渤海油田抗高温防塌型钻井液体系的研究与应用

陈强

(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部塘沽作业公司，天津 300452)

渤海油田抗高温防塌型钻井液体系的研究与应用

陈强

(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部塘沽作业公司，天津 300452)

[摘要]渤海油田地层夹层多且复杂，泥岩段极易水化膨胀，钻井液维护难度大，难以维持井壁稳定。在对抗高温稳定剂研究的基础上，研发了一套适合于渤海油田砂泥岩互层钻井的抗高温防塌型钻井液体系。室内研究结果表明，该钻井液体系在高温高压条件下流变性稳定，悬浮携砂性能好，防塌抑制能力强。该钻井液在渤海油田2个区块井段成功应用，现场易于维护，钻井施工顺利，很好地解决了渤海油田沙河街组地层砂泥岩互层井壁失稳问题。

[关键词]防塌钻井液；钻井液稳定剂；有机盐；井壁稳定；渤海油田

渤海油田在钻井开发过程中，深部地层的泥页岩垮塌、井壁失稳系列问题一直困扰着该油田的高效开发。传统的PEM钻井液体系(水基防塌钻井液)不能满足钻井作业要求，井眼垮塌造成提前完钻，导致部分进尺报废，或者更改增加一层套管程序，大大提高了钻井的成本，部分井没有实现获得深部地层地质数据的钻井目的。将甲酸盐引入到渤海油田传统的PEM钻井液体系中，满足了大部分深部地层的防塌问题，但有机盐的含量增大，引起了钻井液自身悬浮能力的明显下降，出现了重晶石沉降、高温高压失水增加等问题。基于钻井液稳定剂与甲酸盐，研发了一套抗温性能稳定、悬浮性能优异的防塌型甲酸盐钻井液体系，很好地解决了渤海油田沙河街组地层泥页岩井壁失稳问题，降低了井下复杂情况的发生率。

1渤海油田钻井液技术难点

渤海油田东营组、沙河街组地层存在泥岩砂岩互存，泥岩易水化膨胀，出现掉块坍塌，需要解决井壁稳定问题。根据前期开发的实钻情况，归纳发现钻井方面主要有以下问题：①起下钻困难，严重时导致卡钻事故；②井眼垮塌造成提前完钻，导致部分进尺报废。

根据该油田以前的钻井经验和钻井液使用的情况，发现钻井液维护的难点主要表现在以下几个方面：①黏度增加，导致流变性变差，泵压增加；②密度增加，导致液柱压力增加，经常诱发井漏的发生；③失水增加，泥饼变厚，导致起下钻困难；④钻井液悬浮能力下降，出现钻具黏卡等情况[1，2]。

2抗高温防塌型钻井液技术与作用机理

如果钻井液在流变性、造壁性、稳定性、固相含量等方面的性能会发生大幅改变，则会诱发井漏、井壁失稳、卡钻等井下复杂情况。钻井液性能的维护不仅关系到井下作业安全，更是影响钻井作业效率和成败的关键因素。笔者主要以钻井液稳定剂PAC-T、甲酸盐和聚合醇为基础，在分析其作用机理的基础上，建立了一套防塌型钻井液体系。

1)作用机理PAC-T为淡黄色或乳白色黏稠状乳液，是经多功能单体聚合而得的聚合物，有良好的耐盐、耐高温能力。PAC-T高分子微球可以作为流型调节剂和高温稳定剂，填充并占据层状膨润土搭接的空间结构内，改变膨润土粒子的刚性搭接程度，降低温度变化对钻井液性能的影响，从而维持高温钻井液的流变性。PAC-T钻井液稳定剂的主要作用机理及功能特点如下：①纳微米聚合物微球，提高高温稳定性，减少高温降解与断链的问题；②纳微米聚合物颗粒，与膨润土进行颗粒级配，提高膨润土在高温下的稳定性，改善钻井液的流变性能，防止钻井液中膨润土或加重材料沉降；③纳微米聚合物颗粒，配合其他降滤失剂，能降低钻井液失水，提高钻井液对孔隙的封堵能力；④纳微米聚合物颗粒及乳液外观特征，有利于提高钻井液的润滑性能。甲酸盐钻井液的矿化度远远高于地层水，地层水向体系中反渗透，即使少量滤液进入地层，渗透距离也会小于一般钻井液。不会引起黏土的水化分散，甲酸盐离子能大量地侵入岩屑表面的水化层，压缩水化膜的厚度，阻止岩屑的水化膨胀分散，有利于岩屑的清除，提高体系的防塌抑制性。聚合醇的浊点效应使其形态随井下温度发生变化，能在井壁、钻屑和钻具上形成憎水性分子膜，阻止泥页岩水化分散，通过稳定井壁、抑制钻屑水化分散而达到稳定钻井液性能、降低钻具扭矩。

