环保型欠平衡水平井可循环泡沫钻井液的研究与应用

赵晓竹（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院）

环保型欠平衡水平井可循环泡沫钻井液的研究与应用

赵晓竹（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院）

欠平衡钻井工艺及水平井钻井工艺在提高采收率、节约钻井成本和保护油气藏等方面具有显著的优势。开展了环保型欠平衡水平井可循环泡沫钻井液研究，室内筛选了发泡剂、稳泡剂、抑制剂，研制了适合欠平衡泡沫水平井钻进的环保型可循环雾化泡沫钻井液配方，并对其抑制性、抗污染能力（抗岩屑、抗地层水、抗油）进行了实验研究。在现场应用过程中，通过优选配方及合理的优化钻井参数及钻井工艺，实现泡沫可回收利用，提高泡沫钻井液的环保性；同时实现泡沫水平段钻进，打开了储层，确保了地质录井及时发现储层，在环保的同时有效降低了钻井成本。

欠平衡水平井可循环泡沫钻井液环保保护储层可回收

引言

目前许多石油公司、钻井公司及服务公司都在寻求降低勘探开发费用、提高经济效益的方法和途径［1-2］，油基钻井液虽可用于储层，但环保压力较大，以降低钻井成本和提高采收率为目的欠平衡水平井钻井技术恰恰满足了这方面的要求［2］。为将二者有效结合，同时，由于一次性泡沫及化学消泡在环保性及经济性方面存在不足，因此，开展了环保型欠平衡水平井可循环泡沫钻井液研究。

泡沫钻井液是以泡沫作为钻井液的一种欠平衡钻井技术，可显著提高钻速，及时发现并保护油气层，提高采收率，特别适用于目前大量存在的低压、低渗等难开发油气藏［3］。泡沫钻井过程中的一个重要环节是地面消泡。一次性钻井液体系流程简便，易于实施。在应用过程中需要不断地对井底返出的泡沫钻井液进行分离和消泡，消泡过程大多采用加入化学消泡剂的方法，分离、消泡后钻井液被废弃，除造成钻井液大量损耗，废弃的钻井液中含有大量的钻屑、起泡剂、消泡剂、缓蚀剂等污染物质，污染环境［3］。

可循环泡沫钻井液体系是指对返出井口的泡沫进行处理（物理或化学方法），然后添加一定量的化学制剂，对钻井液进行二次起泡循环利用，在保留了泡沫钻井液优势的同时，环保性及经济性方面均得到了大幅度提高。

1　雾化泡沫钻井液配方的研制

1.1发泡剂的优选

雾化泡沫钻井液的表面活性剂的筛选原则以发泡量大、抗高温、抗污染能力强以及半衰期适中为原则，室内采用倾注法对常用的表面活性剂进行了评价。对FP-1、AES、K12、尼纳尔、F873发泡剂常温发泡性能进行对比实验研究，结果见表1。

表1　25℃下不同表面活性剂的起泡效果对比

实验结果表明，在常温常压下FP-1与K12等发泡剂具有溶解性好、易发泡以及泡沫质量细腻等特点，因此，FP-1与K12发泡剂具有较好的发泡能力。

1.2稳泡剂的优选

实验选用聚丙烯酰胺、WP-1、羧甲基纤维素三个聚合物为稳泡剂，表面活性剂为FP-1加量2.0%，泡沫效果见表2。

表2　25℃下稳泡剂的稳泡效果评价

通过实验结果来看，部分水解聚丙烯酰胺稳泡剂、CMC纤维素类均存在水溶性效果较差，尤其当部分水解聚丙烯酰胺稳泡剂、CMC纤维素类加量大于0.3%后，基液的发泡效果受到一定的影响；同时，水解聚丙烯酰胺稳泡剂基液具有“爬杆效应”，不利于配置优质雾化泡沫液，而稳泡剂WP-1具有较强的泡沫稳定能力，并且与发泡剂具有较好的协同作用。

1.3雾化泡沫钻井液抑制剂的优选

常用的抑制剂一般为KCl以及聚合物类抑制剂，对于雾化泡沫体系，抑制剂的加入在增强泡沫体系抑制性的同时，又不会影响泡沫的性能。抑制剂不同加量下的泡沫高度以及半衰期变化见表3、表4。

表3　KCl（2%FP-1）抑制剂对泡沫性能的影响

表4　YG-1（2%FP-1）抑制剂对泡沫性能的影响

从表3、表4可以看出，抑制剂YG-1的加入基本对雾化泡沫性能影响较小。随抑制剂YG-1加量的增加，泡沫高度逐渐减小，但仍具有较好的发泡效果。

抑制剂的最主要作用为提高体系的抑制性，因此，对不同抑制剂加量下的岩屑回收率进行了测定，结果见表5。

表5　泥页岩岩屑回收率

实验结果表明，加入抑制剂后的泡沫抑制性明显高于清水的抑制性，最低岩屑回收率为25.6%，最高岩屑回收率达80.5%，满足了提高抑制性的需要。实验表明，适当加入抑制剂不会影响泡沫的性能，因此，选定YG-1作为此泡沫体系的抑制剂。

