500～2000目）＋0．1%～0．3%纤维粒子。室内进行复配试验后，得到的高性能强抑制水基钻井液配方：

4%膨润土浆＋5%KCl＋1%～3%强抑制剂＋3%防塌剂DLP-1＋0．1%～0．15%增黏剂PAC-LV＋0．1%～0．15%增黏剂PAC-HV＋3%降滤失剂CF230＋2%～3%无渗透处理剂BST－Ⅱ＋1．5%～2．5%润滑剂DNP＋2%～3%磺甲基酚醛树脂SMP-1＋2%～3%褐煤树脂SPNH＋2%～3%磺化褐煤SMC＋油层保护剂（1．5%～2．5%复合暂堵粒子＋0．5%～1．5%变形粒子）＋加重剂BGH－Ⅰ。

图2 顺9井组储层岩心孔喉区间渗透率贡献率曲线

2.2 常规性能评价

测定高性能强抑制水基钻井液的常规性能，包括流变性、API失水量、高温高压失水量等，结果如表5所示。

表5 高性能强抑制水基钻井液常规性能评价

2.3 抗污染性能评价

体系的抗污染性能评价进行了包括抗盐、抗钙、抗岩屑污染性能评价，试验结果见表6。可以看出，该体系热滚前后流变性能变化不大，具有良好的抗污染能力。

2.4 抑制性评价

抑制性评价包括滚动回收率评价和线性膨胀评价。试验采用顺9井储层岩屑进行试验，用以考察钻井液体系的抑制性，试验结果见表7、8。

表6 高性能强抑制水基钻井液抗盐性能评价

表7 钻井液体系滚动回收率试验

表8 钻井液体系抑制膨胀试验

由表7试验结果可知，该强抑制水基钻井液体系的滚动回收率达到了94．64%，表明该钻井液体系对易坍塌分散岩样具有非常强的抑制分散能力。由表8试验结果可知，强抑制水基钻井液16h膨胀率只有8．25%，表明该强抑制水基钻井液体系及加重后对易坍塌、易膨胀钻屑具有非常强的抑制能力。

2.5 沉降稳定性评价

沉降稳定性则是指在重力作用下钻井液内颗粒是否易于下沉的性质［9］，一般用颗粒下沉速度的快慢来衡量沉降稳定性的好坏，如两桶加重后的钻井液，静止24h后分别测上部和下部钻井液密度变化，其变化越小，则沉降稳定性越好，越适合钻井作业使用。试验中用量筒法分别对密度为1．39、1．52g／cm3的加重钻井液的沉降稳定性作评价，其评价结果见表9。