厄瓜多尔PARAHUACU油田钻井液页岩抑制剂的优选及应用

刘勇，李俊，王国庆,2,3 (.川庆钻探工程有限公司国际公司厄瓜多尔分公司技术服务部，四川 成都 60056；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安 7008；3.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西 西安 7008)

1 聚胺类抑制剂

1.1 发展历程

阳离子交换是几乎所有抑制性钻井液中最主要的抑制机理。阳离子页岩抑制剂能够吸附在带负电的黏土表面，从而表现出比传统阴离子类抑制剂更好的效果。钾离子能有效抑制页岩膨胀，但其使用浓度较高，对环境带来不利影响。从最初应用铵离子发展到目前的阳离子化聚胺页岩抑制剂。

1.2 分类

(1)一价阳离子胺类：主要优点是使用时的质量分数低，由于温度稳定性较差、气味强烈、毒性和页岩抑制性差等，应用受到限制。(2)阳离子化胺类：阳离子化胺类能够进入黏土层间并将其中的水分子排挤出来。具有更持久的黏土稳定作用，而且不会解吸附。(3)聚合物季胺类：优点在于能够提供多个阳离子吸附点，长久稳定页岩。只能吸附在黏土表面，与阴离子处理剂配伍性差、黏度高和毒性强使得聚合物季胺类应用受到限制。

1.3 作用机理

新型聚醚二胺作为页岩抑制剂应用于高性能水基钻井液中，它属于阳离子化聚胺类。这类新型页岩抑制剂抑制页岩膨胀的机理主要是通过胺基特有的吸附而起作用，与质子结合后生成两个铵正离子，分别吸附在相邻的黏土片层上，并将黏土片层束缚在一起。同时，铵正离子与水分子形成氢键，强化了胺分子在黏土层间的吸附。

2 铝盐抑制剂

2.1 分类

(1)可溶性铝盐溶解时产生的铝离子在一个八面体构象中以六角形的水化离子存在。铝水解得到的酸性溶液实际上都是水溶性的铝盐。(2)在适当的条件下，铝元素会生成一种两性氢氧化物。在pH值较高时，它会生成水溶性的四羟基铝阴离子。(3)利用铝的氢氧化物在页岩孔喉内或微裂缝内的沉积作用，可增强井壁稳定性。

2.2 作用机理

采用铝化学方法增强井壁稳定性，其依据是改变页岩的物理和化学性质。与页岩之间发生离子交换的方法不同，该方法根据铝化学原理，通过生成氢氧化铝沉淀，最终与地层矿物的基质结合成一体。这种铝的沉淀物能显著增强井壁稳定性，提高敏感性页岩的物理强度，并形成一种物理的屏蔽带，阻止钻井液滤液进一步侵入页岩。

3 聚合醇类抑制剂

3.1 概况

常见的聚合醇包括：乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙三醇和聚亚烷基二醇等。由于每种聚合醇有其自身的优缺点，所以目前现场常用的聚合醇，实际上为多元聚合醇，即几种聚合醇的混合物。

3.2 作用机理

(1)浊点机理：这种观点假设聚合醇的浊点行为是抑制机理的关键。(2)吸附机理：众所周知，聚合醇在水溶液中将在黏土上发生吸附。而这种黏土和聚合醇的结合被认为是聚合醇钻井液抑制性的主要来源。聚合醇与水分子在页岩中的黏土上发生吸附竞争，减缓了水分子形成有序结构的速率。(3)增黏机理：有人认为聚合醇钻井液黏度的增加也是其产生抑制性的一个因素。黏度的增加减低了水侵入页岩的速率，从而延迟了页岩分散的发生。

4 西方钻井液公司页岩抑制剂使用

调研在厄瓜多尔进行钻井液技术服务MI SWACO、Q MAX、HALLIBURTON和BAKER HUGHES等西方公司页岩抑制剂优选。MI SWACO公司所使用的主要页岩抑制剂名为KLA STOP,Q MAX公司所使用的主要页岩抑制剂名为QMAXDRILLl,HALLIBURTON公司所使用的主要页岩抑制剂名为CLAY SEAL PLUS，以上三种产品实际上均为液体状胺类聚合物。BAKER HUGHES公司所使用的主要页岩抑制剂名为ALPLEX，是一种不含氯离子的液体状络合铝类页岩抑制剂。该产品的特点是钻井液性能容易控制。在具体使用页岩抑制剂方面，均选择与絮凝剂PHPA共同作用抑制页岩水化分散。在高性能水基钻井液体系中，倘若添加胺类抑制剂，低分子量的胺类像钾离子一样穿透黏土层，低浓度的胺类解吸附带水化膜的可交换阳离子，通过静电吸附、氢键作用和偶极作用等将黏土片层束缚在一起，阻止水分子进入；倘若添加络合铝类抑制剂，则在泥页岩的孔隙和微裂缝内形成不溶于水的铝络合物，加固和稳定井壁，抑制岩屑分散。通过胺类抑制剂或者络合铝类抑制剂的抑制作用与PHPA的包被封堵，二者协同作用，能达到优良的抑制效果，实现总体抑制。为了达到更好地抑制效果，配合添加了聚合醇、低黏聚阴离子纤维素、沥青、褐煤和超细碳酸钙，共同作用来降低失水、改善泥饼，起到更好地泥页岩抑制作用[1-3]。

