无黏土相盐水储层钻井液体系研究

牟云龙　(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

刘卫红　(长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100)

王雷， 杨培龙　(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

无黏土相盐水储层钻井液体系研究

牟云龙(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

刘卫红(长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100)

王雷， 杨培龙(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

[摘要]针对伊拉克Missan油田群储层段钻井作业中存在着卡钻、漏失、气侵、溢流、井壁失稳、井径扩大等复杂事故,为了减少作业事故的发生,提高储层保护的效果,室内通过外加剂的优选,建立了一套无黏土相盐水储层钻井液体系。该体系以改性生物聚合物为流型调节剂,可降解的抗温淀粉作为降滤失剂,并采用NaCl盐水基液和CaCO3复合加重的方式进行体系的密度调节。钻井液性能评价结果表明,该体系抗温可达140℃,滚动回收率达到了95.46%,同时体系还具有较好的抗侵污能力和储层保护效果。

[关键词]储层钻井液;储层保护;生物聚合物;伊拉克Missan油田

伊拉克Missan油田群位于伊拉克东南部Missan省，包括3个在生产油田：Abu Ghirab、Buzurgan和Fauqi油田，油田储层岩性主要为碳酸盐岩，部分地区有砂岩发育，部分层位含有微裂缝。油藏原始地层压力系数为1.172～1.184，油藏最高温度为120℃。从储层段已钻井的作业情况来看，存在着卡钻、漏失、气侵、溢流、井壁失稳、井径扩大等复杂事故的发生。针对Missan油田储层的特点，室内设计了一种无黏土相盐水储层钻井液体系，该体系的各项性能完全满足Missan油田钻井作业的需要，同时由于不含黏土相，可以有效地保护储层。

1试验部分

1.1　主要试剂与仪器

1)试验试剂降滤失剂Flocat，聚阴离子纤维素PAC-LV，流型调节剂VIS-B，加重剂CaCO3，NaOH，Na2CO3，KCl，NaCl，工业品。

2)试验仪器ZNN-D6A型六速旋转黏度计；GJS-B12K高频高速搅拌器；ZNS-5A中压滤失仪；XGRL-4滚子加热炉(青岛海通达专用仪器厂)。

1.2　钻井液性能测试

钻井液的流变性能、滤失性能等均按照石油天然气行业标准SY/T 5621—1993《钻井液测试程序》进行测定。

2钻井液体系的确定

2.1　无黏土相盐水储层钻井液体系设计

针对Missan油田储层的特点，设计了无黏土相盐水储层钻井液体系，该体系不含黏土相，可以有效地保护储层。为了提高钻井液携岩和井眼清洗的效果，采用了改性生物聚合物VIS系列作为体系的流型调节剂。生物聚合物由于其独特的分子结构，而具有独特的理化性质，其低浓度溶液具有高黏度的特性(1%水溶液的黏度相当于明胶的100倍)，是一种高效增稠剂，具有良好的抗剪切性(假塑性)，在静态或低剪切作用下具有高黏度，在高剪切作用下表现为黏度下降，但分子结构不变，当剪切作用消失后黏度恢复正常。这些特性应用于钻井液中，可改善钻井液的流变性，增强钻井液的携砂能力[1,2]。同时在该体系的设计中，采用了可降解的抗温淀粉Flocat作为体系的降滤失剂。体系的密度调节则通过采用NaCl盐水基液和CaCO3复合加重的方式进行，CaCO3不仅起到加重作用，而且也可以作为暂堵剂对裂缝性地层进行封堵，完井时可以通过酸化解堵。为进一步提高体系的滤失和流变控制能力，体系中加入了低分子量的聚阴离子纤维素类聚合物PAC-LV。通过大量的室内研究，确定体系的基本成分为：淡水+NaOH +Na2CO3+KCl +NaCl + VIS-B +PAC-LV+ Flocat + CaCO3。

