复合膜钻井液研究

卫庆广

1.1组分

生物聚合物、PS抑制剂、聚合酸稀释剂、聚阴离子纤维素、成膜剂、泥饼改进剂、降滤失剂、润滑剂（水基润滑剂或聚合醇）

其中：聚合酸稀释剂、润滑剂（水基润滑剂）获得国家海洋局北海监测中心认可可应用于海洋钻井；其余组分为无毒处理剂。因此，可以确保体系对环境无污染。

1.2基本性能

粘度：40-60s，可以调节；

密度：≤1.10g/cm3，可加重到1.50 -1.80g/cm3；

滤失量：≤4ml，可降低到2-3 ml；

高温高压滤失量（150℃）：≤10 ml

润滑性：0.15-0.20（极压系数）

从以上指标看出，可以满足4500m以内深井、大斜度井、水平井钻井施工要求。

1.3与常有体系对比

1.3.1组分对比

常用体系组分有：铁铬盐、烧碱、磺化沥青、HA树脂、、硅氟稀释剂、柴油。其中铁铬盐、磺化沥青、HA树脂、硅氟稀释剂溶于水后，颜色为黑色，柴油有难闻味道，铁铬盐含有铬盐，因此体系排放对环境有严重的污染。与国家颁布的《清洁生产法》要求生产过程尽量采取先进工艺，不污染环境背道而驰。

复合膜钻井液采用无毒可应用于海洋钻井处理剂，对环境无污染可以直接排放。

相比之下，复合膜钻井液体系环保效益明显优于常用体系。

1.3.2泥饼质量对比

目前国内外对泥饼质量尚无标准的评价方法，本实验借助于清水渗透率和泥饼抗冲刷强度来反映泥饼质量变化。

（1）清水渗透率

清水渗透率：对经过充分搅拌的钻井液测其API滤失量，然后倒出实验液换注清水，再测清水API滤失量。滤失量越低，泥饼质量越好。结果见表1-1，从中看出：复合膜体系好于目前体系。

表1-1 清水渗透率对比（ml）

体系 清水渗透率

复合膜体系 3.0

常用体系 3.6

（2）泥饼强度

泥饼抗冲刷强度：应用JHNC泥饼强度冲刷仪进行評价，冲刷距为11cm，泥饼强度定义为单位厚度的泥饼冲刷时间，单位min/mm，若泥饼厚度一定，冲刷时间越长，泥饼强度越高。

（3）定性实验

将API失水的泥饼放在原泥浆中置于50℃中浸泡24h，实验发现，常用体系泥饼被溶蚀，而复合膜体系的泥饼明显有一定的硬度。由此可以推断，复合膜体系在泥浆液柱压力作用下失水形成泥饼，特有组分在地层温度作用下，逐渐活化形成类似水泥的物质，这种物质加固了地层岩石的稳定，堵塞了地层孔隙，因此有助于井壁的稳定，防止井塌、井漏的发生。另一方面，由于洗井时泥饼不可能完全被冲刷掉，造成水泥与地层之间存在着泥饼，影响了与地层的胶结，致使固井质量不高，因此可得出结论：复合膜体系会提高地层与水泥之间的胶结强度，从而提高了固井质量。

（4）膜现象

在API滤失量后，发现复合膜体系的泥饼薄、有一层膜存在，而常用体系无此现象。在100-200目石英砂模拟岩样3.5MPa下形成泥饼，自然风干条件下，复合膜体系明显出现膜，可以取出泥饼，并有一定强度；而常用体系泥饼出现裂纹，并收缩逐渐成块。

1.3.3保护油气层

常用评价钻井液对油气层污染的试验比较琐碎，用一定的目数的石英砂模拟油气层，通过钻井液侵入深度，来判断油气层的污染情况的方法比较简单、直观，仪器选用可视滤失仪。

复合膜体系钻井液浸入最浅，常用体系侵入最深；做完可视滤失量后，将钻井液倒出，换上清水，重新测定可视滤失量，可以看出，常用体系清水渗透较快，复合膜体系浸入深度未变。可以由此推断，复合膜体系形成的膜阻断固相和滤液的侵入，因此其保护油气层最好。

2现场应用

2.1现场应用效果

在以上研究的基础上，开展了现场应用实验，取得了良好的效果。截止到2007年7月，2006年未利用该套钻井液的完钻新井85口，投产66口，开井64口，日产149吨，平均单井产油2.32吨。统计试验5口井，其中4口井，平均单井日产油5.27吨，同比增加127%。统计2007年投产38口井，开井32口，日产油97t，平均单井日产油3.03t，主要是2007年投产新井中有34口为更新井，而2006年投产新井均为完善井网井。假定以2007年为准，则应用该套钻井液体系后，单井日增油0.71t。

2.1.1对环境影响

（1）组分分析

将齐40-14-更26井完井钻井液送至国家海洋局大连海洋环境监测中心站检测，结果如下：

按GB18668-2002海洋沉积物质量，可达第一类（除铜外），第二类。

第一类 适用于海洋渔业水域，海洋自然保护区，珍稀于濒危生物自然保护区，海水养殖区，海水浴场，人体直接接触沉积物的海上运动或娱乐区，与人类食用直接有关的工业用水区。

第二类 适用于一般工业用水区，滨海风景旅游区。

（2）毒性检测

将该区完井后的钻井液送至国家海洋局北海检测中心检测，确定无毒，可以排放到海洋。

2.1.2固井质量

齐40区块5口井从625m到完井，固井质量为全优。其中齐40-14更26井、11-024、13-025全井段固井质量为全优，10-031井有30m固井质量中等、15-K25有46m的固井质量为中等，其余为全优。

试验47口井与2006年50口普通井固井声幅度对比；试验井的固井声幅度一条线比普通井高出2.02%。试验井的二界面胶结指数为0.8-1.0的比率比普通井高出11.71%。因此可以确定试验井的固井质量明显优于普通井。

2.2.3保护油气层

将完井的钻井液放在不同目数石英砂模拟的岩样，在3.5MP、24h条件下测定钻井液侵入深度。从中看出，侵入很浅，完全可以通过射孔解除。

同时，钻速快减少油气藏侵泡时间，故保护油气藏效果好。

2.2.4钻速快

齐40区块使用复合膜钻井液43口井平均钻速20.39m/h，使用分散钻井液72口井平均钻速18.01 m/h，同比增加13.2%。

3 结论

3.1钻井液面临的问题集中在对环境影响污染、固井质量进一步提高、油气层保护等三个方面。

3.2复合膜钻井液室内研究和现场应用表明：该体系对环境影响小、固井质量得到提高、保护油气层效果好，值得大面积推广。

参考文献：

[1] 樊世忠、鄢捷年、周大晨等，《钻井液完井液及保护油气层技术》，石油大学出版社，1996。

[2] 张绍怀、罗平亚等，《保护储集层技术》，石油工业出版社，1993。

[3] 李克向等，《保护油气层钻井液完井液技术》，石油工业出版社，1993。

[4] 温刚全， 等. 胜利油区浅海海水钻井液体系及其应用.油气地质与采收率， 2003， （8）.

[5] 周迅. 废钻井液的处理技术综述. 油气田环境保护，2001， 12.

[6] 杨振杰， 环保钻井液技术现状及发展趋势. 钻井液与完井液， 2003， （2）.