合成基钻井液研究及在泰国Chatturat-3井的应用

龚厚平，王亚宁，张 頲，杜道勇，时冠兰，林 建

(中国石化江苏石油工程有限公司钻井处，江苏 扬州 225261)

合成基钻井液研究及在泰国Chatturat-3井的应用

龚厚平，王亚宁，张 頲，杜道勇，时冠兰，林 建

(中国石化江苏石油工程有限公司钻井处，江苏 扬州 225261)

以气制油为基础开发研究了一套高密度合成基钻井液体系，并将该体系在泰国的风险探井Chatturat-3井进行了现场应用。结果表明：该合成基钻井液体系抑制性强，携砂能力好，润滑性优良，性能稳定。机械钻速与相邻区块同井段相比提高16%，且无毒、能生物降解，与地层不产生水敏作用，有利于保护油气层和井壁稳定。

合成基钻井液 环境保护 强抑制性

Chatturat-3井位于泰国Block L29/50区块，目的层为pha nok khao formation和nam phong 上部、底部气层。资料显示该区块以前所钻井很少，可供参考的资料几乎没有。距离该井最近的Chonnabot-1井资料显示：施工过程中，钻进到1 425 m时使用1.31 g/cm3钻井液，钻遇高压气层时钻井液密度提高到1.63 g/cm3才压稳气层。钻进到3 263 m，又钻遇一个高压气层，钻井液密度提到2.29 g/cm3，表明该区块钻探风险较大。此外，在1 400～2 800 m井段存在一段易发生复杂故障的泥岩层。

合成基钻井液具有矿物油基钻井液的优点，且环保性能显著优于矿物油，可满足泰国国家的环保要求[1-2]。针对泰国Block L29/50区块地层研制了一套具有良好环保性能的合成基钻井液体系，并在Chatturat-3井进行了应用。

1 基础油选择

对聚a-烯烃PAO、醚类、气制油与油基钻井液用柴油、矿物油进行闪点、粘度及芳烃含量评价，结果见表1。

表1 不同基础油性能对比

由表1可知，气制油的闪点较低，与5#白油相当；密度为0.81 g/cm3，低于其他基础油。由于气制油中不含芳烃，运动粘度显著低于其他基础油，因而即便其闪点和密度稍低，其作为基础油的性能显著优于其他油类[3-4]。气制油粘度随温度的变化见图1。

图1 气制油表观粘度随温度的变化曲线

由图1可见,气制油的粘度较低,且受温度的影响较小,适合作为合成基钻井液的基液。

2 钻井液配方及性能

2.1处理剂优化评价

通过室内实验，确定用气制油作为合成基钻井液的基础油。优选了相应的主乳化剂、辅乳化剂、有机土、流型调节剂、增粘剂等处理剂进行系统配方实验。采用钻井液悬浮性能实验评价处理剂在油水比为80∶20的气制油钻井液体系中的性能，结果见表2。

表2 体系悬浮性能评价

注：1#：气制油+1%主乳化剂+0.5%辅乳化剂+26%CaCl2盐水+2%石灰+重晶石

2#：气制油+2%主乳化剂+0.5%辅乳化剂+26%CaCl2盐水+2%石灰+重晶石

3#：气制油+3%主乳化剂+1.0%辅乳化剂+26%CaCl2盐水+2%石灰+0.5%有机土+重晶石

4#：气制油+3%主乳化剂+1.0%辅乳化剂+26%CaCl2盐水+2%石灰+1%有机土+重晶石

5#：气制油320mL+3%主乳化剂+1.0%辅乳化剂+26%CaCl2盐水+2%石灰+1%有机土+0.8%增粘剂+重晶石

6#：气制油320mL+3%主乳化剂+1%辅乳化剂+26%CaCl2盐水+2.5%流型调节剂+2%石灰+1%有机土+0.8%增粘剂+2%降滤失剂

由表2可知，随着主辅乳化剂加量的增加，体系破乳电压升高，润滑稳定性增加。随着有机土和增粘剂的加入，体系悬浮性能逐渐增强，重晶石沉降问题得到改善；但随着处理剂种类和加量的增加，粘度升高，加入流型调节剂后流变性恢复，各项性能指标达到最佳，故以6#配方为钻井液的基础配方。

2.2钻井液性能

2.2.1 常规性能

该合成基钻井液不同密度时性能见表3。

表3 不同密度时合成基钻井液性能

注：1#：气制油+26%CaCl2盐水+2.6%主乳化剂+0.4%辅乳化剂+1.5%流型调节剂+1.0%碱度调节剂+0.8%有机土+0.8%高温增粘剂+2.0%降滤失剂(油水比80∶20)

2#：气制油+26%CaCl2盐水+3.2%主乳化剂+1%辅乳化剂+2.5%流型调节剂+2%石灰+1%有机土+0.8%增粘剂+3.5%降滤失剂(油水比90∶10)

