吳海濤　張思頓　范俊強　劉宇　尹虎

摘要：針對東方氣田快速鉆井過程中出現(xiàn)的大量泥球?qū)е缕鹣裸@不暢、井眼憋漏、卡鉆等復(fù)雜情況，室內(nèi)進行了大量實驗研制開發(fā)出抑制鉆屑相互粘結(jié)的粘土防粘劑HCBI，通過泥球生成模擬實驗以及對粘土防粘劑HCBI的性能評價，主要包括流變性能、濾失性能、潤滑性能、抑制性能、儲層保護性能和抑制泥球形成性能進行了系統(tǒng)的評價，實驗結(jié)果表明：鉆井液體系中加入3%粘土防粘劑HCBI，體系的粘滯系數(shù)從0.1406降低到0.0437，熱滾回收率高達89.4%，滲透率恢復(fù)值>80%，露頭巖樣和現(xiàn)場鉆屑模擬實驗均無泥球生成。

關(guān)鍵詞：防粘劑；鉆井液；泥球；儲層保護

中圖分類號：TQ 254 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0460（2017）01-0017-04

在東方氣田的開發(fā)過程中，成功地實施了快速鉆井，取得了突破性的成功。但是，隨著快速鉆井技術(shù)的實施，也帶來了一些技術(shù)問題，例如在東方氣田的鉆井過程中，當鉆遇淺層大段質(zhì)純而軟的活性粘土層段時由于鉆速快，產(chǎn)生大量的鉆屑，井筒內(nèi)鉆屑濃度高，鉆屑顆粒之間容易發(fā)生相互碰撞繼而相互粘結(jié)，形成大量的泥球，特別是在大斜度井返速低的井眼段，形成泥球的情況更加嚴重，這將會造成環(huán)空間隙變窄，起下鉆不暢，嚴重時環(huán)空不通，憋漏井眼，卡死鉆具，給作業(yè)帶來嚴重損失。

通過控制鉆井液體系中的土含、聚合物加量，并提高鉆井液體系的抑制性能的確能夠有助于抑制泥球的形成，但當鉆屑濃度過大時，調(diào)整以上因素也不能完全抑制泥球的形成，所以，必須要研制出一種能夠改變鉆屑表面性質(zhì)，防止鉆屑顆粒發(fā)生相互粘結(jié)、形成泥球的粘土防粘劑，而且要求該處理劑不會給原來的鉆井液性能帶來不利的影響。因此，筆者從“改變鉆屑表面性質(zhì)”這一技術(shù)思路出發(fā)，室內(nèi)通過大量實驗研制開發(fā)出抑制鉆屑相互粘結(jié)的粘土防粘劑，并對其性能進行了系統(tǒng)的評價。

1 粘土防粘劑的篩選

通過大量的室內(nèi)合成和復(fù)配實驗，研制出四種粘土防粘劑A、B、C、D。分別對室內(nèi)研制的粘土防粘劑進行了評價，以便篩選出性能優(yōu)良的粘土防粘劑以抑制泥球的形成。

1.1 鉆井液的配置

選用以往實驗中易起泥球的鉆井液配方如下：5%土+0.3%PF-NPAN+0.3%PF-PAC（LV）+0.4%PF-PLUS+3%KCl+1%PF-GR A+1%PF-WLD+2%PF-JLX+3%粘土防粘劑

1.2 泥球生成模擬實驗

分別在上述測定流變性能的鉆井液中加入50%相同粒度級配（14～18目50%，20～40目25%，60～80目15%，150目以下10%）的露頭巖樣后，放入翻轉(zhuǎn)老化罐中，在模擬井下溫度的條件下熱滾2h，觀察實驗現(xiàn)象（圖1），實驗結(jié)果（表1）。

