王亮

中國(guó)石油大慶鉆探工程公司鉆井三公司 （黑龍江 大慶 163413）

大慶“三低”油藏具有低壓、低滲、低豐度及黏土含量高的地質(zhì)特點(diǎn)。平均坍塌壓力系數(shù)在0.7左右，平均儲(chǔ)層壓力系數(shù)0.98左右，滲透率為(0.01～250)×10-3μm2，平均孔隙度為15%，平均黏土礦物含量為16%。低壓和低豐度使油藏精細(xì)評(píng)價(jià)難度加大，而且較低的地層壓力使鉆井液濾液和有害固相在壓差作用下更易進(jìn)入儲(chǔ)層，較低的滲透率和較高的膨脹性黏土礦物含量，使儲(chǔ)層易發(fā)生黏土膨脹、分散、運(yùn)移而產(chǎn)生水鎖、水敏損害[1-3]，且鉆井過(guò)程中易發(fā)生鉆井液漏失。為開發(fā)好“三低”油藏，常采用欠平衡鉆井方式鉆井，欠平衡油基鉆井液高成本、高污染；欠平衡霧化、泡沫鉆井液成本高，易發(fā)生井下復(fù)雜；欠平衡玻璃微珠鉆井液成本也居高不下，且玻璃微珠不易回收，而微泡沫鉆井液又存在發(fā)泡能力差、半衰期短等技術(shù)難題[1-3]。因此，以合成的兩種發(fā)泡劑為基礎(chǔ)，最終形成一套適合大慶“三低”油藏的新型微泡沫鉆井液技術(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

主要試劑：含胺基化合物（工業(yè)品）、去離子水、烷基酰胺（工業(yè)品）、氫氧化鈉（分析純）、表面活性劑等。

主要儀器：高溫高壓反應(yīng)釜、高溫滾子爐、六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、堵漏評(píng)價(jià)模擬裝置、量筒、秒表等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)原料及合成工藝

將一定的胺基化合物加入到微型高溫高壓反應(yīng)釜中，并添加去離子水稀釋至制定濃度。稱取一定量的含有長(zhǎng)鏈的烷基酰胺單體，與NaOH配制成1:1的混合溶液。緩慢將反應(yīng)釜溫度升高至50～60℃，在開動(dòng)攪拌槳的情況下，將混合溶液通過(guò)加料裝置緩慢加到反應(yīng)釜中。加料完畢后，繼續(xù)反應(yīng)2～3 h，即可得到乳白色的表面活性劑QF-1。通過(guò)改變單體濃度和反應(yīng)工藝可合成出表面活性劑QF-2。

1.2.2 發(fā)泡劑性能評(píng)價(jià)

在室內(nèi)采用半衰期法對(duì)合成的兩種發(fā)泡劑和其他種發(fā)泡劑進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：將0.25%的發(fā)泡劑加入到100 mL自來(lái)水中，在10 000 r/min條件下高速攪拌5 min，然后將攪拌杯中的泡沫液轉(zhuǎn)移到帶刻度的量筒中測(cè)量發(fā)泡體積、出液時(shí)間（第一滴液體析出時(shí)間）和半衰期（從泡沫液中分離出50 mL液體時(shí)間）。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)泡劑性能評(píng)價(jià)

依據(jù)1.2.2實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)合成的表面活性劑QF-1、QF-2進(jìn)行發(fā)泡性能評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可知，與其他種類發(fā)泡劑相比，合成的發(fā)泡劑QF-1和QF-2具有較強(qiáng)的發(fā)泡能力，出液時(shí)間較長(zhǎng)，且半衰期長(zhǎng)，因此選擇QF-1和QF-2作為該體系的發(fā)泡劑。