由表3可知，当钻井液密度为1.61 g/cm3时，油水比控制在80∶20，即使主辅乳化剂含量较低，流型调节剂加量为1.5%时，钻井液动塑比大于0.5，破乳电压在800 V以上，说明体系具有良好的悬浮性和稳定性。当钻井液密度增加至1.89 g/cm3，为防止固相含量增高引起的粘度效应，油水比增加至90∶10，同时主辅乳化剂加量增加，流型调节剂增至2.5%，以控制钻井液流型，同时适当降低体系中的有机土和增粘剂含量，保证钻井液具有良好的流变性。

2.2.2 抗污染性能

针对钻井液可能受到的污染，进行了气制油合成基钻井液抗污染实验，结果见表4。

注：基础配方为：气制油+26%CaCl2+2.6%主乳化剂+0.4%辅乳化剂+1.5%流型调节剂+1.0%碱度调节剂+0.8%有机土+0.8%高温增粘剂+2.0%降滤失剂(加重密度1.2 g/cm3，油水比80∶20)

由表4可见，钻井液受石膏侵污后，其流变性和电稳定性变化很小，石膏侵污量为3%时，其高温高压滤失量也只有5.8 mL。随着钻屑含量的增加，钻井液粘度有所增加，但增幅不大，说明该合成基钻井液抗石膏、钻屑侵污能力较强。水侵对体系的流变性和破电压产生影响，随着水量的增加，体系粘切明显增大，破乳电压随水量的增加逐渐降低，因为水的侵入改变了体系的油水比，使油水比降低，粘度增加，因水相进入消耗了乳化剂，所以降低了体系的电稳定性。可适当补充油相和乳化剂来维持电稳定性。NaCl侵入量的增加只对破乳电压略有影响，有降低体系电稳定性的作用，但是总体看体系性能受NaCl影响很小，具有很好的抗NaCl污染能力。

3 现场应用及效果

3.1工程概况

Chatturat-3井于2013年12月4日用φ660.4 mm钻头钻导眼至井深19.54 m，下入φ508 mm×K55×11.13 mm导管19.40 m。一开φ444.5 mm钻头钻至井深201.3 m后，下入φ339.8 mm套管200.6 m，作业顺利。二开使用φ311 mm钻头钻至井深1 402.5 m，下入φ244.5 mm套管1 401.5 m。三开使用φ216 mm钻头钻至井深2 800 m，电测一次成功，下入φ177.8 mm尾管至2 799.10 m，固井作业顺利。四开使用φ155.5 mm钻头钻至井深4 004 m完钻，完钻时间2014年3月29日。2014年4月6日完井。

3.2合成基钻井液配置及要求

1)按合成基钻井液的配置要求，首先清洗所有循环罐(锥形罐、沉淀罐、所有上水罐及管线)，并将所有海底控制阀门的橡胶密封垫更换成耐油的密封胶垫。在日常维护及处理过程中，不能有大量的水进入，否则不利于性能稳定。

2)Chatturat-3井在井深1 400 m处开始更换钻井液，基础油到位后根据合成基钻井液配置程序，按油水比80∶20以及各种处理剂的最佳配比进行配置。每种处理剂加完后都要按要求用混合漏斗充分搅拌20～40 min，以便充分乳化。合成基钻井液配置完后，替换出井筒里的kcl-聚合物钻井液，然后用泥浆泵再循环2～3 h，进一步促进体系的乳化，保证体系性能的稳定。表5为更换后的合成基钻井液性能。

表5 合成基钻井液性能参数

从表5可以看出，1 400～1 921 m合成基钻井液性能几乎无多大变化，说明其稳定性非常好。

3.3钻井液日常维护

1)按油水比80∶20及各种添加剂的最佳比例定期配置8～10 m3合成基钻井液，定期采取等浓度补充法混入循环的泥浆中。及时检测钻井液性能变化，每12 h至少检测两套性能，包括漏斗粘度、密度、塑性粘度、屈服点和破乳电压、氯含量、碱度、钙离子、固体含量油/水比例,等等。

2)钻井液破乳电压应大于600 V，可通过定期添加乳化剂和石灰提高钻井液乳化稳定性。Chatturat-3井后期钻井液破乳电压一直在1 000 V以上，保持了良好的乳化稳定性。

3)高温高压滤液中不应含有自由水。若HTHP滤失有增大趋势或滤液中有自由水，应立即将主乳化剂和辅乳化剂直接加入体系或预混合后加入体系。如果因提高密度需要在泥浆中直接加入重晶石，应同时补充乳化剂保持重晶石的湿润性。保证泥浆中的石灰含量。

