国内低渗油气藏钻井液体系发展现状

郑士权，杨淑君，王永生，许 均，吴 彬，王 荐

（1．大庆钻探工程公司国际事业部，吉林 松原138000；2．江汉油田钻井一公司泥浆站，湖北 潜江433121；3．大庆钻探工程公司钻井工程服务公司，吉林 松原138000；4．中国石油西部钻探工程公司，新疆 乌鲁木齐830011；5．湖北汉科新技术股份有限公司，湖北 荆州434000）

随着石油工业的不断发展以及开采的不断进行，目前低渗油气藏在我国已相当普遍，其中渗透率小于50×10－3μm2的低渗油气藏的地质储量约占全国总储量的25%，而低渗油气藏的天然气储量所占比例更高，因此，开发好低渗油气藏对我国石油工业今后的持续发展有着十分重要的意义［1］。

低渗油气藏地质条件复杂，开采难度很大。低渗油气藏的特殊性又决定了其比常规油气藏更容易受到损害也更难解除损害，一旦受损就很容易丧失工业性产能。保护好低渗储层、尽可能地降低油气层损害对低渗油气藏的勘探与开发至关重要。因此，国内外对于低渗油气藏储层损害机理及其控制都给予了足够重视，并针对低渗油气藏的开发研制了相应的钻井液体系［2－5］。

作者在此对国内低渗油气藏钻井液体系发展现状进行了总结。

1 MMH 正电胶钻井液体系［6，7］

MMH正电胶钻井液体系是混合金属氢氧化物体系的简称，其主剂MMH是一种以铝、钙、镁等混合而成的无机氢氧化物。该体系具有独特的流变性：静止时呈现假性固体状态，具有一定弹性；搅拌时产生极强的剪切稀释性能，即“固－液双重性”。这主要是形成的MMH－粘土－水复合体结构不同所引起的。静止时体系的水全部被极化后可形成网架结构，结构强度大，表现为静切力较高，但这种结构很容易被破坏，所以搅拌时很容易稀化。同时，极化水链结构破坏和形成均十分迅速，因此，假性固体相流体的转化或反转化都可在很短时间内完成。

MMH正电胶钻井液体系独特的空间网络结构致使体系内没有独立的粘土颗粒存在，这就制约了粘土颗粒向油气层孔喉内侵入，尤其对于低渗油气藏，可以有效阻止钻井液固相及滤液的侵入。

MMH正电胶钻井液体系自1991年以来已在国内大部分低渗油气田得到应用，其抑制能力强、悬浮性能好、对岩心渗透率恢复值高，和优质、高效、低耗的屏蔽暂堵保护技术结合应用效果良好。

2 聚合醇钻井液体系［8，9］

聚合醇钻井液体系是20世纪90年代初发展起来的，旨在解决聚合物水基钻井液工程性能的不足以及油基钻井液存在的环境污染，该体系以聚合醇为主要处理剂，并与聚合物大分子处理剂及相关处理剂协同作用。

聚合醇是一类以聚氧丙烯段作为疏水基团、聚氧乙烯段作为亲水基团的嵌段非离子型低分子量聚合物，其结构通式为：

HO［CH2CH2O］x［CH（CH3）CHO］y［CH2CH2O］zH

浊点（CPT）是聚合醇的最主要特性之一，聚合醇分子具有两亲结构（R－O－R），由于结构中的空间位阻效应，在低温条件下表现为亲水特性，当温度达到一定值时，则转变为亲油特性，其转变温度即为浊点。钻井液中加入一定浊点的聚合醇后，当地层温度高于聚合醇浊点时，聚合醇转变为亲油特性，相分离吸附成膜，使钻井液表现出类似于油基泥浆的特性，提高泥饼膜效率，减缓滤液和压力的侵入，从而有利于井壁稳定和储层保护；在钻井液上返过程中，地层温度不断降低，当钻井液温度低于浊点时，聚合醇会脱附变为亲水特性，因此又具有良好的环保特性。

研究表明，当温度高于浊点时聚合醇在粘土表面的吸附能力大幅增强，其亲油特性使其大量吸附在钻屑表面并将钻屑表面的亲水性质改变为亲油性质，从而避免钻屑水化分散和防止泥包。聚合醇在浊点附近温度下在粘土表面的吸附量见图1。

图1 浊点温度附近聚合醇在粘土表面的吸附量Fig．1 The adsorption quantity of polycol on clay surface at the temperature around its CPT

不仅如此，温度高于浊点时聚合醇还能形成分子胶束，能有效封堵孔喉和微裂缝，从而降低泥饼的渗透率，提高地层承压强度。同时还能明显降低油－水界面张力及气－液表面张力（表1），对于低渗油气藏防止水锁、保护油气层起到很好的作用。

表1 聚合醇体系的气－液表面张力及油－水界面张力／mN·m－1Tab．1 The gas－liquid surface tension and oil－water interfacial tension of polycol system／mN·m－1

3 甲基葡萄糖苷钻井液体系［10，11］

甲基葡萄糖苷钻井液体系是近年来研发的一种新型水基钻井液体系。该钻井液具有与油基钻井液相似的性能，可以有效抑制页岩水化并维持井眼稳定，还具有良好的润滑性、抗污染能力以及储层保护特性，并且无毒、易生物降解，环境污染很小。