表1 不同發(fā)泡劑的發(fā)泡性能對(duì)比

綜合考慮發(fā)泡劑的發(fā)泡性能、成本等因素，將合成的QF-1和QF-2兩種發(fā)泡劑進(jìn)行復(fù)配使用，對(duì)發(fā)泡量和半衰期進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從表2可以得知，將兩種發(fā)泡劑按照各自50%的比例復(fù)配比較合理，所生成泡沫細(xì)密均勻，發(fā)泡體積、出液時(shí)間和半衰期均有增加，而且體系較穩(wěn)定，所以選擇發(fā)泡劑的復(fù)配比例：50%QF-1+50%QF-2。由于合成的兩種發(fā)泡劑含有的親水親油基團(tuán)數(shù)量平衡，首先具有較強(qiáng)的發(fā)泡能力；其次由于液膜具有一定的黏彈性和強(qiáng)度，這在形成泡沫承壓能力強(qiáng)，不易破裂；形成氣泡的粒徑范圍多在20～100 μm，形成的微泡沫外觀為圓形，由較厚的液膜包裹空氣內(nèi)核，氣泡均獨(dú)立懸浮在基液中，由于液膜厚度較大，所以穩(wěn)定性較好[4-6]。在地下鉆井過(guò)程中，形成的微泡沫具有更強(qiáng)的承壓能力和抗污染能力，不會(huì)因?yàn)榕菽屏讯黾影l(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑的加量。

表2 發(fā)泡劑復(fù)配性能數(shù)據(jù)表

2.2 微泡沫鉆井液體系研究與性能評(píng)價(jià)

2.2.1 穩(wěn)泡劑優(yōu)選

在室內(nèi)評(píng)價(jià)了生物聚合物XC、聚陰離子纖維素PAC-LV、羧甲基纖維素CMC和改性淀粉這幾種穩(wěn)泡劑的穩(wěn)泡能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表3可知，PAC-LV和XC具有較強(qiáng)的泡沫穩(wěn)定能力，同時(shí)與發(fā)泡劑具有較好的協(xié)同作用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)半衰期的控制，實(shí)現(xiàn)微泡沫鉆井工藝，所以選用PAC-LV和XC作為穩(wěn)泡劑。

表3 穩(wěn)泡劑穩(wěn)泡性能數(shù)據(jù)表

XC、PAC-LV同屬于增黏性穩(wěn)泡劑，XC能抗溫至80℃，PAC-LV能抗溫至160℃，為了獲得更好的穩(wěn)泡效果，所以將XC和PAC-LV進(jìn)行復(fù)配使用，復(fù)配后的發(fā)泡效果如表4所示。從表4可知，復(fù)配的穩(wěn)泡劑中70%XC和30%PAC-LV組合，穩(wěn)泡效果最好，泡沫均勻細(xì)小，其他復(fù)配組合穩(wěn)泡效果較差。這是因?yàn)閱我环€(wěn)泡劑在泡沫表面形成的水化膜厚度較低，容易破裂，將兩種穩(wěn)泡劑復(fù)配使用，能使泡沫在較高溫度環(huán)境條件下具有一定的厚度，提高高溫高壓條件下的穩(wěn)定性[7-10]。因此穩(wěn)泡劑復(fù)配比例70%XC+30%PAC-LV。

表4 穩(wěn)泡劑復(fù)配結(jié)果

2.2.2 微泡沫鉆井液配方

在優(yōu)選出兩種發(fā)泡劑和兩種穩(wěn)泡劑的基礎(chǔ)上，通過(guò)室內(nèi)配伍性研究和對(duì)配方優(yōu)化，形成微泡沫鉆井液配方如下：4%膨潤(rùn)土漿+0.2%～0.3%PAC-HV+0.1%～0.2%包被抑制劑+1.0%～1.5%降濾失劑+0.02%～0.04%QF-1+0.02%～0.04%QF-2+0.01%～0.03%XC+0.005%～0.01%PAC-LV。

2.2.3 微泡沫鉆井液性能評(píng)價(jià)

按照該配方在室內(nèi)配制了微泡沫鉆井液，對(duì)其泡沫穩(wěn)定性、抑制性、抗溫性和抗污染等相關(guān)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

2.2.3.1 常規(guī)性能評(píng)價(jià)

