混原油阳离子钻井液技术

程岂凡，张宝峰，路克崇，卢　平，段晓东

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830000）

混原油阳离子钻井液技术

程岂凡*，张宝峰，路克崇，卢平，段晓东

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830000）

室内通过对乳化剂、润滑剂及原油的优选与最佳配比的研究，在阳离子钻井液技术的基础上，研究出一种适合大斜度、高密度、深井、定向井混原油阳离子钻井液配方，并对配方进行了抗污染、抗高温评价。现场应用表明，该技术有效地改善了润滑性、滤失性等性能，很好地解决了深井、复杂井、定向井的托压、划眼、粘卡等井下复杂或事故。

深井；定向井；抑制；润滑；事故

近年来，随着玉门油田勘探开发的不断深入，深井、定向井（含开窗侧钻井）越来越多。受地层高粘土含量、高温、裂缝发育、盐水层、石膏层等诸多地质难点的制约，深井、定向井复杂事故损失率及钻井液成本居高不下。为了解决这一问题，不得不加入大量润滑剂，但润滑剂又普遍存在加量大、有效周期短、效果欠理想等不足之处，制约了钻井提速和成本控制。因此，有必要研究一套更适应玉门油田深井、复杂井、定向井的钻井液技术。

1　玉门油田定向井难点分析

（1）玉门油田受高粘土矿物含量、强水化能力地层的影响，定向井由于钻具与井壁接触面积大，极易引起托压或粘卡。

（2）非定向井下部地层不带扶正器，而定向井在稳斜阶段需带双扶正器钻进，井壁稳定难度大；

（3）完井电测受井径、斜井眼、全程PDC钻头钻进台阶较多、井身质量等因素的制约，常规测井困难。

（4）定向井较常规钻井机速低，裸眼段浸泡时间相对较长，钻屑研磨较细，有害固相高。

2　混原油钻井液的发展

为了满足地质上保护油气层的要求或者取芯的需要，中国于20世纪60年代研制成功了混原油钻井液。混原油钻井液是用油类作内相使之分散于水外相中形成的一种分散体系（乳状液）。这种体系最早是由于原油混入钻井液中而自然形成的，它有效地改善了钻井液的润滑性、滤失性等性能。于是开始人为地加入油类，并研究了水油乳状液的稳定机理，重点研究了乳化剂的选择。已得到的结论有：（1）表面活性剂吸附分子间相互作用力较大者，形成的界面膜强度也较大；（2）复合或混合表面活性剂形成的界面膜强度比单一表面活性剂吸附的界面膜强度高，且选取的表面活性剂HLB值相差越大，形成的复合乳化剂吸附的界面膜强度越高；（3）乳状液分散介质的粘度越大，则分散相液珠运动的速度越慢，越有利于乳状液的稳定，同时乳状液粘度也越大；（4）温度升高将降低界面膜的强度。

3　室内实验

3.1原油优选

依照既有的研究成果，室内对玉门油田各油区的原油品质进行了调查研究。具体情况见表1。

表1　玉门油田各油区原油品质情况

根据粘度、含水、含蜡较低的标准，白杨河的原油最适合混入钻井液中。

3.2乳化剂优选

室内以水为连续相，原油为分散相对乳化剂进行了优选。具体方法是：将原油混入清水中，高搅1min，倒入量筒，分别静置1h和24h后读取上层析出的原油量，计算乳化率。考虑到乳化剂的方便性，室内选取了现场常用的3种乳化剂，TW-60、SP-80和OP-10进行优配。900ml水+100mL原油+0.6%OP-10+0.2% SP-80具有较理想的乳化效果。SP-80的加入能大幅度提高乳状液的稳定性。SP-80加量过大时，复合乳化剂HLB值进一步降低，乳化效果反而下降。

3.3原油最佳加量确定

室内以0.6%OP-10+0.2%SP-80为乳化剂对不同原油加量的钻井液润滑性进行了测试，钻井液中混入原油后能有效增强钻井液的润滑性，加量在10%以前，摩阻系数直线下降，10%以后摩阻系数下降较慢。见图1。

图1　混入原油对钻井液润滑性的影响

3.4混油钻井液最佳pH值确定

既有研究及现场应用表明，常规阳离子聚磺钻井液的pH值控制在9.5～10之间。室内对混油阳离子钻井液的pH值进行了研究，结果表明pH值在10～11之间具有比较理想的流变性，所以混油阳离子钻井液的pH值控制为10比较合理。

