大牛地气田镶嵌屏蔽钻井液技术

邓红琳，赵文彬，王锦昌，袁立鹤

(中石化华北分公司，河南 郑州 450006)



大牛地气田镶嵌屏蔽钻井液技术

邓红琳，赵文彬，王锦昌，袁立鹤

(中石化华北分公司，河南 郑州 450006)

大牛地气田开发区环保压力日益增加，应用成熟的钾铵基聚合物钻井液体系已无法满足钻井环保要求。镶嵌屏蔽钻井液体系包被颗粒呈网状凝胶态，通过瞬时高失水迅速在井壁建立刚性屏蔽膜，有效隔离钻井液对地层伤害，并显著提高封堵性，有效防止坍塌掉块；通过静电力和拖曳力，在钻屑表面发生多点吸附，形成隔离膜，抑制钻屑水化分散。现场应用表明，该钻井液体系可有效降低钻井过程地层漏失及井壁失稳的发生，可大幅减少现场固、液排放量，全程无废弃液落地，完井剩余液全部转下口井使用。实现了钻井过程的“零污染”，能满足钻井对环保的要求，具有广阔的应用前景。

大牛地气田；镶嵌屏蔽；钻井液；环境保护；固相排放

引 言

大牛地气田环保钻井液技术已远落后于钻井工程的发展，新颁布的环保法严格了钻井过程排放标准，传统的钻井液体系无法满足规范要求[1-2]。目前国内外已经进行了相关研究工作，但大多针对储层保护，未从环保角度衡量技术的可行性。通过实验镶嵌屏蔽钻井液体系，本着“降本减排”的原则，形成了适合大牛地气田特色的环保钻井液体系。

1 镶嵌屏蔽机理

传统屏蔽暂堵保护油气层技术是采用架桥填充原理实现暂堵作用，镶嵌屏蔽剂具有弹性及可变性特点，克服刚性颗粒因不能变形而适应性差的缺点[3-5]。镶嵌膜颗粒在井壁浅层(1～3 cm)形成刚性的镶嵌膜代替泥饼，发挥降低滤失、稳定井壁和保护储层的作用。镶嵌屏蔽技术不需特殊解堵，封堵在完井后生产压差(负压差)的作用下自动解除，油气层恢复原来的渗透率水平，油井产能不受影响[6-9]。根据华北分公司油气层特征及镶嵌封堵的要求，同时考虑封堵大孔隙(数量少但对渗透率贡献大)的需要，选择镶嵌屏蔽颗粒的粒径为10～30 μm。

2 室内实验

优选MDTX-A作为镶嵌屏蔽剂。实验用钻井液配方：3%MDTX-A+4%CaCO3+2%KCl。

2.1 井壁稳定性能测试

2.1.1 防渗漏性能实验

实验介质为饱和盐水，采用渗透率较大的人造岩心(Ф25 mm×80 mm)进行防渗漏测试(图1)。由图1可知，2块岩心的注入孔隙体积倍数均小于0.3，压力明显升高，即钻井液浸入岩心24 mm，完成了对孔隙镶嵌，注入量不再增加。表明钻井液的屏蔽性能良好，能够有效实现渗透承压。这是因为镶嵌颗粒进入井壁孔喉，可在井壁附近形成渗透率接近于零的屏蔽暂堵带，阻止钻井液及水泥浆中的固相和滤液继续侵入。

图1 防渗漏性能实验结果

2.1.2 抗冲刷实验

实验冲刷介质为清水，转速为600 r/min，压差为3.5 MPa，剪切速率为1.5 m/s，连续冲刷120 min。结果显示，镶嵌膜在冲刷120 min时滤失速度仍无明显变化，这是因为滤失过程中聚合物颗粒之间的水分逐渐失去，泥饼中的固相颗粒与聚合物交织缠绕在一起，提高了泥饼与地层的粘结强度。镶嵌膜钻井液具有良好的抗冲刷性能，能够有效解决因连续冲刷导致的弱胶结层段破坏的问题。

为进一步测试不同屏蔽剂加量对镶嵌膜钻井液抑制性影响，分别采用1%MDTX-A、2%MDTX-A的钻井液进行岩屑滚动回收率实验，对比清水回收率实验结果见表1。

表1 不同岩性岩屑回收率对比

由表 1可知，优选的镶嵌屏蔽剂MDTX-A对不同岩性均有较强抑制作用，随加量增大，岩屑回收率明显增加，当屏蔽剂加量达到2%时，对不同岩性平均回收率超过89.24%。这是由于该钻井液体系脱离对膨润土的依赖，能够保持脱离水化环境(高矿化度、低pH值)，强封堵、强抑制，有效防止坍塌掉块，有利于地层结构的稳定。

2.2 包被与携岩性能测试

镶嵌膜颗粒呈网状凝胶态，通过静电力和拖曳力，在钻屑表面发生多点吸附，形成隔离膜，使钻屑与自由水隔离，抑制钻屑水化分散。室内岩屑包被效果见图2。

由图2可知，镶嵌屏蔽钻井液可实现对钻屑完全包被，被钻头破碎的岩屑基本保持原始状态被钻井液携带到地面，再被地面固控设备有效清除，从而促进井壁泥页岩的稳定和钻屑的清除，使钻井液中有可能保持最低限度的固相含量和颗粒分散度，保持钻井液性能的稳定，传统的被动性调整钻井液变为主动处理。

