高效封堵性水基钻井液体系研究

何瑞兵，苗海龙，陈增海，徐安国，席江军

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，河北燕郊 300450）

蓬莱19-3 油田储层油层厚度为50 m～150 m，储层岩性以细砂岩、中细砂岩和含砾中粗砂岩为主[2]。储层孔隙发育，连通性好，储集空间以原生粒间孔为主，其次是粒间缝，并见少量的粒内溶孔、粒间溶孔等次生孔隙。岩心常规物性分析表明，储层具有中高孔渗的储集特征。油田储层胶结程度差，填隙物以泥质为主；黏土矿物为高岭石、伊利石、蒙脱石、伊利/蒙脱石和绿泥石。黏土矿物遇水有可塑性，多数有较强的吸附性和离子交换性等特点[1]。

通过对作业期间该区块的复杂情况统计，发现该区块影响时效作业的主要因素多数由于该区块地层压力复杂、同层出现高压和低压点。为了提高作业时效，通过对区块钻井液体系的梳理，同时对钻井液体系进行升级和改进，引入一种高效物理封堵剂，从而提高了钻井液体系的封堵及承压能力，满足该区块的作业需求。

1 主要处理剂的优选

1.1 增黏剂的优选

室内评价了渤海油田常用的几种增黏剂在钻井液体系中的增黏效果，滚动老化条件为80 ℃×16 h，基础配方为：海水+0.3 %NaOH+0.2 %Na2CO3+0.2 %增黏剂+0.6 %PF-PACLV+0.8 %PF-VIF+0.6 %PF-PLH+3 %KCl+10 %NaCl+3 %PF-JLXC+3 %HP-LUBE+重晶石。实验结果（见表1）。

由表1 结果可知，在相同的加量实验下，PFEZVIS 增黏效果略好，但是其成本过高。相比之下PFXC 的成本低且增黏效果好，已满足现场作业需求，因此选择PF-XC 为体系的增黏剂。

1.2 降滤失剂的优选

室内评价了不同降滤失剂在钻井液体系中的效果，滚动老化条件为80 ℃×16 h，基础配方为：海水+0.3%NaOH+0.2 %Na2CO3+0.2 %PF-XC+0.6 %PF-PACLV+0.8 %降滤失剂+0.6 %PF-PLH+3 %KCl+10 %NaCl+3 %PF-JLXC+3 %HP-LUBE+重晶石，实验结果（见表2、图1）。

由表2 和图1 中结果可知，不同种类的降滤失剂在相同的加量下，PF-VIF 降滤失效果最好且成本较低，因此选择PF-VIF 作为体系的降滤失剂。

1.3 抑制剂的优选

由于蓬莱区块地层黏度矿物含量较高，在钻井过程中易发生黏土水化膨胀分散。因此需要在钻井液体系中加入性能优良的抑制剂。室内使用现场钻屑评价了不同抑制剂在钻井液中的滚动回收率，从而评价其抑制效果。4 种抑制剂在钻井液体系中的滚动回收率（见图2），其中PF-JLXC 和UHIB 抑制效果最好，考虑PF-JLXC 同时具有润滑性能，因此选择PF-JLXC 作为体系的抑制剂。

表1 不同增黏剂在钻井液中的性能

表2 不同类型降滤失剂在钻井液中的性能

图1 不同类型的降滤失剂对体系滤失性能的影响

图2 不同抑制剂在钻井液中的回收率

1.4 润滑剂的优选

实验评价筛选了国内外4 种高效润滑剂，4 种润滑剂在相同加量下对钻井液黏度的影响较小（见图3、图4）。4 种润滑剂润滑系数都随润滑剂加量的增加降低，COSL Chemicals（HP-LUBE）的润滑性能与国外产品相近，且成本更低，均优于现有润滑剂。因此选择HPLUBE 为体系的润滑剂。