對(duì)微泡沫體系的常規(guī)性能的測(cè)量在一定程度上可以評(píng)價(jià)微泡沫鉆井液體系的宏觀性能，判斷體系的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5和表6。如表5所示，在測(cè)量體系密度時(shí)，同時(shí)在容器的上部、中部、下部3個(gè)位置進(jìn)行了泡沫密度測(cè)試，結(jié)果基本相同，說(shuō)明微泡沫體系是均勻體系，密度小于1 g/cm3，且隨著攪拌時(shí)間的增加，體系密度有小幅度降低。所測(cè)的4組數(shù)據(jù)中，半衰期時(shí)間都大于47 h，說(shuō)明微泡沫體系很穩(wěn)定。如表6所示，常溫下鉆井液的黏度和性能良好。

表5 微泡沫鉆井液常規(guī)發(fā)泡性能

表6 微泡沫鉆井液常溫下的性能

2.2.3.2 抑制性評(píng)價(jià)

選用大慶淺層泥頁(yè)巖巖屑，在80℃條件下進(jìn)行線型膨脹實(shí)驗(yàn)和滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)，對(duì)微泡沫鉆井液體系的抑制性進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該體系線型膨脹率為0.81%（清水膨脹率3.21%），滾動(dòng)回收率為93.26%（清水回收率為27.83%），說(shuō)明該體系在防止泥頁(yè)巖膨脹方面具有較好的效果。

2.2.3.3 抗污染性能評(píng)價(jià)

抗鹽、抗油和抗土侵能力直接決定著微泡沫鉆井液在鉆井過(guò)程中的性能，在室內(nèi)對(duì)其抗污染性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7和表8。由表7可知，鉆井液隨加鹽量的改變，性能無(wú)明顯變化，具有很強(qiáng)的抗鹽能力。由表8可知，微泡沫鉆井液在受劣土污染之后，各方面性能無(wú)明顯變化，說(shuō)明抗污染能力較強(qiáng)，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中地層情況變化對(duì)鉆井液的要求。

2.2.3.4 封堵性能

按照配方配制一份微泡沫鉆井液，評(píng)價(jià)其在80℃條件下對(duì)不同目數(shù)砂床的承壓封堵能力。評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)顯示，孔徑范圍在250～420 μm的砂床中微泡沫鉆井液承壓能力在12 MPa以上，因?yàn)槲⑴菘稍谏按部紫吨行纬梢粚优菽舛聦?，阻止鉆井液繼續(xù)漏失。在進(jìn)行孔徑范圍在250～420 μm的砂床封堵實(shí)驗(yàn)時(shí)，也能形成有效的封堵層，但承壓能力降低至8 MPa。說(shuō)明新型微泡沫鉆井液對(duì)不同裂縫尺寸的地層都具有較強(qiáng)的封堵防漏能力。

表7 微泡沫鉆井液抗鹽性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表8 微泡沫鉆井液抗劣土污染能力評(píng)價(jià)

2.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

研制的微泡沫鉆井液在大慶油田“三低”油藏區(qū)塊累計(jì)應(yīng)用多口井。其中一口水平采油井F172-平1井技套下深1 198 m，在三開水平段1 200～1 970 m（垂深1 020～1 120 m）采用新型微泡沫鉆井液進(jìn)行鉆井。在三開鉆井過(guò)程中鉆井液性能如表9所示。由表9可知，鉆井液密度在0.90～1.04 g/cm3，API失水在3 mL以內(nèi)，固相含量和含砂量較低。該井機(jī)械鉆速比鄰井提高114%，全井無(wú)復(fù)雜事故發(fā)生。

表9 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能數(shù)據(jù)表

3 結(jié)論

1）針對(duì)微泡沫鉆井液發(fā)泡劑的缺點(diǎn)，在室內(nèi)研發(fā)出適用于微泡沫鉆井液的兩種發(fā)泡劑，其發(fā)泡能力和半衰期均優(yōu)于同類產(chǎn)品，復(fù)配使用后效果更佳。

2）以合成的兩種發(fā)泡劑為主，通過(guò)優(yōu)選穩(wěn)泡劑，研發(fā)出一套新型微泡沫鉆井液，密度在0.9～1.02 g/cm3，滾動(dòng)回收率大于90%，能有效封堵孔徑范圍在250～420 μm的砂床，并能抗3%鹽侵和20%土侵。

3）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，微泡沫鉆井液具有良好的井壁穩(wěn)定能力和儲(chǔ)層保護(hù)效果。