图2 钻屑完整性效果

针对镶嵌屏蔽剂添加量不同，分别对钻屑的携带与悬浮性能进行测试(图3)。由图3可知，随镶嵌屏蔽剂MDTX-A加量增大，钻井液动、静切力增大，当钻井液体系中的添加量超过3%时，可满足携带与悬浮岩屑要求；通过调整屏蔽剂的添加量，可控制体系的动、静切力在适合正常钻进动切力(5～12 Pa)、静切力(2～5 Pa)范围内。该体系携带能力强、悬浮能力强、钻屑保持率和回收率高、固相含量低，有效抑制泥包和钻屑床，可有效提高机械钻速。

图3 MDTX-A加量对动、静切力的影响

2.3 储层伤害评价测试

将岩心用石油醚洗净烘干后，抽真空饱和地层水。采用反向用钻井液恒压污染，正向用空气恢复驱替方法[10]，进行储层伤害评价测试，结果见表2。

表2 屏蔽镶嵌钻井液配方岩心伤害评价结果

由表2可知，镶嵌屏蔽钻井液对大97井山2储层的岩心伤害渗透率恢复率为93.75%，对杭锦旗区块锦77井盒1储层的伤害恢复率为87.09%。总体恢复率较高，表明该体系对储层的损害程度较低，有良好的保护储层作用。“内刚外柔”的镶嵌屏蔽剂粒子通过挤压变形在不同孔喉表面均能形成镶嵌屏蔽带，不易进入孔道深处，通过压差作用即可解除屏蔽，实验验证了该钻井液对储层整体恢复率较高，有良好的保护储层作用。

3 现场应用

2014年大牛地气田大平探2、DPH-117等8口水平井现场应用效果良好，试验井平均钻井周期缩短8.05%，机械钻速提高12.37%，平均废弃固液相排放大幅减少，钻井过程中未发生地层漏失及井壁失稳等复杂情况。实钻轨迹光滑，全井平均井眼扩大率小于10%；失水造壁性强，形成的刚性镶嵌带能有效稳定井壁，泥饼薄且坚韧，提高地层承压能力，不易发生渗漏。试验井生产用水及排放量与常规井进行对比，结果见表3。

表3 试验井生产用水及排放量与常规井对比

由表3可知，大牛地气田应用镶嵌屏蔽钻井液体系有效地减少了废弃固、液相的排放，同时由于井筒内镶嵌屏蔽剂对钻头破碎的岩屑迅速包被，再通过地面固控设备对包被颗粒剥离，因此，产生的固相废弃物基本无液相，可简单处理后用于制砖铺路等。使用镶嵌屏蔽钻井液的DPH-117井钻井周期仅为37.00 d，比使用常规钾铵基钻井液DPH-118井(钻井周期为44.99 d)缩短了17.76%。

表4为J77P5H井液相排放与邻井对比情况。由表4可知，镶嵌钻井液体系可大幅减少现场固、液排放量，能够有效降低对环境污染。在东胜气田第1口二级井身结构水平井J77P5H井实现了钻井过程的“零排放”。

表4 J77P5H井液相排放与邻井对比

4 结 论

(1) 镶嵌膜颗粒呈网状凝胶态，通过瞬时高失水迅速在井壁建立刚性屏蔽膜，有效隔离钻井液对地层的伤害，并显著提高封堵性，有效防止坍塌掉块。

(2) 井筒内不产生虚泥饼和劣质泥饼。该体系储层渗透率恢复率达87.09%以上，现场固、液排放量大幅减少，实现了储层与环境的双重保护。

(3) 镶嵌屏蔽钻井液具有组成简单、维护方便、适应性广、可重复利用、综合成本低等优势，能够保持脱离水化的环境(高矿化度、低pH值等)，有利于地层结构的稳定，特别适用于敏感地层、深井和超深井、水平井段和页岩气的勘探开发。

[1] 韩应合，李俊波.废弃钻井液无害化处理技术及研究[J].特种油气藏，2005，12(2)：100-103.

[2] 王宝权，孙迎春，程强.月东稠油油藏钻采工程方案研究[J].特种油气藏，2002，9(3)：45-47.

[3] 吕开河，乔伟刚，赵修太，等.镶嵌屏蔽钻井液研究及应用[J].钻井液与完井液，2012， 29(1)：23-26.

[4] 王劲松，亢德峰，蓝强.双聚磺胺基聚醇钻井液在渤南低渗油田的应用[J].钻井液与完井液，2010，27(3)：51-54.

[5] 易金，林舸，陈广浩，等.注采对储层应力应变的扰动及套损的影响[J].大庆石油地质与开发，2012，31(5)：114-121.

[6] 王飞.钻井液屏蔽暂堵技术在陕北探区的应用试验[J].江汉石油学院学报，2003，25(2)：70-73.

[7] 刘爱军.新型屏蔽暂堵钻井完井液技术研究[J].济南大学学报：自然科学版，2003， 17(1)：83-86.

[8] 赵可英，郭少斌.临盘油田盘河构造西翼沙四段断层封堵样式[J]. 大庆石油地质与开发，2013，32(4)： 7-10.

[9] 董烈.预测封堵影响产量比例的新方法[J].大庆石油地质与开发，2013，32(5)：52-55.

[10] 王松，胡三清，等.水平井钻井液、完井液损害油气层的数学模型[J].特种油气藏， 2003，10(4)：65-67.

编辑 王 昱

20150227；改回日期：20150405

国家科技重大专项“大牛地低渗透气田特殊结构井钻完井及改造技术”(2011ZX05045)

邓红琳(1966-)，女，高级工程师，1988年毕业于江汉石油学院钻井工程专业，主要研究方向为钻完井工艺及钻井液技术研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.025

TE254

A

1006-6535(2015)03-0101-03