适合于海上某油田低伤害环保型水基完井液研究

黄书恺，黄 晶，柳洋杰

（长江大学，湖北 武汉430100）

适合于海上某油田低伤害环保型水基完井液研究

黄书恺*，黄 晶，柳洋杰

（长江大学，湖北 武汉430100）

完井液技术在保护储层的钻井工艺技术中扮演着非常重要的角色。完井液作为钻完井作业的最后一种入井工作液，不仅要对储层具有优良的保护效果，而且要与其他入井流体配伍性好，具有改善前面作业中可能产生的污染和很好的综合保护储层效果。从环保方面要求生物毒性小，对人体无害无毒，对水生物群落影响小，容易生物降解，有利于保护环境。针对海上某油田的储层特性以及前期钻井液的使用情况，所研制的低伤害环保型水基完井液各项性能良好，与储层岩石、地层水以及原油具有较好的配伍性，储层岩心渗透率恢复值达到90%左右，生物毒性小。说明此完井液具有优异的综合性能，可以应用于海上油田平台的完井作业。

低伤害；环保；水基完井液；渗透率恢复值

通常来讲，在油气井完井作业过程中所使用的工作液统称为完井液。也即从钻开油层到采油及各种增产措施过程中的每一个作业环节中，所使用的与产层接触的各种工作液都属于完井液的范畴[1]。在完井作业过程中，会有一定的完井液和充填液漏失到地层中，漏失到地层中的流体存在与地层中的流体和地层岩石不配伍引起储层伤害的可能。完井液作为钻完井作业的最后一种入井工作液，其选用应与钻井液体系作为一个整体考虑。优质完井液体系不仅要对储层特性具有很好的适应性，对储层有优良的保护效果，而且要与其他入井流体（地层水、原油、钻井液等）配伍性好，具有改善前面作业中可能产生污染和很好的综合保护储层效果[2,3]。

完井液技术在保护储层的钻井工艺技术中扮演着非常重要的角色。在国内外石油钻井施工中，使用较多的是含有膨润土和较高固相的完井液，然而完井液作为第一种与储层接触的工作液，完井液中的固相颗粒尤其是高分散的粘土颗粒很容易侵入储层，对储层造成伤害，使储层渗透率大大降低，降低油田开发效能。对储层污染的深入研究结果表明在过平衡条件下固相含量高的完井液对岩心伤害相当严重[4]。所以开展无固相完井液技术势在必行，另外由于海上平台施工的特殊性，还要求所使用的入井流体具有良好的环保性能[5]。所以要求研制低伤害环保型水基完井液体系应用于海上油田完井作业。本文针对海上某油田的储层特点、前期钻井液应用情况以及海上平台完井液技术要求，开展低伤害环保型水基完井液体系研究，并评价了完井液体系的性能，为目标油田完井作业提供技术保障。

1 目标油田储层潜在损害因素分析

海上某油田储层段孔隙度为21.5%～30.2%，渗透率17.1～792.5 mD，属中～高孔、中～低渗储层；粘土杂基含量6.5%～17.8%，以高岭石为主；胶结类型多为孔隙和接触～孔隙式胶结，孔隙主要以原生粒间孔为主。前期主要使用的钻井液体系为PLUS/KCl体系。分析储层自身存在粘土水化膨胀、颗粒运移堵塞伤害的风险，加之钻井液中固相含量较高，也可能存在一定的固相堵塞情况。针对这种情况，完井液不仅要具有良好的储层保护能力，还要具有一定的解除前期污染堵塞的能力。

2 低伤害环保型水基完井液体系研究

针对海上平台施工特点，选用过滤海水作为完井液的基液。使用项目组研制的低毒环保型处理剂，并优化各处理剂的加量。最后确定低伤害环保型水基完井液体系的配方。

2.1 粘土稳定剂加量优选

实验所用粘土为标准钠膨润土。对过滤海水配置的完井液，选出不同加量的粘土稳定剂，与不加粘土稳定剂作对比，做防膨实验，相对膨胀率越小，说明完井液抑制粘土能力越强。实验数据见表1。

表1 不同粘土稳定剂加量防膨实验结果Table 1 Experimental results of different clay stabilizing agent