1.5 承压封堵剂的优选

图3 不同润滑剂的润滑系数

蓬莱油田储层主要是明化镇组和馆陶组。储层岩性为砂岩、粉砂岩及泥岩交互层，平均孔隙度28 %，平均渗透率为1 D，含油饱和度为50 %～70 %[3]。渗透性评价封堵仪是近年来国内外评价钻井液承压封堵性能的重要手段。实验以750 mD 封堵砂盘作为评价介质。将国内外10 余种封堵材料进行滤失测试对比评价（见图5）。实验结果表明：高效物理封堵剂PF-ECOSEAL封堵能力最强，30 min 滤失量仅为1.8 mL。因此选择PF-ECOSEAL 作为体系的封堵剂[4，5]。

2 体系构建及评价

2.1 体系基本性能

经过上述一系列实验，最终构建完成了高效封堵性钻井液体系的配方：海水+0.3 %NaOH+0.2 %Na2CO3+0.6 %PF-PACLV+0.8 %PF-VIF+0.6 %PF-PLH+0.2 %PF-XC+3 %KCl+10 %NaCl+3 %PF-JLXC+3 %HPLUBE+钻井液总体积3%碳酸钙+3%PF-ECOSEAL+重晶石（加重至1.30 g/cm3）（见表3）。

2.2 抗污染性能评价

图4 不同润滑剂对钻井液AV 的影响

图5 不同类型封堵剂在7 MPa 下的封堵效果

表3 高效封堵性钻井液体系老化前后性能

图6 钙土污染后对滤失性能影响

钻井液中加入不同量的钙土，考察钻井液体系抗污染性能，由图6 和图7 可知钻井液的黏度随着钙土加量的增加而增加，但增加幅度很小，钻井液API 滤失量随钙土加量的增加而增加，但增加幅度并不大，高温高压滤失量随钙土加量影响也不明显。说明体系抗污染能力强。

2.3 承压封堵能力评价

为了验证体系的承压封堵能力，分别选择750 mD和2 D 两种不同渗透率的砂盘进行实验。在7 MPa、10 MPa、12 MPa、15 MPa 四个压力段进行承压封堵能力评价，当砂盘为750 mD 时，实验压力为7 MPa，承压60 min 后，滤失量几乎不再变化。维持在5.5 mL 左右。当实验压力为15 MPa 时，承压30 min 后滤失量仅为7.2 mL。说明体系加入高效物理封堵剂以后，对于渗透率为750 mD 的砂盘封堵效果很好，实验结果（见图8）。

图7 钙土污染后对钻井液AV 的影响

当砂盘为2 D 时，实验压力为7 MPa，承压120 min后，滤失量仅为6.5 mL。当实验压力为15 MPa 时，承压30 min 后滤失量仅为7.6 mL。实验结果（见图9）。说明体系对于渗透率为2 D 的砂盘同样具有良好的承压封堵能力，完全满足蓬莱油田的作业需求。

2.4 储层保护效果评价

实验对比评价了优化前后的体系配方，考察了高效封堵性钻井液体系对储层保护效果的影响。对比结果（见表4）。

图8 750mD砂盘时不同的起始压力对封堵效果的影响图9 2D砂盘时不同的起始压力对封堵效果的影响

表4 优化前后钻井液体系的渗透率恢复值

由表4 中可以看出，构建的高效封堵性钻井液体系的渗透率恢复值达95.74 %，效果最好。这是由于体系的承压封堵能力强，有效降低了钻井液中的固相颗粒侵入，减少了对储层造成的伤害。说明钻井液体系具有良好的储层保护性能。

3 结论

（1）通过大量室内实验评价，最终研究出一套适合蓬莱油田群的高效封堵性水基钻井液体系，体系的具体配方为：海水+0.3 %NaOH+0.2 %Na2CO3+0.6 %PFPACLV+0.8 %PF-VIF+0.6 %PF-PLH+0.2 %PF-XC+3 %KCl+10 %NaCl+3 %PF-JLXC+3 %HP-LUBE+3 %碳酸钙+3 %PF-ECOSEAL+重晶石。

（2）通过技术优化，引入一种高效物理封堵剂代替多种封堵材料，性能评价结果表明，体系承压封堵能力强，同时具有良好的抗污染性能以及储层保护性能，能够满足蓬莱油田群的压力复杂井段的作业需要。