張文彬，王洪偉，王雪松

(中海油田服務股份有限公司油田化學事業(yè)部湛江作業(yè)公司，廣東湛江　524057)

BD區(qū)塊在1987年和1989年分別鉆過兩口勘探井，當時的鉆井液體系以簡單的KCl聚合物為主，在打鉆期間遇到了各種井下問題，包括鉆頭泥包、抽吸、環(huán)空憋壓、漏失、溢流等復雜情況，側鉆井眼三次，情況異常復雜，無法滿足開發(fā)要求。進入新世紀，隨著天然氣需求的增加，該氣田迎來了商業(yè)開發(fā)窗口，HCML公司決定啟動該氣田的開發(fā)計劃，首批四口水平井鉆井計劃。隨著石油勘探技術的發(fā)展，鉆井液工藝技術也迎來了高速發(fā)展[1-3]，新的高溫高壓鉆井液、高性能鉆井液、合成基鉆井液等可以有針對性地解決井下復雜情況。其中高性能鉆井液技術以其較強的抑制性和環(huán)保性得到廣泛的認可，并逐漸替換高污染的油基鉆井液作業(yè)[4]，為解決底層復雜的井提供了更好的解決方案。目前國內(nèi)的中海油羅健生等研究的HEM高性能鉆井液[5-6]，其密度不超過1.6 g/cm3，具有較強的抑制性和優(yōu)良的防泥包性能，一般使用在南海深水區(qū)塊，沒有在高溫高壓井的應用經(jīng)驗。本文以高密度[7](1.85 g/cm3)HEM高性能鉆井液為基礎，通過室內(nèi)評價對比和現(xiàn)場成功應用，系統(tǒng)研究高密度HEM 鉆井液與常規(guī)鉆井液相比的優(yōu)異之處，為高溫高壓區(qū)塊[8-11]繼續(xù)開發(fā)應用該鉆井液體系提供借鑒經(jīng)驗。

1　技術難點

2　高密度HEM體系的室內(nèi)研究

2.1　基本配方

通過系列室內(nèi)試驗最終確定，鉆井液流變性適中、可以滿足攜砂需求的高密度HEM鉆井液體系的基本配方如下：

海水+1.4 kg/m3純堿+5.7 kg/m3PF-PAC LV(聚陰離子纖維素)+14.25 kg/m3PF-FLO(土豆淀粉)+1.42 kg/m3PF-XC(提黏劑)+28.5 kg/m3KCl(氯化鉀)+2% PF-UHIB(聚胺抑制劑)+ 重晶石(加重到1.85 g/cm3)。

對應的鉆井液性能見表1(老化條件為120 ℃，16 h)：

表1　HEM鉆井液基礎配方老化前后性能Table 1　Drilling fluid properties of basic HEM formula before and after aging

2.2　抑制性評價

高性能HEM體系以聚胺作為抑制劑，在水溶液中游離出氨基陽離子，吸附在帶負電荷的黏土晶層間，壓縮雙電層，起到抑制泥巖膨脹水化、保持井壁穩(wěn)定的效果。其抑制性的強弱為體系的關鍵，通過試驗評價合適的聚胺加量，試驗基礎配方見表2，不同濃度聚胺配方的線性膨脹率變化如圖1所示。

表2　基本試驗配方表Table 2　Basic testing formula

圖1　不同濃度聚胺配方的線性膨脹率Fig.1　Liner welling fate of formulations with different polyamine concentrations

由圖1可以看出，體系中聚胺的濃度在2%時，線性膨脹率即已達到最小值，線性膨脹率約20%，遠優(yōu)于僅使用KCl作為抑制劑的58%膨脹率，可以大幅增強泥漿的抑制性；繼續(xù)提高聚胺濃度到3%，抑制性沒有明顯變化，最終確定現(xiàn)場以表2中配方3的2% PF-UHIB作為基準濃度。

2.3　防泥包特性評價[1-2]

現(xiàn)場作業(yè)中，鉆具泥包往往會影響巖屑在環(huán)空中的傳輸，降低機械鉆速，耽誤工期，因此對鉆井液體系的設計要求考慮鉆井液流體具有減少或避免鉆具泥包的特性，這就要求鉆井液可以改變鉆具和巖屑的界面張力，減少巖屑和鉆具之間的交接和吸附力，避免泥包的發(fā)生。HEM鉆井液體系由于使用了PF-HLUB的防泥包潤滑劑，有效改善了接觸介質的界面張力，現(xiàn)場應用具有良好的防泥包特性。室內(nèi)通過試驗模擬對比常規(guī)鉆井液和HEM鉆井液的防泥包性能如圖2所示。