由表1可知：当粘土稳定剂加量为2.0%时，相对膨胀率为3.2%，可以达到良好的防膨效果。

2.2 缓蚀剂加量优选

过滤海水配成的完井液，需加一定量的缓蚀剂。使用低毒性的缓蚀剂进行试验。缓蚀实验是在90℃、148 h静态条件下，采用挂片失重法，缓蚀剂的加量分别为 1.0%、1.5%、2.0%的完井液进行对比实验。实验情况及数据见表2。

表2 不同缓蚀剂加量实验结果Table 2 Experimental results of different corrosion inhibitor

由表2可知：当缓蚀剂加量为1.5%时，即可以达到良好的缓蚀效果。其对人体刺激性小，容易生物降解可以作为很好的完井液添加剂。

2.3 酸性解堵剂加量优选

用二甲苯溶剂将目标油田储层2 081 m的天然岩芯清洗干净，研磨成粉，恒温烘干，待自然冷却后，称取一定量岩样放入不同解堵剂加量的完井液中，90 ℃恒温水浴静置4 h，过滤烘干称重，计算溶蚀率，实验结果见表3。

表3 不同解堵剂加量对岩心的溶蚀能力Table 3 The dissolution capacity of the core with different plugging agent addition

由表3可知：当解堵剂加量为1.5%时，对岩心的溶蚀能力达到6.42%，即可以有效解除前期钻井液泥饼产生的堵塞，又能有效保护储层岩石骨架，不会引起地层结构破坏。

2.4 完井液体系配方的确定

根据储层条件及前期钻井液使用情况对完井液的要求，通过室内实验，优选各处理剂的加量。确定低伤害环保型水基完井液的配方为：

过滤海水+2%粘土稳定剂+1.5%缓蚀剂+1.5%酸性解堵剂

3 低伤害环保型水基完井液性能评价

通过对完井液与地层岩石的配伍性、完井液与地层流体的配伍性、完井液对岩心渗透率的损害、完井液的生物毒性等方面评价了低伤害环保型水基完井液的性能。

3.1 完井液与储层岩石的配伍性研究

室内使用 CLPZ-Ⅱ高温高压智能型页岩膨胀仪，模拟储层温度和压力条件，分别测定目标油田储层钻屑在B3井地层水和完井液中的线性膨胀率，实验时间为24 h。实验结果见图1。

由图1可以看出，在24 h时，钻屑在完井液中的线性膨胀率明显小于在地层水中的膨胀率，说明该完井液对目标油田储层钻屑起到了很好的抑制水化作用。这是由于在完井液中加入的粘土稳定剂等处理剂对钻屑的水化膨胀具有良好的抑制能力。

图1 完井液和地层水对钻屑的抑制性评价Fig 1 The inhibition of well completion fluid and formation water on drilling cuttings

3.2 完井液与储层流体的配伍性研究

完井液与地层流体的配伍性主要研究完井液与地层水、完井液与地层原油流体的配伍性。

3.2.1 完井液与地层水的配伍性研究

室内使用 WGZ-100型光电浊度仪测定完井液与目标油田储层地层水不同比例混合后的浊度值，评价完井液与地层水的配伍性。实验结果见表4。

表4 完井液与地层水不同比例混合液浊度值Table 4 The turbidity value of different proportion mixture of well completion fluid and formation water

由以上数据可以看出，完井液与地层水按不同比例混合后，配伍性良好，当混合比例为5:5和4:6时，其浊度值为29NTU和30NTU，处于接受的浊度值范围内。完井液与地层水混合后对储层的伤害较小。

3.2.2 完井液与原油的配伍性研究

使用布氏粘度计在 50℃条件下测定完井液与目标油田储层原油按不同比例混合后的粘度值，评价完井液与储层原油的配伍性。实验结果见表5。

表5 完井液与储层原油不同比例混合液粘度值Table 5 The viscosity of different proportion of Well completion fluid and reservoir oil

分析以上数据，原油与完井液按不同比例混合后，粘度出现不同幅度的变化，当比例为50:50时，粘度增加最大。这是由于完井液中加入了粘土稳定剂和缓蚀剂等表面活性剂物质，这些添加剂进入油气层后，可能改变油水界面性能，形成油和水的乳化液，提高了流体的粘度，增加流动阻力。上述完井液和原油混合后，总体粘度增加幅度不大，对储层的伤害较小。