由以上實驗結(jié)果可以看出，在不加入粘土防粘劑的鉆井液中，會出現(xiàn)比較嚴重的泥球現(xiàn)象，而加入了一定量室內(nèi)篩選出的粘土防粘劑后都在一定程度上可以抑制泥球形成，但粘土防粘劑D（HCBI）效果優(yōu)于防粘劑A、B、C，加入3%的該防粘劑HCBI能夠在鉆屑含量非常高的情況下有效地抑制住泥球的形成。

這主要是由于在含有大量鉆屑的鉆井液中加入一定量的粘土防粘劑，可以有效地改變鉆屑的表面性質(zhì)，使得原來水潤濕的鉆屑變?yōu)橛蜐櫇?，從而改變了粘土表面結(jié)合水和帶電的狀況，抑制其相互之間發(fā)生粘結(jié)，形成泥球。

2 粘土防粘劑性能評價

在鉆井液體系中加入一定量的粘土防粘劑，可以抑制鉆屑之間相互粘結(jié)進而形成泥球，同時也希望該處理劑對鉆井液的工藝性能不要產(chǎn)生不利影響，室內(nèi)通過實驗考察該粘土防粘劑HCBI對東方1-1油田所使用的鉆井液體系其它性能的影響，鉆井液配方如下：

基漿：4%土+0.3%PF-NPAN+0.3%PF-PAC（LV）+0.3%PF-PLUS+3%KCl+1%PF-GRA+I%PF-WLD+2%PF-JLX

防泥球鉆井液：4%土+0.3%PF-NPAN+0.3%PF-PAC（LV）+0.3%PF-PLUS+3%KCl+1%PF-GRA+1%PF-WLD+2%PF-JLX+粘土防粘劑

2.1 流變性能、失水造壁性能及潤滑性能評價

分別測定原鉆井液體系以及加入不同量的粘土防粘劑后體系的流變性能、潤滑性能以及濾失量，具體實驗數(shù)據(jù)（表2）所示。

由實驗結(jié)果可以看出，在原鉆井液體系中加入不同量的粘土防粘劑HCBI，鉆井液體系的濾失量、表觀粘度變化較小，泥餅粘滯系數(shù)逐漸降低。由此可知，HCBI對原鉆井液體系的濾失量、流變性能影響較弱，而且在一定程度上能夠提高原鉆井液體系的潤滑性能，減小摩擦阻力，提高鉆速。

2.2 抑制性能評價

分別測定原鉆井液體系以及加入不同量的粘土防粘劑后體系的熱滾回收率。熱滾回收率的測定：分別取6～10目露頭巖樣50g加入到上述350mL鉆井液中，在80℃中熱滾16h后，將熱滾后的鉆井液過40目篩，并把不能通過40目篩的巖樣在105℃下烘干24h后，稱重，計算熱滾回收率，具體實驗數(shù)據(jù)如（表3）所示。

由實驗結(jié)果可以看出，隨著粘土防粘劑HCBI加量的增大，鉆井液體系的巖屑熱滾回收率變化不大并略有升高，這主要是因為該處理劑能夠改變鉆屑的表面性質(zhì)，使其從水潤濕轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐櫇?，在一定程度上可以抑制鉆屑的水化分散。所以，該處理劑對原鉆井液體系的抑制性能沒有不良影響。

2.3 儲層保護性能

為了考察粘土防粘劑HCBI對原鉆井液體系儲層保護性能的影響，室內(nèi)分別測定了加入該處理劑的鉆井液體系與原鉆井液體系的滲透率恢復(fù)值，實驗條件及結(jié)果（表4）所示。

室內(nèi)采用高溫高壓動失水儀模擬鉆井條件下進行動態(tài)污染實驗，其實驗步驟如下：（1）將洗油、干燥后的巖心抽真空12h以上，再將除去空氣的地層水注入容器中，繼續(xù)真空飽和6h以上；（2）將巖樣放入巖心夾持器中，施加一定的圍壓后，在一定流量條件下，正向測定巖心的煤油滲透率Ko；（3）在動態(tài)條件下，讓油基鉆井液反向污染巖心，模擬條件：壓差3.5MPa；溫度90℃；速梯200s^-1；污染時間120min；（4）在施加與巖樣污染前相同的圍壓條件下，用相同穩(wěn)定流量驅(qū)替，正向測定巖心損害后的煤油滲透率K_d，并計算其滲透率恢復(fù)值（K_d/K_o）：

