堡古2区块中深层抗高温低自由水钻井液体系性能研究

邢韦亮，王 荐，赵亚宁，舒福昌，向兴金，蒋 卓

（1.中国石油冀东油田钻采工艺研究院，河北 唐山063001；2.长江大学，湖北 荆州434001）

堡古2区块中低渗储层大多埋藏较深、岩性较差、压力较高。随着勘探开发的深入，钻遇的地层越来越复杂，从东营组到沙河街组均存在大段的硬脆性泥页岩，常出现井壁垮塌、井径扩大、起下钻困难、电测遇阻等事故，影响作业时效，增加作业成本。另外，堡古2区块中深层井温较高，井底静止温度均达到180℃，多口井出现起下钻困难、卡钻、电测遇阻等事故。因此有必要针对堡古2区块开展深层抗高温钻井液技术研究，使之更好满足作业需要。

钻井液是复杂的胶体分散体系，包括粘土、加重剂等固体颗粒，聚合物、表面活性剂等有机物及各种盐类。抗高温护胶剂能使其有效地吸附于粘土表面，在高温下使粘土颗粒有足够的水化膜厚度和ξ电位，可以保证钻井液中粘土粒子胶体稳定性［1］，从而使高温钻井液表现出以下几方面特征：（1）钻井液流变性稳定；（2）合理的粒子级配，失水造壁性稳定；（3）抑制钻屑分散，固相容量限提高；（4）固相颗粒间的摩擦阻力减小；（5）加重材料悬浮稳定。

分子设计包括链结构、官能团和分子量的设计。抗高温护胶剂分子中包括酰胺基强吸附基团、磺酸基水化基团和选择性基团［2－5］。

根据分子结构的设计原理，开发了一种抗高温护胶剂HFL－T，确定抗高温低自由水钻井液的优化配方，并对其性能进行了评价。

1 实验

1.1 抗高温护胶剂对粘土的护胶作用评价

以3%土浆为参照，向其中添加1%HFL－T，在180℃下热滚16h。室内通过激光粒度仪测定粘土颗粒在热滚前后的粒径分布，考察高温条件下抗高温护胶剂对粘土颗粒粒径分布的影响。

1.2 抗高温低自由水钻井液组成和基本性能测试

在前期南堡油田所使用的低自由水钻井液体系基础上［6］，通过使用抗高温护胶剂提高钻井液护胶能力，防止钻井液高温减稠，配合高温降滤失剂HDR降低高温高压滤失量；使用微纳米封堵防塌材料固壁剂HGW和胶束封堵剂HSM提高深层泥页岩的井壁稳定性；使用抑制剂胺基硅醇HAS抑制粘土颗粒高温增稠，同时调节钻井液流变性和抗污染能力；使用润滑剂HLB提高钻井液润滑性；使用防水锁剂HAR－D降低钻井液滤液界面张力及降低低渗储层水敏效应。经过大量优化实验，确定抗高温低自由水钻井液优化配方，并测定其基本性能指标。

1.3 抗高温低自由水钻井液长时间抗高温稳定性评价

在180℃下分别热滚16h、24h、36h、48h、72h后，在50℃下测定抗高温低自由水钻井液的流变性；同时在3.5MPa×180℃条件下进行高温高压失水测定，室内评价其抗高温稳定性。

1.4 抗高温低自由水钻井液抗钻屑污染性能评价

以未添加岩屑的抗高温低自由水钻井液为空白，室内将现场岩屑粉碎后过100目，分别以5%、10%、15%、20%的比例添加到抗高温低自由水钻井液体系中，在180℃下老化16h，然后在50℃下测定流变性，室内评价其抗钻屑污染性能。

1.5 抗高温低自由水钻井液抗盐污染性能评价

以未添加无机盐的抗高温低自由水钻井液为空白，向抗高温低自由水钻井液中分别添加1.2%CaCl2、1.2%MgCl2、5%NaCl模拟无机盐污染环境，在160℃下热滚16h，然后在50℃下测定流变性，室内评价其抗盐污染性能。

1.6 抗高温低自由水钻井液抑制性评价

钻井液体系的抑制性以钻屑的热滚回收率大小来衡量［7］。具体实验方法：取堡古2区块钻屑过6～10目筛，称取30g加入到350mL抗高温低自由水钻井液体系中，在180℃下循环热滚16h后冷却，过40目筛，筛余的钻屑置于烘箱中在105℃下烘干后称量，计算热滚后钻屑回收率。

1.7 抗高温低自由水钻井液储层保护效果评价

使用JHDS－2高温高压动失水仪模拟钻井条件，按中国石油天然气行业标准SY／T 6540－2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》评价抗高温低自由水钻井液体系的储层保护效果。具体步骤如下：

1）将堡古2区块岩心干燥，抽真空饱和模拟地层水，浸泡40h待用；

2）用渗透率测定仪正向测定岩心初始渗透率K0；

3）在动态高温高压动失水仪中用低自由水钻井液反向污染堡古2区块岩心。实验条件：压差3.5MPa、温度180℃、速梯300s－1、污染时间125min、环压4.5～5.0MPa。