2)抗高温防塌型钻井液体系抗高温防塌型钻井液体系基本组成为：钻井液稳定剂PAC-T、甲酸盐、降滤失剂、聚合醇等[3～8]。基础配方为：3%海水膨润土浆+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%胶凝剂XC+1%包被剂PLH+1%磺化酚醛树脂SMP+1.5%降滤失剂TEMP+1.5%磺化沥青FT-1+1.5%低渗透成膜剂LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+稳定剂PAC-T +重晶石(配方中的百分数为质量分数，下同)。

3室内研究

3.1抗高温防塌型钻井液的基本性能

依据钻井液添加剂的作用机理，在传统的PEM钻井液中引入甲酸钾，通过室内试验确定抗高温防塌型钻井液体系，评价了不同温度老化后稳定剂PAC-T对体系性能的影响，如表1所示。

表1　PAC-T对体系性能的影响

注1：μa为表观黏度；μp为塑性黏度；τd为动切力；Nφ6、Nφ3分别为六速旋转黏度计6、3r/min对应的读数；VAPI为滤失量；Vhthp为高温(120℃)高压滤失量。

注2：基浆为3%海水膨润土浆+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%胶凝剂XC+1%包被剂PLH+1%磺化酚醛树脂SMP+1.5%降滤失剂TEMP+1.5%磺化沥青FT-1+1.5%低渗透成膜剂LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+重晶石。下同。

表2　防塌型钻井液体系的悬浮稳定性

钻井液中加入PAC-T后，钻井液黏切略有增加，失水量显著降低。试验表明，PAC-T在体系中起到良好的护胶、稳定、降滤失的作用，显著地降低了钻井液的常温及高温高压失水量。

3.2抗高温防塌型钻井液的悬浮稳定性能

室内配制基浆500mL，倒入500mL量筒与老化罐中，在室温及高温下静置观察钻井液体系分层及沉降情况(表2)。常温下静置7d后，加入PAC-T钻井液稳定剂的体系没有分层及沉降产生，且上下密度差仅0.02g/cm3；140℃高温静置3d后，加入PAC-T钻井液稳定剂的体系略有沉降，上下密度差仅0.08g/cm3，但较未加入PAC-T的钻井液要明显改善很多。这说明抗高温防塌型钻井液体系具有较好的悬浮稳定性。

因此确定抗高温防塌型钻井液体系配方为：3%海水膨润土浆+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%胶凝剂XC+1%包被剂PLH+1%磺化酚醛树脂SMP+1.5%降滤失剂TEMP+1.5%磺化沥青FT-1+1.5%低渗透成膜剂LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+0.5%稳定剂PAC-T +重晶石(密度为1.45g/cm3)。

3.3抗高温防塌型钻井液的防塌抑制性能

350mL钻井液体系中加入烘干的6～10目露头土50g，在140℃下滚动老化16h，冷却，钻井液过40目筛回收露头土颗粒，烘干,称重，计算回收率。室内回收率试验结果如表3所示。该钻井液体系有很好的抑制性能，能有效抑制黏土水化分散，稳定井壁。

表3　钻井液体系抑制性评价结果

表4　钻井液体系的润滑性能评价结果

3.4抗高温防塌型钻井液的润滑性能

室内采用E-P极压润滑仪对钻井液体系的润滑性能进行了评价，结果如表4所示。该钻井液体系具有良好的润滑性能，能有效降低钻具扭矩。

4现场应用情况与效果

抗高温防塌型钻井液在渤海油田2个区块井段成功应用。

5结论与认识

1)钻井液稳定剂PAC-T的加入能够明显提高钻井液的综合性能，在流变性、高温高压降失水性、悬浮稳定性等方面均具有较好的性能。

2)抗高温防塌型钻井液具有很强的防塌抑制性和抗温性，二次滚动回收率达到了89%，在140℃下静置3d，井筒内钻井液密度差仅0.08g/cm3，具有较好的悬浮稳定性能。

3)现场应用结果表明，抗高温防塌型钻井液有利于砂泥岩互层的井壁稳定，提高了钻井速度，有效解决了油田砂泥岩互层复杂层段的井壁失稳问题，保证了作业的安全和效率。

[参考文献]

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[编辑]帅群

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)17-0050-04

[中图分类号]TE254