新型无土相环保钻井液技术研究与应用

彭会新

新型无土相环保钻井液技术研究与应用

彭会新

（中国石油辽河油田公司开发事业部， 辽宁 盘锦 124010）

为了满足环保要求, 解决目前辽河油田侧钻井过程中出现的大段泥岩段井壁稳定性差、划眼频繁等难题，调研了国内外小井眼钻井液技术，通过优选无机盐类密度调节剂、有机胺类抑制剂、低荧光环保型润滑剂，建立一套具有强抑制性的新型无土相环保钻井液体系。室内评价试验表明，该体系塑比＞0.5，携岩能力强；150 ℃滚动回收率大于92%，强抑制防塌效果好。HTHP＜10 mL，可以满足辽河油田侧钻水平井对钻井液的抗温、抑制和流变性指标的要求。

小井眼侧钻井；环保性；强抑制性

近年来，随着人工成本的不断升高，钻井的综合成本日益增加。辽河油田在老区块多采用老井侧钻的开发方式。这种开发方式可利用原井筒、井场、道路及地面流程，可大幅度降低产能建设成本，是老油气田挖掘剩余油气潜力、延缓产量递减、降本增效的有效技术途径[1-2]。

为了大幅度降低产能建设成本，挖掘剩余油气潜力，目前冷家油田大规模部署φ118 mm小井眼侧钻井，同时其部分井位于滩海环境保护区内，环保政策严苛，钻井液处理剂要求无磺，无黑色，加之φ118 mm小井眼侧钻井裸眼段长（＞500 m），钻遇大段泥岩地层；平均环空间隙小，泵压高，存在大段泥岩段井壁稳定性差、定向托压严重等难题。因此，针对以上问题进行室内研究，制定应对方案，以满足冷家油田侧钻井对于环保钻井液的需要。

1 钻井液技术思路

针对冷家油田小井眼侧钻井的问题，为保证钻井液具有一定的抗温能力、比较低的滤失量和较好抑制性，同时满足环保要求，准备从以下几个方面开展研究：

1）优选抗高温环保型降滤失剂，代替磺化类产品[3]。

2）采用KCl作为体系基液，达到高密度的同时可以保持较低的黏度，兼有提高体系抑制性的能力。

3）不加土，采用碳酸钙提高封堵造壁能力

大段泥岩钻进使钻井液被污染，即使钻井液具有很强的抑制能力，机械降级也会使一部分造浆性泥岩分散在钻井液中，导致流变性失控，易造成静止后粘切过大，泵压高，不利于井下安全。

4）引入胺基抑制剂

目前，胺基改性聚醚类抑制剂被引入钻井液中作为有效的泥页岩抑制剂，实验室评价和现场应用结果表明，有机胺类抑制剂能有效减少黏土矿物的表面水化和渗透性水化。

2 室内研究

2.1 增黏剂的优选

配制基础液（10% KCl+2% 降滤失剂），分别加入0.5％的各种环保型增黏剂，搅拌静止，利用六速旋转黏度计分别测量以下添加剂在常温和高温老化后的塑性黏度和动切力。数据见表1。

表1 增黏剂优选

结果表明，XC 、LT-1、HEC和PAC-HV在常温下提黏效果较好。在150 ℃老化后，HEC和PAC-HV抗温能力差，发生高温降解。XCD和LT-1具有一定的抗温能力，YP为6 Pa和3 Pa。由于小井眼侧钻水平井需要钻井液具有低黏高切的特殊流变特性，以满足快速钻进和水平段携岩的要求，所以选择XC作为体系的增黏提切剂。

2.2 有机胺抑制剂优选

优选4种有机胺类抑制剂，选取辽河油田某泥岩层岩屑（6~10目），通过岩屑滚动回收试验评价其对泥岩的抑制能力。试验数据见表2。

表2 抑制剂筛选

实验结果表明，优选的4种有机胺抑制剂对泥岩岩屑有较强的抑制作用，二次滚动回收率超过70%，其中3号抑制剂效果最好，一次、二次回收率最高。

又结合目前现场用的钻井液药品特点，筛选环境友好型的功能处理剂，综合大量实验结果得出小井眼钻井液配方为：10% KCl＋0.2％ 烧碱＋0.4% XCD＋0.1~1% PAC-LV+0.1~0.3% YZ-3+2~3% YJW-1+9％ 超细碳酸钙＋石灰石+润滑剂+0.2% 消泡剂。

