曹 輝， 王勇強(qiáng)， 董宏偉

(1低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)

秘魯西北部塔拉拉近海區(qū)域及鄰近的厄瓜多爾瓜亞基爾近海區(qū)域地質(zhì)地貌較為接近，油氣儲(chǔ)量豐富，目前開(kāi)發(fā)力度較大，但地層極不穩(wěn)定，井下事故頻發(fā)，據(jù)已完鉆井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)井下事故率高達(dá)14%，卡鉆事故時(shí)有發(fā)生。當(dāng)?shù)厥軣釒衬畾夂虻挠绊?，淡水缺乏?yán)重導(dǎo)致大量淡水輸送不能及時(shí)，造成等停非生產(chǎn)時(shí)間,嚴(yán)重影響鉆井時(shí)效。而且，該區(qū)塊位于世界四大漁場(chǎng)之一的秘魯漁場(chǎng)海域范圍，海洋生態(tài)環(huán)境極其敏感，當(dāng)?shù)丨h(huán)保組織對(duì)該海域環(huán)保監(jiān)控極其嚴(yán)厲，鉆井作業(yè)環(huán)保壓力十分巨大。因此，如果能以海水為連續(xù)相結(jié)合環(huán)保性能良好的化學(xué)組分，可有效提高井壁穩(wěn)定性、降低該區(qū)域淺海鉆井對(duì)淡水資源的依賴程度，同時(shí)滿足當(dāng)?shù)睾Ｑ筱@井環(huán)保要求。

目前，海洋鉆井關(guān)鍵鉆井液技術(shù)主要是低溫下鉆井液流變性控制技術(shù)[1-4]、海洋鉆井井壁穩(wěn)定技術(shù)[5-9]以及近海鉆井環(huán)保鉆井液技術(shù)[10-17]。本文擬通過(guò)優(yōu)選關(guān)鍵處理抗溫抗鹽降濾失劑CYJ-1為主劑，優(yōu)選其他環(huán)保添加劑，形成海水基環(huán)保型鉆完井液體系，解決該秘魯西北部塔拉拉斷陷盆地海洋淺水鉆井淡水資源短缺、井壁失穩(wěn)、低溫流變性差、鉆井環(huán)保壓力大等技術(shù)難題，為進(jìn)一步開(kāi)拓海外鉆井液技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)做好充分的技術(shù)儲(chǔ)備。

一、現(xiàn)場(chǎng)配制鉆井液用海水成分分析

秘魯TALARA海域近海鹽場(chǎng)分布廣泛，海鹽使用十分便捷，采用海鹽加重不僅能夠大大降低鉆井液成本，而且可以降低鉆井液中有害固相含量而保持良好的鉆井液性能。因此，采用當(dāng)?shù)睾｛}配制質(zhì)量比20%的飽和鹽海水作為鉆井液用基液。20%飽和鹽海水中Cl-含量為91 326 mg/L，總Ca2+、Mg2+含量(總硬度)為8 926 mg/L。高含量的Ca2+、Mg2+對(duì)鉆井液體系的處理劑，尤其抗溫抗鹽降失水劑提出了極高的要求，因此，抗溫抗鹽降失水劑的研選成為體系研發(fā)成功的關(guān)鍵。

二、海水基環(huán)保型鉆井液關(guān)鍵處理劑的優(yōu)選

1. 抗溫抗鹽降失水劑的優(yōu)選

室內(nèi)選取G333、CYJ-1和CYJ-2三種抗鹽抗高溫降濾失劑進(jìn)行熱滾實(shí)驗(yàn)，熱滾前后性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 降濾失劑熱滾前后性能對(duì)比(140℃×16h)

表1可知，在同樣加量的條件下，降濾失劑CYJ-1的降濾失效果最好，且可抗140℃高溫，因此選用CYJ-1作為體系的降濾失劑。

2. 潤(rùn)滑劑的優(yōu)選及加量選擇

選取潤(rùn)滑劑DRH、RSD-3、JN-300和G303四種潤(rùn)滑劑進(jìn)行優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，基漿配方：水+0.3%NaOH+6%膨潤(rùn)土+20%海鹽，水化24 h，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同潤(rùn)滑劑摩擦系數(shù)降低率

圖1可知，G303摩擦系數(shù)降低率最大，潤(rùn)滑效果最好，因此選3.0%為潤(rùn)滑劑G303的最佳加入量。

3. 提黏劑的優(yōu)選

選取幾種綠色環(huán)保型提黏劑，以“3%膨潤(rùn)土漿+ 20%海鹽”為基漿，進(jìn)行流變性評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 提黏劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果(140℃×16h)

表2可知，老化前后提黏效果最好的是XCD，其次是PAC-H，因此選用XCD和PAC-H復(fù)配作為體系的提黏劑。

三、海水基環(huán)保型鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)體系所用關(guān)鍵處理劑抗溫抗鹽降濾失劑的優(yōu)選和其他環(huán)保型處理劑的優(yōu)選，構(gòu)建海水基環(huán)保型鉆完井液體系，并對(duì)體系配方進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。

1. 體系環(huán)境指標(biāo)評(píng)價(jià)

使用哈希CODmax plus sc型分析儀，哈希BOD Trak II型分析儀以及DXY-3型生物毒性測(cè)試儀進(jìn)行體系的環(huán)保指標(biāo)評(píng)價(jià)，環(huán)保性評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)：SY/T 6788-2010《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護(hù)技術(shù)評(píng)價(jià)方法》，和SY/T 6787-2010《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護(hù)技術(shù)要求》。 評(píng)價(jià)結(jié)果表明，海水基環(huán)保型鉆完井液體系BOD5/CODCr為0.663，易降解，生物毒性EC50值為24 600 mg/L，無(wú)毒。

