无固相有机盐钻井液技术

1、无固相有机盐钻井液技术李保山 毛立丰 张坤（大庆石油公司钻探集团钻井工程技术研究院，黑龙江大庆，163413）摘要 随着伊拉克AHDEB油田的开发，环境保护和保护油气层越来越受到重视，针对这一情况，研制了无固相有机盐钻井液。通过模拟井底条件开展了钻井液对油气层动态损害实验，当前使用聚磺钻井液动态损害后，岩心渗透率恢复值为55.78%，损害程度属中和弱。无固相有机盐钻井液体系动态损害后，渗透率恢复值为95.469%，损害程度为极弱。在伊拉克AHDEB油田应用具有广阔的前景。 关键词 无固相；有机盐；储层保护；环保。前言AHDEB油田已完钻68口井，自上而下揭示了第四系、第三系、白垩系的地层。白垩

2、系和第三系中下部以海相沉积为主，上第三系至第四系为海陆交互和陆相沉积。钻井揭示的地层岩性特征反映出AHDEB油田生、储、盖层较发育。白垩系的多孔生物碎屑灰岩为主要含油气储层。白垩系细粒、致密的灰岩既可作为烃源岩又可作为盖层，第三系的巨厚泥岩及膏岩可作为区域性的盖层。1 有机盐钻井液作用机理1.1 无固相有机盐钻井液作用机理分析1.1.1 保护储层机理分析 甲酸盐钻井液滤液的矿化度相对较高，降低了低渗储层敏感性矿物引起的水敏性损害，表面张力低，可以降低低渗储层的水锁损害，滤液中二价离子含量较少，与储层配伍性较好，降低了结垢引起的储层损害，有利于储层的保护。 甲酸盐的甲酸根与粘土端面的正电荷相吸，

3、在正电部位与水之间构成屏障，防止水化，稳定粘土，实现保护储层的目的； 甲酸盐钻井液具有固相含量低、密度低、动塑比高等特性，有利于提高机械钻速，缩短钻井周期，增强对储层的保护效果。1.1.2 抑制机理分析 作为清洁盐水配制的甲酸盐钻井液可以选择使用各类抗盐效果较好的强包被剂和强抑制剂实现体系的强抑制性，从而达到稳定井壁，提高井眼质量的目的； 甲酸盐和其它无机盐相同，在水溶液中电离为HCOO-和金属离子（K+、Na+等），甲酸盐钻井液除了具有K+、Na+的抑制效果外，HCOO-与粘土端面的正电荷相吸，在正电部位与水之间构成屏障，防止水化，稳定粘土。 甲酸盐溶液的高粘度，能够延缓泥页岩的水化速度，增

4、强钻井液的抑制性。2 无固相有机盐钻井液体系评价研究通过实验研究,确定无固相有机盐钻井液配方如下。清水+0.3-0.5%包被剂+ 0.2-0.4%增粘剂+ 2-3%成膜剂+ 2-3%防塌降滤失剂+ 0.3-0.5%降滤失剂+ 0.3-0.4%粘土抑制剂+ 0.2-0.3%流型调节剂+ 20-30%有机盐+2-3%润滑剂+ 5-8%超细碳酸钙。根据需要采用有机盐或碳酸钙作为加重剂。2.1 常规性能评价基本配方完成后，对配方的流变性进行了评价，该配方性能如下表2。表2 甲酸盐钻井液基本配方老化前后性能对比老化600/3006/3PVmPa·sYPPaYP/PVGel10/10PaAPIm

5、l回收率%前58/416/517120.72.5/3.52.496.8%后50/355/415100.672/2.52.6评价结果表明，该配方具有较合适的流变性，在粘度较低的情况下，具有较高的低转速粘度和较高的动塑比，可以满足AHDEB油田直井、定向井和水平井的施工需要。2.2 抑制性评价选用AHDEB油田AD2-8-4H井800900米段岩心,在120下滚动16 h,不同钻井液的抑制性能见表3。由表3可知,甲酸盐钻井液的回收率相对较高,保持岩屑原始尺寸强,岩屑不易分散,其抑制性要好于普通水基钻井液。表3 不同钻井液体系的抑制性钻井液不同孔径筛的回收率/2m0.9m0.45m0.18m清水3.

