低密度全油基钻井液体系研究

宋周成，段永贤，何思龙 张国，张宏强 （中石油塔里木油田分公司塔中勘探开发项目经理部，新疆 库尔勒 841000）

蒋卓，王荐，陈洪 （湖北汉科新技术研究所，湖北 荆州 434023）

舒福昌 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023）

向兴金 （长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100）

随着石油开采，国内外诸多的大油田都进入了后期开发阶段，一些低压低渗油藏相继投入开发。这些油藏的勘探开发难度大，对钻井液密度要求高。为了防止钻井液漏失以及保护油气层，经常需要钻井液的密度低于1.0g/cm3。低密度钻井液大致可分为4类［1］：①气体类钻井液，密度小于0.5g/cm3，需配备专用充气设备，投入大，抗地层出水、油侵能力差，而且对于太深的井，气液比太小，密度太低不能满足钻井要求；②微泡沫钻井液，密度0.5～0.95g/cm3，体系对压力敏感，受井深的限制，极限井深大约为3000m，同时泡沫、微泡影响电测和数据传输；③水包油钻井液，密度最低可至0.9g/cm3左右；④油基钻井液，密度可低至0.80～0.85g/cm3。相对比较，全油基钻井液具有抗高温、抗盐、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等优点，更适合于现阶段低压储层的勘探和开发［2～4］。

1 钻井液体系构建

低密度全油基钻井液体系主要由基液、有机土、润湿剂、有机土增效剂、增黏提切剂、降滤失剂、碱度控制剂组成；然后根据不同密度的需要，配备不同的密度减轻剂及加重剂。最低密度可以降低到0.8g/cm3。

1.1 基液的优选

室内研究通过对气制油、白油以及柴油等基液进行分析比较，最终选择全油基钻井液配制所用的基液，基液性能见表1。对比5种基液情况，从价格、应用环境及密度因素考虑，室内选择2＃柴油作为室内研究的全油基基液。

1.2 增黏剂的优选

全油基钻井液和油包水钻井液体系不同，由于全油基钻井液体系当中水的质量分数极少，因此全油基钻井液体系的黏度与切力更难以调控，因此需要对其增黏剂进行筛选。室内研究选取了多种合成聚合物作为增黏剂加入到全油基钻井液当中，并对其滚前和滚后的流变性能变化进行了评价。试验基本配方：2＃柴油＋2%CaO＋3%有机土＋2%增黏剂＋3%降滤失剂AOHJ－1＋1%乳化剂 （配方中百分数为质量分数，下同）。试验结果如表2所示，在所选择的聚合物中，ZN－5在热滚后具有较明显的增黏提切作用，其动切力和旋转黏度剂读数值均较大。因此，室内研究选用ZN－5作为全油基钻井液的增黏剂。

表1 不同基液性能评价

表2 不同增黏剂性能评价

1.3 降滤失剂的优选

降滤失剂在全油基钻井液体系当中主要起到形成亲油性胶体，参与形成致密滤饼、控制滤失量和增加全油基钻井液稳定性的作用。室内研究在全油基钻井液体系中分别加入沥青类降滤失剂AOHJ－1、合成树脂类降滤失剂AOHJ－2和改性树脂类降滤失剂AOHJ－3，以评价其降滤失效果。试验基本配方：2＃柴油＋2%CaO＋3%有机土＋2%增黏剂＋1%乳化剂＋降滤失剂。试验结果如表3所示，在全油基钻井液体系当中分别加入AOHJ－1、AOHJ－2、AOHJ－3单一降滤失剂，均能有效降低全油基钻井液体系的API滤失量和高温高压滤失量，其中AOHJ－2降滤失效果最佳，而AOHJ－3对体系流变性的影响最小。但是单一降滤失剂尚不能满足要求，而质量分数2%AOHJ－2降滤失剂和2%AOHJ－3降滤失剂复配使用，可使全油基钻井液体系的高温高压滤失量降低至6.6mL。

1.4 润湿剂的作用效果

在全油基钻井液体系当中，由于加重材料的存在以及防止水侵污全油基钻井液和防止水润湿的钻屑等固相侵污全油基钻井液，造成钻井液体系的流变性恶化，因此，在体系配方中需要加入一定量的润湿剂。试验基本配方：2＃柴油＋2%CaO＋3%有机土＋2%增黏剂＋1%乳化剂＋2%降滤失剂AOHJ－2＋2%降滤失剂AOHJ－3＋1%润湿剂。试验结果如表4所示，加入润湿剂后，体系具有很好的抗污染能力。