4）用渗透率测定仪正向测定岩心损害后的渗透率K1；并计算岩心的渗透率恢复值（K1／K0）。

2 结果与讨论

2.1 抗高温护胶剂对粘土的护胶作用

180℃热滚16h前后粘土颗粒的粒径分布情况见图1。

图1 热滚前后粘土颗粒的粒径分布Fig.1 Particle size distribution of clay before and after hot－rolling

由图1可看出：180℃热滚后，3%土浆高温水化作用使粘土颗粒粒径变小，小颗粒增加；HFL－T护胶作用使粘土颗粒粒径变大，小颗粒减少，大颗粒增加。表明护胶剂HFL－T在高温下对粘土颗粒具有较好的保护作用，可保持粘土颗粒合理的粒径分布。

2.2 抗高温低自由水钻井液配方和基本性能

优化的抗高温低自由水钻井液配方为：2%淡水膨润土浆＋0.2%NaOH＋2%抗高温护胶剂HFL－T＋5%降滤失剂HDR＋2%封堵剂HBJ＋3%固壁剂HGW＋2%胶束封堵剂HSM＋2%润滑剂HLB＋1%胺基硅醇HAS＋3%KCl＋1.5%防水锁剂HAR－D＋重晶石（1.5g·cm－3）。

抗高温低自由水钻井液的基本性能见表1。

表1 抗高温低自由水钻井液的基本性能Tab.1 Basic performance of high temperature resistant and low free water drilling fluid

由表1可知，抗高温低自由水钻井液180℃高温老化后，塑性黏度（PV）为32mPa·s、动切力（YP）为9Pa，高温高压滤失量（FLHTHP）只有10.6mL，具有良好的流变性和失水造壁性。

2.3 抗高温低自由水钻井液长时间抗高温稳定性（表2）

表2 抗高温低自由水钻井液长时间抗高温稳定性Tab.2 High temperature resistant stability of high temperature resistant and low free water drilling fluid

由表2可知，抗高温低自由水钻井液具有良好的抗高温稳定性，长时间老化后钻井液流变性和滤失量变化幅度很小。

2.4 抗高温低自由水钻井液抗岩屑污染性能（表3）

由表3可知，抗高温低自由水钻井液抗岩屑污染能力强，能够容纳现场岩屑对体系的污染。

表3 抗高温低自由水钻井液抗岩屑污染性能Tab.3 Performance of resistance to cutting pollution for high temperature resistant and low free water drilling fluid

2.5 抗高温低自由水钻井液抗盐污染性能（表4）

表4 抗高温低自由水钻井液抗盐污染性能Tab.4 Performance of resistance to salt pollution for high temperature resistant and low free water drilling fluid

由表4可知，在无机盐污染情况下，抗高温低自由水钻井液体系的黏度和动切力有所变化，但滚后总体性能稳定，表现出良好的抗盐污染的能力。

2.6 抗高温低自由水钻井液的抑制性

抗高温低自由水钻井液的热滚回收率见表5。

表5 抗高温低自由水钻井液的热滚回收率Tab.5 Recovery rate of hot－rolling for high temperature resistant and low free water drilling fluid

由表5可知，钻屑在抗高温低自由水钻井液中的热滚回收率高达99.0%，可明显降低岩屑的水化。

2.7 抗高温低自由水钻井液储层保护效果（表6）

表6 抗高温低自由水钻井液体系的储层保护效果Tab.6 Efficiency of reservoir protection for high temperature resistant and low free water drilling fluid

由表6可知，抗高温低自由水钻井液体系有很好的储层保护能力，其渗透率恢复值可达到85%以上。

3 结论

钻井液高温胶体稳定性是高温流变性和滤失造壁性的基础，向钻井液中加入具有高温护胶作用的护胶剂是保持钻井液高温稳定性的关键。开发了一种抗高温护胶剂HFL－T，其在高温下对粘土粒子具有较好的保护作用，能够有效提高低自由水钻井液的抗高温能力。确定了抗高温低自由水钻井液的配方，该钻井液在180℃高温下性能稳定，抗污染能力强，抑制防塌效果好，岩心污染渗透率恢复值高，具有良好的综合性能，满足堡古2区块中深层低渗油气田的安全高效开发。

［1］PERRICONE A C，ENRIGHT D P，LUCAS J M.Vinyl sulfonate copolymers for high－temperature filtration control of water－based muds［J］.SPE13455，1986.

［2］吉永忠，欧阳伟，张熙，等.深井聚合物高密度钻井液处理剂CUD研制与应用［J］.钻采工艺，1999，22（2）：54－56.

［3］马喜平.钻井液用聚合物处理剂的开发应用现状展望［M］.大连：大连出版社，2000：223－224.

［4］AUDIERT A，ARGILLIER J F.Thermal stability of sulfonated polymers［J］.SPE28953，1995.

［5］夏俭英.钻井液有机处理剂［M］.东营：石油大学出版社，1991：25－86.

［6］朱宽亮，卢淑芹，王荐，等.低自由水钻井液体系的研究与应用［J］.石油钻采工艺，2010，32（1）：34－39.

［7］张孝华.现代泥浆实验技术［M］.东营：石油大学出版社，1998：45－46.