6、6512.625.430.6K2SO442.650.558.764.6普通水基48.257.166.975.5有机盐78.886.792.296.82.3 环境适应性评价采用家鼠作为实验对象，对甲酸盐的环境适应性进行评价，在Paroln推荐的试验中，所有甲酸盐都归入无毒或实际无毒。实验数据表明甲酸盐对环境污染极小，在环保方面具有极大的优势。表4 甲酸盐环境适应性评价盐类家鼠毒性LD50(mg/Kg)甲酸钠11200甲酸钾5500甲酸铯200-2000氯化钠4000氯化钾1500其中LD50为半数致死量。2.4 抗污染能力评价根据AHDEB油田现场实钻情况，模拟盐侵钙侵加量为：NaCl 10%，

7、CaCl22%，岩屑侵入量为10%，岩屑为伊拉克AHDEB油田AD2-8-4H井800-900米泥岩岩屑，测定钻井液的抗固相污染能力，然后在120的温度下老化16小时。实验结果见下表5表5 无固相有机盐钻井液抗污染能力实验老化600/3006/3PVmPa·sYPPaYP/PVGel10/10PaAPIml原浆前58/395/419100.532/2.52.4后59/405/41910.50.552/2.52.2盐钙侵前58/395/419100.532/2.52.4后57/385/4199.50.52/2.52.4岩屑侵前69/466/42311.50.52.5/32.4后68/4

8、66/522120.542.5/3.52.0 实验结果表明，研制的无固相有机盐钻井液抗污染能力强，能够满足AHDEB油田现场施工的要求。2.5 储层保护评价 储层损害潜在原因分析根据现场资料，AHDEB油田为碳酸盐岩储层，岩性以灰白、浅灰和棕色泥晶生屑砂屑灰岩、生屑泥晶灰岩、泥晶砂屑灰岩为主。粘土矿物类以伊利石、高岭石为主并含有少量绿泥石。外来流体侵入储层易引起粘土矿物水化分散，因此该储层存在一定程度的水敏和盐敏损害。储层岩石胶结性较差，颗粒主要为生物碎屑，分选性中等，孔隙平均值为0.06mm，填充物较少，属高孔低渗碳酸盐岩储层，物性较好，非均质性强。钻井液侵入该类储层会导致一定的水锁损害，其

9、中的固相颗粒侵入会引起固相堵塞损害油气层。AHDEB油田地层水含盐量较高，矿化度为5万18万mg/L，水型为CaCl2型。多数钻井液的PH值在8-12之间，大量的OH-与Ca2+结合生成难溶物，造成油气层的堵塞损害。 综合损害实验分析根据AHDEB油田地层温度81.86，地温梯度3.4/100m；地层压力31.65MPa，压力系数为1.14，钻井液密度1.231.28，模拟井下条件，对AD008井1-18-2岩心进行了储层综合损害评价实验研究。实验结果见表6表6 综合损害评价实验数据损害类型渗透率K /10-3m2损害率 %损害程度水锁1.6555.318弱水敏1.6132.538极弱模拟滤液

10、1.5344.898极弱滤液损害1.4495.541弱固相损害1.3089.731弱总体损害28.026弱注：模拟损害实验温度90 、压差3.5MPa 、循环剪切速率300S-1。根据以上评价实验结果，钻井液液相对储层的损害为18.295% ，其中水锁损害为5.318%，水敏损害为2.538%，滤液中所含离子与储层不配伍造成的损害为4.898%，滤液中大分子吸附形成的损害为5.541 ；钻井液固相损害为9.731；储层的钻井液综合损害为28.026%。因此，AHDEB油田储层损害方式主要是固相损害，其次是水锁损害和滤液损害。 无固相有机盐钻井液体系损害评价在钻开油气层的过程中，钻井液中的固相和

11、液相侵入油气层，易诱发油气层潜在损害因素，造成对油气层的损害。在现场浆模拟损害评价的基础上，针对甲酸盐钻井液开展了相应的钻井液模拟损害评价实验。实验选取AD008井1-20-2岩心，评价实验结果如表7。表7 甲酸盐钻井液动态损害评价结果岩心编号%Ka10-3m2Ko10-3m2K110-3m2VdmlRd%损害程度LcmS1-20-223.1105.9142.5602.4448.995.469极弱13.810.012注：为孔隙度，Ka为气测渗透率，Ko为原始油相渗透率，K1为动态损害后油相渗透率，Vd为动态滤失量，Rd为动态损害恢复值，L为侵入深度（按浸泡11.2天计算），S为表皮系数。根据实

12、验结果，1-20-2岩心被甲酸盐钻井液体系动态损害后，渗透率为2.444×10-3m2，渗透率恢复值分别为95.469%，表皮系数为0.012，损害程度为极弱。该岩心污染端被切除0.5cm后，渗透率为2.476×10-3m2，恢复值为96.733%，结合1-20-2岩心的物性参数及损害程度，说明该甲酸盐钻井液体系侵入岩心较浅，侵入深度小于0.5cm，封堵材料在岩心端面形成了较好的封堵效果，有效阻止了钻井液的进一步侵入，提高了渗透率恢复值，实现了保护储层的目的。3 结论3.1 无固相有机盐钻井液具有良好的流变性能，针对AHDEB油田地层特点，能够满足该区块钻井施工的需要。3.2 无固相有机盐钻井液体系无毒，环境适应性强，在环境保护方便面具有明显的优势。3.3 无固相有机盐钻井液体系能够提高渗透率恢复值，保护储层效果好。4 参考文献1泥浆工艺原理 黄汉仁 石