2.2　流型调节剂质量分数对体系性能影响评价

钻进储层时，钻井液中的膨润土进入储层，会给储层带来较大的损害[3~7]。为了减少对储层的损害，在条件许可的情况下，应尽可能采用无黏土相钻井液。同时为了能够在高剪切速率下有效地破岩和在低剪切速率下有效地携带岩屑，要求钻井液具有较强的剪切稀释性，即钻井液表观黏度随着剪切速率的增加而降低。为了达到这一目的，经常采用添加流型调节剂的方法来调节钻井液的流变性能。VIS-B改性生物聚合物增黏剂是无黏土相钻井液体系中的关键处理剂，其质量分数决定了钻开液体系悬浮性能。室内评价了VIS-B质量分数变化对体系性能的影响，结果如表1所示。随着流型调节剂VIS-B质量分数的增加，钻井液滚后的黏度、动切力逐渐增加，滤失量逐渐降低；当质量分数为0.6%时，体系具有较好的流变性，同时滤失量也小于5mL。

表1　流型调节剂VIS-B质量分数对体系性能的影响

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对应的读值；VAPI为API滤失量。下同。

注2：老化条件为120℃×16h；60℃测流变。下同。

注3：钻井液配方为淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + VIS-B +0.3%PAC-LV+3.0% Flocat + CaCO3(密度为1.28g/cm3)(配方中的百分数为质量分数，下同)。

2.3　降滤失剂质量分数对体系性能影响评价

对于无黏土相的钻开液体系，如何控制其滤失和造壁性能，保证井壁稳定显得十分重要。室内选择了一种可降解的抗温淀粉Flocat作为体系的降滤失剂，并评价了不同质量分数Flocat的降滤失效果，结果如表2所示。当Flocat质量分数为2%以上时，API滤失量可以控制在5mL以内，推荐降滤失剂质量分数为2%~3%。

表2　降滤失剂Flocat质量分数对体系性能的影响

注：钻井液配方为淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + 0.6%VIS-B +0.3%PAC-LV+ Flocat + CaCO3(密度为1.28g/cm3)。

2.4　PAC-LV质量分数变化对体系性能影响评价

PAC-LV为低分子量的聚阴离子纤维素类聚合物，其一般作为钻井液体系的降滤失、以及流变性控制的处理剂，室内评价了该添加剂质量分数变化对钻井液性能的影响，结果如表3所示。随着PAC-LV质量分数的增加，体系的黏度有一定程度的增加，同时体系的滤失量有所下降，综合考虑选择PAC-LV质量分数为0.3%。

表3　PAC-LV质量分数对体系性能的影响

注：钻井液配方为淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + 0.6%VIS-B +PAC-LV+ 3%Flocat + CaCO3(密度为1.28g/cm3)。

3钻井液体系性能评价

依据添加剂的性能情况，确定钻井液配方为：淡水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+3%KCl+16%NaCl+ 0.6%VIS-B+0.3%PAC-LV+3%Flocat+CaCO3(密度为1.28g/cm3)，并对体系的抑制性能、抗温性能、抗侵污性能以及储层保护效果进行了评价。

3.1　抑制性能评价

采用测定钻井液体系的滚动回收率和防膨率的方法来测定体系的抑制性能，评价试验结果可知，体系的滚动回收率达到95.46%，防膨率达到92.13%，表明该钻井液体系具有很好的抑制泥页岩水化膨胀的能力。

3.2　抗温性能评价

温度升高一般会导致聚合物分子链断开，钻井液体系黏度降低，添加剂失效。室内评价了不同温度下钻井液体系热滚16h前后的性能变化，结果如表4所示。在140℃以内随着热滚温度的增加，体系的流变性和API滤失量比较稳定，说明体系具有很好的温度适应性和抗高温老化能力，在140℃的条件下能够满足现场钻井作业的要求。