4)维持良好的乳化状态，保证乳化剂在井浆中的浓度，添加适量的FXZRJ和FXJLS降低失水，使高温高压滤失控制在4 mL以内。形成的泥饼光滑薄韧。

5)一般用石灰使pH值保持在8.5～10.5左右，有利于发挥乳状液作用和有机膨润土的配制，克服H2S、CO2等酸性气体的污染，在CaCl2水相体系中，还有利于防止CaCl2的水解沉淀。

6)使用好固控设备，随着井深的增加，振动筛筛布选择200目，定期使用离心机，严格控制劣质固相进入泥浆。

7)根据井下情况及地层压力及时调整钻井液密度，未钻遇高压气层(1 400～2 800 m)，钻井液密度一直控制在1.21～1.25 g/cm3。

3.4合成基钻井液应用效果

1)Chatturat-3井在二开井段(1 400～3 800 m)使用合成基钻井液，效果显示：虽然合成基钻井液配置比较繁琐，但由于维护采用等浓度补充方式，所以钻井液性能非常稳定，基本一周无需做大的处理，粘度基本保持不变，且流变性和热稳定性好。

2)抑制性和抗污染能力强。由于合成基钻井液滤液中不含水相，因此具有同油基钻井液一样的黏土抑制能力，可降低井壁失稳。同时，合成基钻井液中各组分能有效抑制钻屑的水化分散，使钻井液体系具有较强的抗污染能力。钻进过程中振动筛的岩屑规整，清洁，包被得非常好。

3)润滑性好。合成基钻井液的基液一般为强极性物质，可作为优良的界面润滑剂，其润滑作用完全能达到钻井要求。

4)由于钻井液各项性能优良，机械钻速明显提高，与相邻区块同井段相比提高16%；1 300～1 400 m平均钻时3～5 min/m，而同地层上部井段钻时基本在20～30 min/m。井壁稳定，1 445～2 800 m井段平均井径扩大率0.32%。表6为Chatturat-3井各井段使用钻井液体系及平均井径扩大率统计。

表6 Chaturrat-3井各井段井径扩大率统计

5)环境兼容能力强。合成基钻井液蒸汽中所含的馏分基本不含芳香化合物，毒性小，可生物降解，对环境污染小，符合环保要求。

4 结论和认识

1)气制油合成基钻井液性能稳定，抑制和悬浮性强，抗污染能力好，且塑性粘度较低，与相邻区块同井段相比机械钻速提高16%，提速效果明显。井壁稳定效果显著，使用井段平均井径扩大率仅0.32%。满足了Chatturat-3井钻井需求，施工过程中未出现任何复杂故障。

2)该合成基钻井液所用的基础油不含芳烃，无异味，易生物降解，生物聚积潜能低，环境友好，能满足环境保护要求。其循环当量密度比常规油基钻井液小，降低了钻井作业的井漏风险。

3)室内实验显示合成基钻井液对储层岩心污染小，形成的泥饼容易清除，岩心渗透率恢复值大于85%，对储层保护效果较好。

4)该合成基钻井液粘度受温度影响变化较大，合成基液低温粘度较高的问题可通过加入乳化剂和流型调节剂来控制。

[1] 张琰．合成基钻井液发展综述[J].钻井液与完井液，1998，15(3):28-32．

[2] Park S，Cullun D，Mclean A D．The success of synthetic-based drilling fluids offshore gulf of Mexico:a fieldcomparison to conventional systems[R].SPE 26354，1993．

[3] 罗跃，王志龙，梅平，等．合成基钻井液技术研究进展[J].湖北化工，1999(2) :9-10．

[4] 岳前升，舒福昌．合成基钻井液的研制及其应用[J].钻井液与完井液，2004，5(21) :1-3．

(编辑 谢 葵)

The synthetic based drilling fluid and its application in Chatturat-3 well，Thailand

Gong Houping，Wang Yaning，Zhang Ting，Du Daoyong，Shi Guanlan，Lin Jian

(DrillingCompany，SinopecOilfieldServiceJiangsuCorporation，Yangzhou225261，China)

Based on gas to liquids，it was developed a set of high-desity synthetic based drilling fluid system.And the drilling fluid system was applied in the Chatturat-3 risk exploration well，Thailand.The field test results showed that the drilling fluid system has strong inhibition capability，good proppant-carrying capacity，excellent lubricity，and stable performance.Compared with the same well interval in the adjacent block，the mechanical drilling rate was increased by 16%.And the drilling fluid system is nontoxic，biodegradable，and non water-sensitivity of formation，which is beneficial for the reservoir protection and borehole stability.

synthetic based drilling fluid;environmental protection;strong inhibition capability

TE254

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.01.016

2014-10-21；改回日期2014-11-17。

收稿日期：龚厚平(1972—)，高级工程师，现主要从事油田化学研究与管理工作。电话：0514-86760106，E-mail: gonghp.jsyt@sinopec.com。