由實驗結(jié)果可以看出，原鉆井液具有良好的儲層保護效果，其滲透率恢復(fù)值大于80%，加入了一定量的粘土防粘劑HCBI后，對鉆井液的儲層保護效果基本沒有影響。

2.4 抑制泥球形成的性能評價

（1）鉆井液的配置

①基漿配方：5%土+0.3%PF-NPAN+0.3%PF-PAC（LV）+0.4%PF-PLUS+3%KCl+1%PF-GRA+1%PF-WLD+2%PF-JLX

②抑制泥球形成的鉆井液配方：基漿+粘土防粘劑HCBI

（2）泥球生成模擬實驗

①露頭巖樣：分別在上述鉆井液中加入50%相同粒度級配（14～18目50%，20～40目25%，60～80目15%，150目以下10%）的露頭巖樣后，放入翻轉(zhuǎn)老化罐中，在模擬井下溫度的條件下熱滾2h，觀察實驗現(xiàn)象（圖2）。

此外，室內(nèi)進行了大量的重復(fù)實驗，在基漿中加入3%粘土防粘劑HCBI后進行泥球模擬實驗20次，均沒有泥球產(chǎn)生，由此可以看出粘土防粘劑HCBI能夠有效地防止泥球形成，抑制泥球生成概率小于5%。

②現(xiàn)場鉆屑：最后，選用現(xiàn)場取回的東方1-1油田易起泥球段巖屑進行了驗證實驗。分別在上述鉆井液中加入50%相同粒度級配（14～18目50%，20～40目25%，60～80目15%，150目以下10%）的現(xiàn)場鉆屑后，放入翻轉(zhuǎn)老化罐中，在模擬井下溫度的條件下熱滾2h，觀察實驗現(xiàn)象（圖3）。

由以上實驗結(jié)果可以看出，采用現(xiàn)場鉆屑進行粘土防粘劑HCBI的性能評價，與采用露頭巖樣進行的評價實驗結(jié)果基本一致，無論是露頭巖樣還是現(xiàn)場鉆屑，粘土防粘劑HCBI都表現(xiàn)出了較好的防止鉆屑顆粒相互粘結(jié)的性能，能夠有效地防止泥球的產(chǎn)生。

3 結(jié)論

在一定的鉆速范圍內(nèi)，對于某一鉆井液體系，應(yīng)通過實驗確定其粘土量限，將土含控制在粘土量限以內(nèi)?？刂沏@井液體系的低土含有助于抑制泥球形成。在滿足現(xiàn)場工程要求的前提下，控制鉆井液體系的粘度有助于抑制泥球的形成，提高鉆井液的抑制性能有助于抑制泥球的形成，但當鉆屑含量較大時，僅靠增加抑制性是不能防止泥球形成的。

（1）根據(jù)改變鉆屑表面性質(zhì)這一技術(shù)思路，研制的粘土防粘劑HCBI能夠有效地抑制泥球的產(chǎn)生，使得泥球的形成概率小于5%，而且該處理劑不會對鉆井液體系的其他性能帶來不利影響。

（2）粘土防粘劑HCBI在2～3%作用效果明顯，其具體加量可根據(jù)現(xiàn)場鉆速等條件來確定。

（3）為了有效地抑制泥球的形成，應(yīng)盡可能地控制鉆井液體系中鉆屑以及固相含量。應(yīng)將鉆速調(diào)整到合理的范圍內(nèi)，并加強固控，減少鉆井液中固相含量，避免鉆屑顆粒在鉆井液中循環(huán)形成泥球。