5 PARAHUACU油田页岩抑制剂优选及应用

5.1 SEAL钻井液体系优选

针对原配方优化体系抑制性防塌性能，进一步优化架桥封堵性能，润滑性能。(1)针对原配方优化体系防塌性能和滤失造壁性能，提高了抑制剂加量，引入其他滤失造壁处理剂。优选了几种降滤失剂包括磺化沥青，乳化白沥青，聚阴离子纤维素，天然高分子降滤失剂，羟丙基淀粉。试验结果显示聚合物降滤失剂效果较好，复配配合性好，滤失造壁效果更好。(2)针对原配方优化体系防塌性能和滤失造壁性能，提高了抑制剂加量，引入其他滤失造壁处理剂。采用岩屑热滚回收率的方法评价钻井液配方抑制性性能，确定防塌低伤害液相体系抑制性能。可以看出：聚胺对岩屑的水化分散抑制性效果优良，抑制岩屑水化分散性能效果显著。通过上述若干组实验得出超细石墨提高体系封堵及润滑性能，提高聚胺加量由0.5%至1%，提高体系抑制性能，有利于安全钻进，提高机械钻速。(3)流变性能优化评价。一般来说要控制钻井液流变性能实现：①降低成本；②提高钻头机械速度；③有效悬浮钻屑；④降低抽吸压力及恢复循环的压力；⑤在地面分离钻屑和侵入的气体；⑥减少井眼侵蚀。对于Parahuacu油田面临的提速问题，看出钻井液体系流变性能对于传递水力功率、破岩、携带岩屑至关重要，当然泵的排量是必要的条件。从流变数据分析该钻井液体系剪切稀释性最好，水眼黏度低，有利于提高机械钻速。同时随着井温升高，体系剪切稀释性增强，有利于井眼净化。

5.2 DRILIN钻井液体系优选

(1)处理剂优化。在钻开油气层时，钻井液的固相进入油气层造成孔喉堵塞，其液相进入油气层与油气层岩石和流体作用，破坏油气层原有的平衡，从而诱发油气层潜在损害因素，造成渗透率下降。因此针对储层段优化主要在屏蔽暂堵性能和降低滤失量。室内测试了原抑制性体系配方中，引入天然高分子聚合物和超细钙后的钻井液性能变化。由测试结果看出，加入两种滤失造壁材料后流变性能变化不大，说明处理剂不影响体系黏切参数，有利于性能维护。通过中压滤失实验和高温高压失水实验(100 ℃)，可以看出天然高分子降滤失剂和超细钙的加入，能降低滤失量和高温高压滤失量，封堵孔喉，进一步降低储层段钻井液失水，减少固相颗粒和液相侵入储层，降低储层伤害。(2)架桥颗粒优化。Parahuacu油田储层段钻井液主要优化屏蔽暂堵性能和降低滤失量。利用石灰石材料进行储层砂岩架桥暂堵，实现颗粒级配优化。由计算软件得出以比例80%∶20%石灰石325∶石灰石200进行组配，粒径分布曲线能与理想填充曲线较好拟合，实现封堵。在与现场钻井液粒径匹配进行综合分析。假设现场泥浆固相含量20%时，计算得出现场钻井液中加入所配比的石灰石，能较好的实现理想封堵。

6 结语

在钻井液技术服务当中，遇到长段的泥页岩敏感地层时，一般会选择KCl、聚合醇和改性沥青来配制钻井液非常有效。然而，由于厄瓜多尔对环境保护要求严苛，KCl和改性沥青不在我们的选择范围以内。通过优选聚胺、聚合醇，配伍KPAM在PARAHUACU油田PRH 井场等6口井的现场应用取得了成功。

(1)聚胺页岩抑制剂主要通过胺基特有的吸附而起作用，低分子阳离子化聚胺类因其抑制性强、生物毒性低、与其他处理剂配伍性好等优点。(2)聚胺强抑制性体系抑制渗透、水化、膨胀分散，对泥页岩微裂缝和微孔隙的封堵降低地层压力传递，防止井壁失稳和降低储层伤害。(3)该钻井液体系主要解决了由于井壁失稳和井眼净化引起的遇阻等井下复杂，优化钻井液性能辅助提高机械钻速。(4)页岩抑制剂优选及在厄瓜多尔Parahuacu油田现场成功应用实践，可以在厄瓜多尔其他区块推广使用。