圖2　防泥包能力試驗評價Fig.2　Anti balling performance evaluation

試驗中，將不銹鋼管放入泥漿中的老化罐中，并放入現(xiàn)場巖屑，在滾動老化期間，模擬現(xiàn)場鉆具在井壁與巖屑的擠壓和接觸，以黏附的鉆屑數(shù)量作為評判鉆井液防泥包性能的依據(jù)。

表3　防泥包試驗結果Table 3　Anti balling testing results

通過表3的試驗結果對比發(fā)現(xiàn)，添加防泥包潤滑劑的樣本，巖屑黏附在金屬棒上的很少；而沒有添加防泥包潤滑劑的試驗中，金屬棒上面黏附了大量鉆屑；在防泥包潤滑劑濃度達到2%時，模擬金屬棒上沒有任何巖屑黏附在上面，其泥包概率為常規(guī)鉆井液泥包概率的4%，具有良好的防泥包效果。

2.4　抗污染能力評價

該項目井采用批鉆模式，所有的HEM鉆井液都要回收重復利用，在這一過程中低密度固相含量必然逐漸累積；另外由于鉆井液本身密度較高，導致固相含量高，鉆井液的鉆屑容量降低，因此評價鉆井液體系抗鉆屑污染的能力尤為關鍵。試驗采用向鉆井液配方中加入71.25 kg/m3評價土，測量120 ℃熱滾老化16 h后的性能變化情況，判斷鉆井液體系的抗鉆屑污染能力分強弱，試驗結果見表4。

空白配方為HEM的基本配方，污染配方為空白配方+71.5 kg/m3評價土配方，測量性能為經(jīng)過120 ℃老化16 h，在120 ℃測量的性能。

通過評價土污染前后的流變性變化范圍可以控制在25%以內(nèi)(項目技術標書要求，經(jīng)驗值)，波動比較平緩，污染后的鉆井液性能仍然可以滿足作業(yè)要求，說明該鉆井液體系的模擬抗污染強度可以滿足現(xiàn)場作業(yè)要求。

表4　鉆井液污染前后鉆井液性能變化趨勢Table 4　Drilling fluid properties before and after contamination

3　高密度HEM鉆井液現(xiàn)場應用

3.1　現(xiàn)場鉆井液性能維護

基本配方：海水+1.4 kg/m3Soda Ash(純堿)+5.7 kg/m3PF-PAC LV(聚陰離子纖維素)+14.25 kg/m3PF-FLO(土豆淀粉)+1.4 kg/m3PF-XC(提黏劑)+42.75 kg/m3KCl(氯化鉀)+2% PF-UHIB(聚胺抑制劑)+2% PF-HLUB(防泥包潤滑劑)+Barite(重晶石，加重到1.85 g/cm3)。

3.2　現(xiàn)場工程概況

該高密度鉆井液在現(xiàn)場應用期間，振動篩返出巖屑清爽，無糊篩跡象，鉆具出井干凈，無任何泥包現(xiàn)象，打鉆期間振動篩返出的干燥的巖屑和出井鉆具如圖3和圖4所示。

表5　現(xiàn)場作業(yè)典型鉆井液性能Table 5　Typical drilling fluid properties at location

圖3　振動篩返出的干燥成型泥巖鉆屑Fig.3　The dry and shape cuttings from shaker

圖4　出井鉆具組合無任何泥包跡象Fig.4　The bit on surface without any balling indication

通過現(xiàn)場對鉆井液性能的檢測，HEM鉆井液在高密度條件下，鉆井液性能穩(wěn)定，鉆井液體系抑制性強，具有較強的防泥包、協(xié)助清潔井眼的優(yōu)點，作業(yè)中直接起下鉆通暢，無須倒劃眼起鉆，4口井均順利完鉆。

4　結論

(1)HEM鉆井液可以滿足BD項目的作業(yè)要求，在該項目成功應用，有效地避免了前期井出現(xiàn)過的井眼清潔、泥包、抽吸等井下復雜問題，保證井下作業(yè)安全。

(2)HEM鉆井液體系在高密度情況下同樣具有優(yōu)良的流變性，現(xiàn)場鉆井液性能維護簡單，易于攜砂，滿足良好的井眼清潔效果。

(3)HEM抑制性強，具有防泥包的優(yōu)點，可以提高機械鉆速，滿足快速鉆進需求。

(4)HEM高性能鉆井液抗污染能力強，現(xiàn)場回收處理可以重復使用，節(jié)省成本，減少排放污染。