表4　体系的抗温性能

注：钻井液配方为淡水+0.2%NaOH +0.2%Na2CO3+3%KCl +16%NaCl + 0.6%VIS-B +0.3%PAC-LV+ 3%Flocat + CaCO3(密度为1.28g/cm3)。下同。

3.3　抗地层水污染评价

Missan油田地层水具有很高的矿化度，其中Fauqi油田的矿化度高达235858mg/L，为了考察地层水的侵污对钻井液性能的影响，在钻井液体系内加入一定量的模拟地层水(矿化度235858mg/L)，测定钻井液热滚前后性能的变化，结果如表5所示。随着地层水的加入，体系的黏度逐渐变小，滤失量变大，但总体来看，在地层水质量分数达到20%时，体系流变性能和滤失性能变化不大，说明体系具有较好的抗地层水污染的能力。

表5　体系抗地层水污染评价

3.4　抗钻屑侵污评价

在钻井过程中，钻屑会侵入到钻井液体系中，为考察钻屑侵污对钻井液性能的影响，在钻井液体系内加入一定量的Missan油田现场的钻屑，测定钻井液热滚前后性能的变化，结果如表6所示。当钻屑的侵污量达到15%时，体系性能仍能保持稳定，表明体系具有较好的抗钻屑侵污能力。

表6　体系抗钻屑侵污评价

3.5　无黏土相盐水钻井液储层保护效果评价

为了考察无黏土相盐水钻井液的储层保护效果，采用Missan油田现场岩心，进行了储层保护效果评价，结果如表7所示。采用无黏土相盐水钻井液污染岩心后，其渗透率恢复值为69.44%；而将污染端切除5mm后，渗透率恢复值可以达到95.93%。说明钻井液在储层中侵污深度有限，这是因为体系中加有CaCO3，能够在近井地带迅速形成暂堵层，防止固相颗粒的进一步侵入，对于Missan油田目前直井射孔完井工艺来说，该钻井液体系可以有效地保护储层。

表7　储层保护效果

4结论

1)通过室内研究，建立了一套适合Missan油田直井射孔完井的无黏土相盐水储层钻井液体系。

2)该体系具有较好的耐温性能，抗温可达140℃，体系的抑制性能优良，钻屑的滚动回收率达到95.46%；同时体系具有较好的抗侵污能力，能有效地抵抗高矿化度地层水和钻屑的侵污，对射孔完井具有较好的储层保护效果。

[参考文献]

[1]赵向阳,张洁,尤源.钻井液黄原胶胶液的流变特性研究[J].天然气工业, 2007, 27(3): 3~6.

[2]崔孟忠,李竹云,徐世艾.生物高分子黄原胶的性能、应用与功能化[J].高分子通报, 2003,6 (3):23~28.

[3]Al-Taq A，Bazin B，Ding D，et al. Mud-induced formation damage in carbonate reservoirs: consequences on productivity of open-hole horizontal wells[J].SPE94551,2005.

[4]Longeron D G, Alfenore J, Salehi N.Experimental approach to characterize drilling mud invasion, formation damage and cleanup efficiency in horizontal wells with open-hole completions[J].SPE58737,2000.

[5]Van der Z C H.Benchmarking the formation damage of drilling fluids[J].SPE86544,2004.

[6]乐平, 杨建, 冯仁鹏. 钻井过程中的储层损害和储层保护技术研究现状[J]. 重庆科技学院学报(自然科学版), 2009,11(5): 27~30.

[7]Burnett D B, Hodge R M.Laboratory and field evaluation of the role of drill solids in formation damage and reduced horizontal well productivity[J].SPE37125,1996.

[编辑]帅群

[引著格式]牟云龙，刘卫红，王雷， 等.无黏土相盐水储层钻井液体系研究[J].长江大学学报(自科版) ,2015,12(26):46~49.

[中图分类号]TE254

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)26-0046-04

通信作者：

[作者简介]牟云龙(1984-)，男，工程师，现在从事油气田钻井技术工作；刘卫红，liuweihong06@126.com。

[收稿日期]2014-09-08