3.3 完井液储层保护性能评价

（1）实验方案

①按照所研制完井液的配方，配制出完井液，备用；②选取人造岩心和天然岩心，用地层水充分饱和；③在温度为 90 ℃条件下，用煤油正向测定地层水饱和过岩心的初始渗透率，计为K0；④反向挤入5 PV地层水，接着挤入2 PV完井液，静置2小时；⑤在温度为 90 ℃条件下，正向用煤油在恒速的条件下进行驱替至压力稳定，测定其渗透率，计为Kd；⑥计算渗透率的恢复值Kd/K0。

（2）实验数据与分析(表6)

表6 完井液储层保护性能评价结果Table 6 Evaluation results of reservoir protection performance of completion fluid

分析以上实验结果，无论是天然岩心还是人造岩心，在使用完井液污染后岩心的渗透率恢复值均为90%左右，说明优选的完井液体系在完井作业过程中不会对储层造成明显的损害，具有良好的储层保护效果。

3.4 完井液的生物毒性研究

用发光细菌法分别测定了完井液体系及回收钻屑的生物毒性[6,7]。实验表明，完井液体系 EC50值均大于 30 000×10-6，且整个低伤害环保型水基完井液体系，已通过国家海洋局北海分局的环保测评，满足环境保护要求。

4 结论及认识

（1）分析了海上某油田储层自身存在粘土水化膨胀、颗粒运移堵塞伤害的风险，加之钻井液中固相含量较高，也可能存在一定的固相堵塞情况；

（2）针对目标油田的储层特性以及前期钻井液的使用情况，所研制的低伤害环保型水基完井液各项性能良好，与储层岩石、地层水以及原油均具有较好的配伍性，完井液污染后储层岩心渗透率恢复值达到90%左右，生物毒性小。说明此完井液具有优良的储层保护效果，可以应用于海上油田平台的完井作业；

（3）考虑到国家对环保工作监察力度的加大，今后钻完井中所使用的入井流体都要向环境友好型发展。环保型完井液作为完井液技术发展的一个方向，应该具有广泛应用的潜在前景。

［1］ 向兴金，董星亮，岳江河. 完井液手册[M]. 北京：石油工业出版社，2002．

［2］ 王胜军，李洪，熊启勇，等. 国内完井液研究应用现状[J]. 新疆石油科技，2014，2（24）：18-21．

［3］ 李玉光. 海洋石油高孔高渗油田开发储层保护研究[J]. 中国海上油气（工程），2001；13（4）：42-47．

［4］ 樊世忠，何纶. 国内外油气层保护技术的新发展(I)—钻井完井液体系[J]. 石油钻探技术，2005，33（1）：1-5.

［5］ 蔡亮. 环保型完井液的研究与应用[D]. 大庆石油学院硕士论文，2009．

［6］ 王东，冯定，张兆康. 海上油田废弃钻井液的毒性评价及无害化处理技术研究进展[J]. 环境科学与管理，2011, 6（36）：79-80．

［7］ 徐景生，黄维安，王青宇，等. 渤中25-1油田中浅层钻井液体系优选与评价[J]. 中国石油大学胜利学院学报，2009, 23（4）：17-20．

Study on Low Damage Environmental Protection Water Based Completion Fluid Suitable for an Offshore Oilfield

HUANG Shu-kai, HUANG Jing, LIU Yang-jie
(Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China)

Well completion fluid technology plays a very important role in the drilling process of reservoir. Well completion fluid as the last use working fluid for drilling and completion, not only has good protective effect to the reservoir, but also has good compatibility with other well fluids, it can improve the pollution caused by previous work and has the effect of comprehensive protection of reservoir. From the aspect of environmental protection, well completion fluid should be small biological toxicity，and harmless to the human body, it has little influence on the water biological community, it is easy to be degraded, and it is beneficial to protect the environment. According to the reservoir characteristics of an offshore oilfield and the use situation of drilling fluid in the early stage, low damage environmental protection type water based completion fluid was developed. It has good performance, and good compatibility with reservoir rocks, formation water and crude oil. And the recovery value of core permeability of reservoir is about 90%. This completion fluid has excellent comprehensive performance and can be applied into the well completion operation of offshore oil fields.

low damage; environmental protection; water based completion fluid; permeability recovery value

TE 357

A

1671-0460（2016）11-2599-04

2016-05-06

黄书恺（1992-），男，福建南安人，在读硕士研究生，主要从事油气成藏方面的研究工作。邮箱：330193295@qq.com。