甲基葡萄糖苷钻井液体系主要是选用按一定比例混合的甲基葡萄糖苷和水的混合液作为基液，然后加入一定量的增粘剂和降滤失剂，体系成分简单。

甲基葡萄糖苷钻井液体系的主要成分为甲基葡萄糖苷，它是由淀粉经高温降解为葡萄糖，然后与甲醇反应，再经分离、提纯获得，原料来源广、价格低廉，所以成本相对较低。其作用机理主要为：

（1）甲基葡萄糖苷分子通过亲水羟基吸附在井壁和岩屑上形成半透膜，提高页岩的膜效率，从而有效减缓压力传递和滤液的侵入，达到抑制页岩水化及孔隙压力增大的目的，最终稳定井壁。

（2）甲基葡萄糖苷基液能配制出滤失性能优良的钻井液，能很快形成低渗透的致密滤饼，具有良好的膜效率，可有效控制固相和滤液侵入引起的储层伤害。

（3）甲基葡萄糖苷可以降低滤液的化学活性，实现对泥页岩膨胀压的有效控制，阻止水分子向泥页岩中渗透。

资料显示，浓度为80%的甲基葡萄糖苷溶液的LC50值高于500×10－3，远远超过了美国环保局（EPA）所规定的排放标准，具有极好的环境保护特性。

4 可循环微泡沫钻井液体系［12，13］

近年来国内外推出了一种新型的、可循环使用的、成本较低的低密度钻井流体——可循环微泡沫钻井液体系，很好地解决了一些低渗储层较多、储层裂缝发育、承压能力低、地层压力较低、渗透率较高，用正压差钻井很容易给地层造成伤害的油田钻井作业难题，主要用于低渗油气藏、压力衰竭油气藏的储层保护、钻井时漏失严重地层以及一些用常规钻井液体系难以实施的低密度欠平衡钻井作业等。

可循环微泡沫钻井液体系由气、液两相或气、液、固三相组成，体系内的气泡以均匀、非聚集、非连续态存在，气体含量小于普通泡沫。单从相的组成上看，可循环微泡沫钻井液与普通泡沫钻井液无甚差异，但两者的相态结构差异明显。普通泡沫的气泡半径较大，液膜很薄，气泡之间排列紧密，存在明显的Plateau交界，气泡形状为不规则多边形，且大小分布不均；而可循环微泡沫体系的气泡半径很小，液膜较厚，其尺寸与气泡半径相当，泡与泡之间分散排列，气泡大小分布较为均匀，几乎不存在Plateau交界。

可循环微泡沫钻井液具有以下优点：

（1）有利于机械钻速的提高。钻井作业时，由于可循环微泡沫钻井液体系的密度较小且可调（0．4～0．9 g·cm－3），所产生的液柱压力降低，使得井底被破碎的岩石的“压持效应”减小。此外，采用可循环微泡沫流体钻进能在井底岩缝中形成一个振动的液层，类似于沸腾层，产生“穴蚀”作用。

（2）有利于储层污染的降低。由于液柱压力较低，故钻井液渗入地层的深度和储层的污染程度大大减小，有利于保护油气层。

（3）有利于防止井漏的产生。同样由于液柱压力较低，可能使钻进过程中泡沫流体的密度低于地层压力系数，或当量循环密度低于易漏地层的临界漏失压力，使得井漏的几率和程度大为减小。

（4）有较强的携砂能力。因为泡沫流体基液的粘度一般较高，泡沫体系的粘度也相应较高，其携带钻屑的能力较强，大大避免了岩石的重复切屑，井眼净化能力得到改善。

5 低自由水钻井液体系［14，15］

低渗油气藏具有典型的低孔、低渗特征，钻进过程中外来流体的进入容易造成气流阻力的进一步加大，从而影响低渗油气藏的发现、判断及后期开采。低自由水钻井液体系针对钻井液自由水的流动状态，在保证钻井液正常流动的情况下采用特殊的自由水络合剂有效络合钻井液中的自由水，从而使体系对液相的束缚力大于地层孔喉的毛细管力及自吸水力，进而减少滤液侵入地层的量和深度。同时，钻井液体系中引入了能显著降低气－液表面张力和油－水界面张力的表面活性剂，以减小液相流放阻力及气流阻力，也有利于保护低孔低渗油气藏。

室内研究结果表明，低自由水钻井液体系与其它常用的钻井液体系相比具有较低的自由水含量，几种钻井液体系自由水含量的对比见图2。

低自由水钻井液体系目前已经在中海油上海分公司的丽水、宁波、天外天等区块低孔低渗油藏以及冀东南堡油田玄武岩层理发育地层20余口井成功应用。现场应用结果表明，该体系具有很好的流变特性、润滑性、抑制性及封堵能力，不仅解决了井壁稳定问题，同时提高了机械钻速、减小了钻井液密度、缩短了钻井周期。

6 结语

图2 不同钻井液体系自由水含量对比Fig．2 Comparison of free water contents in different drilling fluid systems

低渗油气藏由于孔喉尺寸小，固相颗粒不足以进入地层，因此传统意义上的屏蔽暂堵、提高泥饼质量等方式并不适用于低渗油气藏，最主要的保护是减轻液相侵入造成的污染以及减少低渗油气藏的自吸水量。因此，如何降低钻井液滤液的侵入量、滤液的气－液表面张力及油－水界面张力是选择适合低渗油气藏的钻井液体系的关键。

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