2. 體系抑制性評(píng)價(jià)

使用OFI 150-80-1-230V型高溫動(dòng)態(tài)線性頁(yè)巖膨脹儀進(jìn)行巖心膨脹率測(cè)試評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)表3。

表3 體系的抑制性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

由表3可知，8 h后巖心膨脹量降低率達(dá)到74.33%，16 h后達(dá)到67.73%，說(shuō)明體系抑制性強(qiáng)。

3. 體系加重實(shí)驗(yàn)

使用重晶石對(duì)海水基環(huán)保型鉆井液體系進(jìn)行加重能力評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 體系加重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4可知，體系的密度加重到1.70 g/cm3，體系流變性能良好。

4. 體系低溫流變性評(píng)價(jià)

以5℃和25℃的表觀黏度比值和動(dòng)切力比值來(lái)評(píng)價(jià)體系低溫流變性是否良好，使用美國(guó)Chandle公司7600型高溫高壓流變儀評(píng)價(jià)體系的低溫流變性，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 低溫流變數(shù)據(jù)

表5可知，隨著膨潤(rùn)土量和體系密度降低，5℃和25℃的表觀黏度比值和動(dòng)切力比值降低，因此，可以通過(guò)降低體系膨潤(rùn)土量和固相含量改善體系低溫下流變性。

5. 體系高溫流變性評(píng)價(jià)

使用美國(guó)Chandle公司7600型高溫高壓流變

儀進(jìn)行了體系的高溫流變性評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6可知，體系溫度達(dá)到150℃時(shí)，體系黏度突降，說(shuō)明體系最高抗溫140℃。

表6 高溫流變數(shù)據(jù)

四、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用

1. 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)概況

針對(duì)秘魯近海區(qū)塊海洋淺水鉆井井壁失穩(wěn)、淡水資源短缺、環(huán)保壓力大的問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)選關(guān)鍵處理抗溫抗鹽降濾失劑為主劑，構(gòu)建海水基環(huán)保型鉆井液體系，研究成果在Z-2B淺海區(qū)塊ONSHP-XX井和PN4-XX井進(jìn)行了2口現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)井，其中ONSHP-XX井順利鉆穿192 m褐色泥巖，PN4-XX鉆穿141 m褐色泥巖，低溫流變性良好，未發(fā)生井下復(fù)雜，均順利完成鉆井任務(wù)，2口試驗(yàn)井平均機(jī)械鉆速得到大幅提高，平均鉆井周期比其它井平均縮短5.88 d，電測(cè)均一次成功，取得了良好的應(yīng)用效果。

2. 應(yīng)用效果

2.1 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液無(wú)毒、易降解

現(xiàn)場(chǎng)取鉆井液進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)評(píng)價(jià)，2口試驗(yàn)井的鉆井液環(huán)境指標(biāo)見(jiàn)表7。

表7 體系現(xiàn)場(chǎng)取樣性能指標(biāo)

表7可知，兩口試驗(yàn)井所用海水基環(huán)保型鉆井液體系的BOD5/CODCr值分別為0.239、0.179，易降解，生物毒性EC50值分別為22 100 mg/L、24 200 mg/L，為無(wú)毒。

2.2 機(jī)械鉆速大幅提高

海水基環(huán)保型鉆井液體系在秘魯近海區(qū)塊進(jìn)行的2口試驗(yàn)井，試驗(yàn)井與非試驗(yàn)井的鉆井周期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)井與非試驗(yàn)井鉆井周期統(tǒng)計(jì)

圖2可知，通過(guò)機(jī)械鉆速對(duì)比分析，隨著鉆井液密度的降低和配方優(yōu)化，平均機(jī)械鉆速較原來(lái)大幅度提高，平均鉆井周期比其它井平均縮短5.88 d。

2.3 克服了電測(cè)遇阻的問(wèn)題

在秘魯SAVIA公司近海區(qū)塊使用新研制的海水基鉆井液在Z-2B淺海區(qū)塊ONSHP-XX井和PN4-XX井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2井次，2口試驗(yàn)井均提前完井，沒(méi)有任何井下復(fù)雜情況，電測(cè)一次成功，井徑擴(kuò)大率不超過(guò)9.0%，遠(yuǎn)小于當(dāng)?shù)仄渌痉?wù)井徑。

五、結(jié)論與建議

(1)研發(fā)的海水基環(huán)保型鉆完井液體系性能穩(wěn)定，抗140℃高溫，體系抑制性強(qiáng)，8 h后巖心膨脹量降低率達(dá)到74.33%，平均傷害率為11.83%，屬于低傷害范圍，體系BOD5/CODCr為0.663，易降解，生物毒性EC50值為24 600 mg/L，無(wú)毒，能夠滿足秘魯淺海區(qū)塊鉆井的環(huán)保要求。

(2)海水基環(huán)保型鉆完井液體系低溫流變性良好，體系密度1.5 g/cm3時(shí)，5℃和25℃的表觀黏度比1.37，動(dòng)切力比1.16，通過(guò)降低體系的固相含量和膨潤(rùn)土量，可以達(dá)到降低5℃和25℃的表觀黏度比值和動(dòng)切力比值，避免對(duì)井壁沖刷，提高鉆井液攜砂能力，凈化井眼效果明顯。

(3)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2口井，體系低溫流變性良好，電測(cè)均一次成功，2口試驗(yàn)井平均鉆井周期比非試驗(yàn)井平均縮短5.88 d，取得了良好的應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)效益。

(4)建議對(duì)鉆井液體系配方進(jìn)一步優(yōu)化，改善低溫下的流變性，進(jìn)一步對(duì)海水基環(huán)保型鉆完井液體系加以推廣應(yīng)用。