3 钻井液体系性能评价

针对研究形成的环保型无土相钻井液体系配方，对其进行抗温、抑制性评价。

3.1 抗温性能评价

配制密度为1.4 g·cm-3的样品，用6速旋转黏度计设备评价该体系在80、100、120、150 ℃下钻井液性能，见表3。

表3 抗温稳定性能评价

在120 ℃之内体系性能基本保持不变；150 ℃老化后，体系黏度、切力仅仅小幅度下降，表明钻井液抗温能力好。其动塑比大于0.5，表明该体系的携岩能力强，可以满足小井眼钻井小排量下的携岩要求。

3.2 抑制性能评价

采用泥页岩滚动试验评价体系抑制性能。此法可用来评价泥页岩的分散特性，研究钻井液抑制地层分散能力的强弱。取辽河油田某地层易分散的泥岩，在150 ℃下滚动16 h，测试其(40目)的回收率，回收率越高，说明钻井液体系抑制性越强。实验结果见图1，图2。

实验结果表明，新型无土相环保钻井液岩屑回收率达到92.15%，回收的岩屑棱角分明。这是因为K+能镶嵌到蒙脱石晶格内部，起到稳定作用；同时加入有机胺后，质子化的有机铵根离子可以进入到黏土层片抑制黏土渗透水化，协同作用保证钻井液对泥岩具有很强的抑制能力。

图1 岩屑滚动回收率

图2 岩屑回收样品

4 结束语

1）根据小井眼侧钻井技术工艺特点，分析了辽河小井眼钻井液的技术难点，提出无土相、KCl基液提密度和碳酸钙级配封堵的研究思路，研制了一套无土相KCl环保型钻井液体系。

2）研制的新型无土相环保钻井液体系具有抗150 ℃、强抑制性、抗污染能力强的特点；具有特殊的流变性能，动塑比＞0.5，各项性能可以满足小井眼钻井需求。

3）在无土相钻井液中，KCl不仅作为黏土稳定剂，也可以作为有效的流型调节剂用来调整体系的流变性能，效果优于小分子量聚合物降黏剂。

［1］周煜辉，赵凯民．小井眼钻井技术[J]．石油钻采工艺，1994，16（2）：16-24．

［2］李少池，周煜辉 ．小井眼环空水力学评述[J]．石油钻采工艺，1997，19（5）：27-31．

［3］潘丽娟，孔勇，牛晓，等．环保钻井液处理剂研究进展[J]．油田化学，2017，34（4）：734-738．

Research on a New Type of Soil-free Environment-friendly Drilling Fluid

（Petroleum Exploration and Development Institute of Liaohe Oilfield Company, Panjin Liaoning 124010, China）

In order to meet environmental protection requirements and solve the problems of poor wellbore stability and severe directional support pressure in the large mudstone section during the sidetracking process of Liaohe oilfield, domestic and foreign slim hole drilling fluid technology was investigated, and inorganic salt density regulator,organic amine inhibitors and low-fluorescence environmentally friendly lubricants were optimized to establish a new type of soil-free environmentally friendly drilling fluid system with strong inhibition. The indoor evaluation test showed that the plastic ratio of the system was greater than 0.5, and the rock-carrying capacity was strong; the rolling recovery rate at 150°C was greater than 92%, and the strong suppression effect was good. HTHP was less than 10mL, which met the requirements of temperature resistance, inhibition and rheology indexes of drilling fluid for sidetracking horizontal wells in Liaohe oilfield.

Slimhole sidetracking; Environmental protectiont; Strong inhibition

2020-11-18

彭会新（1967-），男，高级工程师，辽宁省盘锦市人，1990年毕业于江汉石油学院钻井工程专业，研究方向：钻井工程。

TE254

A

1004-0935（2021）01-0116-03