无黏土相盐水储层钻开液体系构建及其抗污染性能评价

田 进，张易航，许明标,2*，由福昌，王晓亮，倪超武

(1.长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100；2.非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学)，湖北 武汉430100；3.荆州嘉华科技有限公司，湖北 荆州 434000)

钻开液作为石油生产开发前期最先与油气层相接触的工作液，其类型和性能直接关系到对油气层的损害程度，因而构建好一套能有效保护油气层的钻开液体系是做好保护油气层工作的首要技术环节[1-3]。储层类型及发育情况对钻井液的选型及体系构建起着至关重要的作用。碳酸盐岩储层工程地质条件复杂，孔隙类型多样、裂缝不同程度发育，宏观-微观多尺度结构复杂，应力敏感性强、裂缝动态宽度变化大、易突然开启并伴随大量新裂缝产生，引起灾变性漏失[4-5]。

伊拉克Missan油田(以下简称M油田)主要储层为碳酸盐岩储层，应力敏感性强[6],易漏失、易污染[7]，因此需要在不损伤储层的基础上实现安全高效钻进。为迎合M油田储层特性，同时考虑到水平井钻进及裸眼完井相应的技术要求，本工作针对M油田碳酸盐岩储层的特点，开展了以无黏土盐水体系对含酸性气体低渗碳酸盐储层保护型钻开液技术研究，对于以M油田为例的低渗透碳酸盐储层段的安全快速钻进、减少储层伤害、提高油田开发效率有着十分重要的意义。

1 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

甲酸钠，工业级，丰泰化工有限公司；氢氧化钠，分析纯，成都科龙有限公司；碳酸钠，分析纯，武汉天力化工股份有限公司；氯化钠，分析纯，武汉天力化工股份有限公司；氯化钾，分析纯，武汉吉业升化工有限公司；降失水剂STA、酸溶性暂堵剂Dua和Jqw、润滑剂Lub-1,荆州嘉华科技有限公司。

本实验所使用的的流型调节剂VIS-B是一类以天然聚合物经过化学结构改性而得到的聚合物复合产品。VIS-B在水基钻井液中分子链逐渐伸展，所形成的游离态改性聚合物分子，其分子链间相互作用，相互缠绕，增加了聚合物分子有效水化半径，强化其阻止游离基降解性基团的进攻，提高聚合物分子的稳定性，使分子与分子之间的链接交联强度增大，密度增加，强化聚合物的增黏性构象和侧链绕主链骨架反向缠绕的结构，建立更好的氢键维系的棒状双螺旋结构复合体。在淡水及海水钻井液中能够很好的维护钻井液的胶体稳定性，起到增黏提切的作用。该产品同时还具有一定的降低失水的作用。VIS-B增黏剂不同于常规的黄原胶，其主要作为非破胶钻开液体系增黏剂用，易降解，进入地层后也能返排出来，具有较好的储层保护作用。

XGRL-4A型高温滚子加热炉，青岛海通达专用仪器厂；SD6多联中压滤失仪，沈阳泰格有限公司；MOD.ZNN-D6型六速旋转黏度计，青岛海通达专用仪器厂；JJ-1型精密定时电动搅拌器，常州荣华仪器制造有限公司；FANN型极压润滑仪，美国FANN仪器厂；DJ-6型裂缝封堵模拟实验装置，荆州塔林机电有限公司。

1.2 实验方法

考虑到本次目标层段储层敏感性强、井壁容易失稳，且还存在受污染的可能性。因此，文章通过采用复配欠饱和盐水(甲酸钠、氯化钠以及氯化钾)以抑制黏土水化，提高对钙、镁离子抗性。此外，还通过采用改性淀粉降失水剂STA作为本次实验的增黏型降失水剂、VIS-B作为流型调节剂，Lub-1作为润滑剂，以及使用了Dua和Jqw酸溶性暂堵剂用于对储层的保护，通过室内研究确定了适合直井射孔完井的无黏土相盐水储层钻井液体系，该体系的基本配方如下：

淡水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+16%NaCl+3%KCl+1.0%流型调节剂VIS-B+3%降失水剂STA+0.5%暂堵剂Dua+5%暂堵剂Jqw+1.5%润滑剂Lub-1+40%HCOONa(1.28 g/cm3)

为了考察该套配方体系的具体性能，通过对主剂用量的筛查评测优选出了最佳配方组成，并在此基础上进行了针对低渗、高敏感性碳酸盐岩储层的钻开液抗性评价实验。本实验钻开液统一养护条件为120 ℃×16 h，性能测试温度均为60 ℃。

2 结果与讨论

2.1 流型调节剂加量变化影响评价

经过大量的筛选实验和研究，本体系采用VIS-B作为流型调节剂，VIS-B是一种改性的生物聚合物，具有很好的增黏效果，能有效地调节体系的流变性能，在低剪切速率下，分子链之间能够相互缠结，形成弱凝胶状态，在水平井的钻井作业中，能够有效地携砂。VIS-B加量对体系性能的影响如表1所示。