表3 不同降滤失剂性能评价

表4 不同污染条件下润湿剂的作用效果

1.5 稳定剂的作用效果

室内评价了体系加重条件下的钻井液性能，发现随着固相物质的加入钻井液滚后冷却过程中罐底有少量沉降，土污染后也同样存在少量沉降，分析原因主要是由于体系还存在一定的稳定性问题，为了解决钻井液滚后冷却过程中的沉降问题，室内通过大量试验筛选了稳定剂AOEST增强体系的稳定性，并在密度为1.1g/cm3钻井液中加入质量分数为3%稳定剂AOEST进行性能的评价。试验结果如表5所示，在全油基钻井液体系当中加入3%稳定剂AOEST后，整个体系非常稳定，热滚后冷却没有沉降现象，因此可以避免钻井液滚后出现沉降问题。

表5 稳定剂对钻井液性能影响

综上所述，最终低密度全油基钻井液体系配方：2＃柴油＋2%CaO＋3%有机土＋2%增黏剂＋1%乳化剂＋2%降滤失剂AOHJ－2＋2%降滤失剂AOHJ－3＋1%润湿剂＋3%稳定剂AOEST＋密度减轻剂/加重材料。

2 钻井液性能评价

2.1 不同密度条件下性能评价

针对低压地层以及其他不同地层情况，室内评价了不同密度条件下的钻井液性能。试验情况见表6。可以看出，全油基钻井液基础泥浆密度为0.87g/cm3，可以满足大多数的低压油气储层，并且通过密度减轻剂可以进一步降低钻井液密度，对其性能影响不大；也可以通过重晶石等加重材料提高钻井液密度，适应于一般地层。

表6 不同密度条件下性能评价

2.2 抗水侵能力评价

在钻井液体系里，加入不同质量分数的水，考察钻井液性能变化，结果见表7。可以看出，随着水侵入量的增大，钻井液的切力和黏度基本呈增大趋势，滤失量呈降低趋势；而破乳电压逐渐降低，且降低幅度较小，但当水侵入量为20%时，其破乳电压仍有1000V，说明该钻井液具有良好的抗水污染性能。

表7 抗水污染能力评价

2.3 抗钻屑污染能力评价

以现场易水化分散的泥页岩钻屑粉末为污染源，评价钻井液的抗土污染能力，结果见表8。可以看出，随着钻屑量的增大，钻井液的切力、黏度和滤失量基本呈增大趋势，但变化不大；而破乳电压逐渐降低，且降低幅度较小，当钻屑污染量达到20%时，其破乳电压仍有900V，说明该钻井液具有良好的抗钻屑污染能力。

2.4 钻井液抑制性能评价

室内研究考察了优选出的全油基钻井液体系的抑制性能，并和油包水钻井液体系的抑制性能进行了对比室内研究，岩屑采用露头岩样，钻井液体系的抑制能力评价结果见表9。可以看出，低密度全油基钻井液体系滚动回收率达到了98.6%。这说明低密度全油基钻井液体系有很好的页岩抑制性能，可以应用于各种敏感性强的地层，能够很好地稳定井壁。

表8 抗钻屑污染能力评价

2.5 渗透率恢复评价

选取塔中区块岩心测试水基和全油基钻井液渗透率恢复值，并分别用煤油和泥饼清除液清洗岩心端面，测试渗透率恢复值，试验结果见表10。可以看出，低密度全油基钻井液体系渗透率恢复值在静态和动态条件下，都可以达到90%以上，比其他钻井液体系拥有更好的储层保护能力，对储层基本无污染。

表9 钻井液体系的抑制性能对比

表10 钻井液渗透率恢复值试验数据及结果

3 结论

1）研制出一种低密度全油基钻井液，该钻井液体系具有很好的流变性，滤失量小，性能稳定 （破乳电压≥2000V），并且密度可调控，下限可以低至0.85g/cm3，可以满足大多数的低压油气藏的勘探和开发。

2）全油基钻井液体系具有抗污染能力好、抑制性强及储藏保护效果好的特点，可以应用于复杂敏感性地层，有利于提高机械钻速、井壁稳定性及储层保护。

［1］张高波，黄新成，史沛谦，等 .中国低密度欠平衡钻井液研究应用现状 ［J］.油田化学，2002，25（6）：74～76.

［2］舒福昌，岳前升，黄红玺，等 .新型无水全油基钻井液 ［J］.断块油气田，2008，15（3）：103～104.

［3］蓝强，李公让，张敬辉，等 .无黏土低密度全油基钻井完井液的研究 ［J］.钻井液与完井液，2010，27（2）：6～9.

［4］张振华，鄢捷年，樊世忠 .低密度钻井流体技术 ［M］.东营：石油大学出版社，2004.

［编辑］ 帅群