1.4雾化泡沫钻井液抗地层水、抗油及抗岩屑侵实验

在欠平衡泡沫水平井钻进过程中，为了确保雾化泡沫液与地层水及原油具有较好的相容性，要求雾化泡沫液具有较强的抗地层水、抗油污染能力以及抗岩屑污染能力。

在升深4井侏罗系第SI-2层地层中进行抗盐、抗油侵、抗岩屑侵能力实验，数据见表6、表7、表8。

表6　25℃下雾化泡沫钻井液体系的抗盐能力

表7　雾化泡沫钻井液体系抗油侵能力

表8　雾化泡沫钻井液体系抗岩屑侵能力

通过实验结果来看，雾化泡沫钻井液具有较强的抗盐能力，满足现场雾化泡沫钻井工艺技术要求。

2　水平段欠平衡泡沫钻井应用

2.1水平段钻进基本概况

翻172-平160井是部署在黑龙江省肇源县裕民乡境内长10区块长43-长39井区，属于松辽盆地中央坳陷区朝阳沟阶地薄荷台鼻状构造西部的1口水平采油井。原设计为三开水平段1200～1974.22m（垂深1021.12～1126.47m）采用泡沫钻井液打开储层，技套下深1198m，口袋1～2m，技套进入油层1～2m，泡沫钻井液直接进入砂岩层钻进。而实际二开水平段钻井深1353m，技套下深1343.73m，口袋9.27m，技套并未进入油层，采用硅基阳离子钻井液体系钻至井深1454.51m，见到油砂，钻换为泡沫水平井钻进。

2.2泡沫欠平衡钻进情况

泡沫钻进段钻具组合：Φ215mm钻头（B425）+配合接头+K7LZ×7.0DW螺杆1.00°+强制型箭形回压阀（2只）+Φ172mm无磁钻铤（1根）+EM-MWD仪器（悬挂短接+绝缘接头+转换接头）+Φ127mm无磁加重钻杆（1根）+Φ127mm加重钻杆（12根）+Φ127mm钻杆（90根18°台肩）+Φ127mm加重钻杆（12根）+Φ127mm钻杆（18°台肩）+钻杆旋塞（1只）+强制型箭形回压阀（1只）+方钻杆。

泡沫钻进参数：注气量70～71m3/min，注液量5.8L/s，注气压力4.78～5.32MPa，钻压8t，转速25r/min，扭矩4kN·m。

钻至井深1529.78m，打开油层，结束泡沫钻进，期间录井捞砂荧光显示良好。现场钻井施工参数见表9。

应用HUBS软件，根据实际井深、注气量、注液量、注气压力等参数计算出不同井深实际当量密度、流体返速、节点返速、欠压值（表10）。当量密度随测深变化见图1。

图1　翻172-平160井泡沫钻井当量密度随测深的变化

2.3泡沫可回收利用情况及其现场性能

应用泡沫钻井工艺实现了基液可回收利用，回收液处理后的性能能够满足现场施工要求，有效降低了成本。泡沫基液回收前后性能见表11。

表9　翻172-平160井泡沫钻井液钻井施工参数

表11　泡沫基液回收前后性能

翻172-平160井共使用泡沫基液649m3，该井累计使用清水配制泡沫基液265m3，回收液配制基液384m3，回收液处理后的性能能够满足现场施工要求。雾化泡沫可循环利用率达到59.1%，达到预期降低成本要求。

2.4储层保护效果

采用泡沫欠平衡钻井工艺技术有效保护了储层，确保了地质录井及时发现储层。泡沫钻进段岩性及油气显示见表12。

表12　泡沫钻进段岩性及油气显示

3　结论

1）所研制的泡沫钻井液抑制性较强，在现场施工过程中保证了井壁的稳定性。

2）泡沫钻井抗地层水、抗油及岩屑污染能力均较强，满足了现场施工要求。

3）翻172-平160井是大庆油田首次将泡沫钻井工艺应用于水平井，最大程度地保护油气层不受污染。泡沫水平井钻井技术在该井获得了初步成功，为以后两种钻井技术的进一步完美结合积累了经验，填补了大庆油田该项技术的空白。

4）实现了泡沫水平段钻进，成功打开了储层，确保了地质录井及时发现储层。

5）实现了泡沫可回收利用，在保留了泡沫钻井液优势的同时，环保性及经济性方面均得到了大幅度提高，有效降低了钻井成本。

［1］吕振华，成效华，宋玉宽，等.欠平衡钻井完井液技术的研究与应用［J］.油田化学，2001，18（1）：3-7.

［2］杨虎，江勇，胡军，等.牛102井欠平衡泡沫水平井钻井技术［J］.石油学报，2002，23（1）：88-93.

［3］王传伟，倪红坚，王瑞和，等.泡沫钻井液消泡技术［J］.钻采工艺，2011，34（2）：106-108.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.005.015

2015-01-07）

赵晓竹，工程师，2005年毕业于中国石油大学（北京）（化学工程专业），从事钻井液体系及防漏堵漏技术研究工作，E-mail：zhaoxiaozhu@cnpc.com.cn，地址：黑龙江省大庆市红岗区八百垧钻井工程技术研究院钻井液技术研究所，163413。