表1 VIS-B加量变化影响

从表1可以看出，随着VIS-B加量的增加，体系的黏度逐渐增加，当加量达到1%时，体系热滚后的低剪切速率黏度达到29 863 mPa·s，满足水平井携砂要求，因此选择VIS-B的加量为1%。

2.2 降滤失剂加量变化影响评价

本体系选用的降滤失剂为可酸溶改性淀粉STA，该淀粉降滤失效果好，具有一定的抗温性能，且可酸溶自然降解，符合环保要求。表2为STA加量变化对体系性能的影响。

表2 STA加量变化影响

从表2可以看出随着降滤失剂的增加，体系的黏度虽然有所增加，但总体变化不大，体系的API失水随着降滤失剂的增加而降低，综合考虑，选择降滤失剂的加量为3.0%。

2.3 润滑剂加量对体系性能影响评价

在水平井钻井过程中，从降低摩阻和扭矩等方面考虑，必须在钻开液体系中对相应的润滑剂以及整体性能进行评价，以保证正常钻进。在室内研究过程中，选择Lub-1作为体系润滑剂，并对润滑剂加量对钻开液性能影响进行了评价，实验结果如表3所示。

从表3可以看出，随着Lub-1加量的增加，体系的润滑系数呈较大幅度的下降，体系表现出优良的润滑性能，推荐Lube的加量为1%～2%。

表3 Lub-1加量变化对体系性能的影响

2.4 体系的抗温性能评价

M油田目前主要的开发层位为Asmari和Mishrif储层，由于储层的埋藏深度不一，因此储层温度有一定的差异。室内选取了不同的热滚温度，对钻开液体系的耐温性能进行了测试，实验结果如表4所示。

表4 体系的抗温性能评价

从表4可以看出，体系在130 ℃内热滚后，仍能保持较好的流变性能和滤失性能。

2.5 密度对体系性能的影响

储层中由于存在着不同的压力体系，因此钻开液必须有不同密度的设计，以满足地层不同压力系数的要求。本钻开液体系采用复合盐水加重，通过调节盐的加量来调节体系的密度。表5是不同密度下体系的性能。

由表5可知，通过对复配盐水浓度的条件，可使得该钻开液体系在1.10～1.28 g/cm3保持稳定的综合性能。

表5 不同密度体系性能

2.6 体系抗CaCl2污染能力评价

在钻井过程中，钻开液体系可能遭受CaCl2的侵污，为了考察体系抗CaCl2侵污能力，在体系中加入一定量的CaCl2，测定体系热滚前后的性能变化。测试结果如表6所示。

从表6可以看出，随着CaCl2用量的增加，体系的流变性能基本保持稳定，在CaCl2加量在2.5%以内时，体系具有较低的失水和较高的低剪切速率黏度，说明体系具有一定的抗CaCl2侵污能力。

2.7 体系抗MgCl2污染能力评价

为了考察体系抗MgCl2侵污能力，在体系中加入一定量的MgCl2，测定体系热滚前后的性能变化。测试结果如表7所示。

表6 体系抗CaCl2污染能力评价

表7 体系抗MgCl2污染能力评价

从表7可以看出，体系中随着MgCl2加量的增加，表现出一定的增稠现象，但总体流变性可控，说明体系具有较好的抗MgCl2侵污能力。

2.8 体系抗CaSO4污染能力评价

为了考察石膏的侵入对体系性能造成的影响，向体系中加入一定量的CaSO4，测定钻开液在热滚前和热滚后性能的变化,结果如表8所示。

表8 体系抗CaSO4污染能力评价

从表8可以看出，随着体系中CaSO4加量的增加，体系的失水呈下降趋势，低剪切速率增加，体系总的黏度呈上升趋势，但总的流变性参数变化不大，说明体系具有较好的抗石膏侵污能力。

2.9 体系抗钻屑侵污能力评价

为同现场试验更为紧密地结合，通过获取目标层段钻屑并进行加量变化实验，用以判定本实验钻开液体系抗岩屑污染能力，实验结果如表9所示。

表9 不同钻屑加量下对钻开液体系性能的影响

由表9可知，该体系具有较好的抗钻屑侵污能力，能有效低于15%加量下的钻屑污染。

2.10 钻井液的封堵性能

通常情况下，碳酸盐岩储层都含有一定的裂缝，为了有效封堵裂缝，将3%不同粒径的碳酸钙粉末加入到钻井液体系中，然后测试其封堵性能。

测试结果如表10所示。从表10可见，对0.5 mm和1 mm宽度的裂缝，采用不同粒径的CaCO3或者不同粒径的CaCO3复配可以起到封堵的作用。

3 结 论

a.采用氯化钠+甲酸钠+氯化钾复合结合使用，可使得该配方体系在密度1.10～1.28 g/cm3间稳定可调，抗温可达130 ℃，充分满足M油田不同储层段的需求。

b.VIS-B结合润滑剂Lub-1协同使用时，体系具有较高的低剪切速率黏度和较好的润滑性能，有效满足水平井钻进需求。

c.该体系具有较好的抗CaCl2、MgCl2、CaSO4及地层水污染的能力，且具有一定的储层保护效果。

表10 钻开液封堵性能测试