3.5润滑剂优选

为了进一步提高钻井液的润滑性，同时提高乳状液的稳定性，室内对润滑剂进行了优选。结果表明，0.5%Kx-1+2%JxFQ-6能有效提高钻井液的润滑性。

3.6流变性调整

取酒东长2-24井4000m时的钻井液（配方）（3%坂土浆+0.2NaOH+0.4%CHM+0.4%NW-1+3%HS-1+ 4%HS-2+3%DYFT-1+2%稀释剂+1%CaO+2%润滑剂+5%原油+乳化剂+加重材料）作基浆做了如下流变实验（见表2），由实验结果可见：HS-1与FCLS、CaO配合使用降粘和调节流变性的效果更加突出。

表2　不同处理剂对钻井液流变性的影响

3.7Ca2+对混原油钻井液泥饼质量的影响

室内对Ca2+对钻井液泥饼的影响进行了研究（见表3），较理想的Ca2+控制范围为800～1200mg/L。Ca2+低于800mg/L对失水和泥饼影响较小；Ca2+高于1200mg/L对失水和泥饼影响较大，且高温后钻井液增稠。

3.8钻井液配方形成

根据以上研究，以原有阳离子体系钻井液配方为基础，结合玉门油田各区块地层特点，引入了原油、乳化剂，形成了现有的阳离子混油定向井钻井液配方。

配方：3%坂土浆+0.2NaOH+0.4%CHM+0.4% NW-1+3%HS-1+4%HS-2+3%DYFT-1+2%MFG+ 2%稀释剂+1%CaO+2.5%润滑剂+5%～10%原油+ 0.3%～0.6%OP-10+0.1%～0.2%SP-80+加重材料。

3.9配方抑制性评价

室内对阳离子钻井液混油前后的抑制性做了对比（见表4）。

数据表明：阳离子钻井液具有极高的抑制性，混油后抑制性有所增强。

表3　〔Ca2+〕对钻井液失水和泥饼的影响

表4　不同介质下回收率和膨胀率对比对比

3.10配方抗污染能力评价

结合玉门油田存在高压盐水层及地层易水化分散的特点，室内对配方进行了抗盐及抗钻屑侵试验，结果表明，配方加入5%NaCl后对性能影响不大，抗钻屑侵能力可达到3%，说明配方具有较强的抗污染能力。

4　推广应用情况

4.1混原油阳离子钻井液技术应用范围

混原油阳离子钻井液技术主要应用于深井、复杂井、高密度定向井，井斜超过30°的中低密度定向井或水平井。

4.2混原油阳离子钻井液技术在酒东区块（高密度定向井）的应用

长2-26井是酒东一口高密度定向井，井斜30.67°，原油用量8%，钻井周期69.5d（提前19.5d），钻井液单位成本587.43元/m，事故时间15h（0.9%），复杂为零。应用混原油阳离子钻井液技术后，有效地解决了高密度定向井易托压、粘卡的问题。

4.3混原油阳离子钻井液技术在鸭K区块（中低密度定向井）的应用

鸭K区块已应用3口井，无托压或粘卡现象，均做到了无复杂无事故事故，测井成功率100%，平均井径扩大率10%以内。

4.4混原油阳离子钻井液技术在青西区块（深井、复杂井）的应用

青西区块已应用2口井，其中柳平1井的事故是因为欠平衡钻井液密度过低，不能有效平衡地层压力导致，终止欠平衡后井下正常；Q2-68井事故后侧钻过程中引入了该技术，有效地降低了事故复杂损失率，缩短了钻井周期。

5　认识与结论

（1）混原油阳离子钻井液润滑性好、抑制性强、对环境影响小、成本相对较低，能很好地解决定向井托压、粘卡和普通润滑剂润滑效果差、维护周期短、加量大、成本高等问题。

（2）混原油钻井液中除加入乳化剂外，适当加入润滑剂及合理的pH值控制能有效提高乳状液的稳定性。

（3）阳离子钻井液中混入原油后对钻井液抑制性有一定的增强作用。

（4）阳离子钻井液中混入原油后对钻井液流变性有一定影响，但关键在乳化效果，充分乳化的情况下对钻井液流变性的影响不大，通过适当地调节即可恢复良好的钻井液流型。

[1]穆剑.钻井液及处理剂评价手册[M].石油工业出版社，2007.

[2]刘禧元，夏延波，张权.粘附卡钻机理与实践探讨［J］.吐哈油气，2009（9）：14.

TE254

B

1004-5716(2015)07-0076-03

2014-06-20

2014-07-11

程岂凡（1979-），男（汉族），甘肃酒泉人，工程师，现从事钻井液技术研究与现场服务工作。