趙文，孫強(qiáng)，張恒

（中海油田服務(wù)股份有限公司，河北廊坊 065201）

塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷位于塔里木盆地北部，北與南天山斷裂褶皺帶以逆沖斷層相接，南為塔北隆起，東起陽(yáng)霞凹陷，西至烏什凹陷，是一個(gè)以中、新生代沉積為主的疊加型前陸盆地。塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷具有豐富的天然氣資源，近年來(lái)在克拉蘇斷裂下盤(pán)克深區(qū)帶發(fā)現(xiàn)了大北、克深等大型氣田。塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷大北—克拉蘇構(gòu)造帶存在區(qū)域性巨厚膏鹽巖蓋層[1]。大北12X 井位于庫(kù)車(chē)坳陷克拉蘇構(gòu)造帶大北段大北12 號(hào)構(gòu)造東高點(diǎn)。塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷大北—克拉蘇構(gòu)造帶存在大段膏鹽巖蓋層和砂礫巖儲(chǔ)集層[2]。本區(qū)塊庫(kù)姆格列木群膏鹽巖段普遍為高壓～超高壓，局部存在高壓鹽水層、漏層。鄰近勘探開(kāi)發(fā)作業(yè)曾在膏鹽巖發(fā)生鹽層縮徑卡鉆、鹽水溢流、漏失等復(fù)雜情況。為減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，大北12X 井四開(kāi)、五開(kāi)井段選擇使用抗高溫高密度油基鉆井液體系進(jìn)行勘探開(kāi)發(fā)作業(yè)[3-5]。

1 技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策

1.1 巨厚膏鹽巖層和高壓鹽水

大北—克拉蘇構(gòu)造帶存在區(qū)域性巨厚膏鹽巖蓋層[1]，易發(fā)生鹽膏層溶解，侵入井筒，造成鉆井液的污染現(xiàn)象。大段鹽膏層容易發(fā)生蠕變，造成縮徑卡鉆；存在高壓鹽水層，可能造成鉆井液鹽水污染、高壓鹽水溢流等井控風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)庫(kù)姆格列木群膏泥巖段巨厚膏鹽層和高壓鹽水層問(wèn)題，主要采取以下2 個(gè)方面的技術(shù)對(duì)策：①采用適當(dāng)?shù)你@井液密度以平衡膏鹽層和高壓鹽水層壓力；②強(qiáng)化體系的乳液穩(wěn)定性能，提高體系的抗鹽膏污染、抗鹽水污染能力，防止高壓鹽水混入鉆井液對(duì)體系的性能造成不利影響。

1.2 漏失風(fēng)險(xiǎn)

古近系庫(kù)姆格列木群地層受古環(huán)境和構(gòu)造影響，存在欠壓實(shí)泥巖段、白云巖裂縫發(fā)育巖層段，尤其是巴什基奇克組有較高的井漏風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，四開(kāi)井段安全密度窗口窄，壓力激動(dòng)會(huì)導(dǎo)致漏失。針對(duì)地層存在的漏失問(wèn)題，主要采取以下2 方面的技術(shù)對(duì)策：①使用抗高溫降濾失劑、承壓封堵材料，提高體系承壓封堵能力，封堵裂縫，維護(hù)井壁穩(wěn)定；②維持鉆井液低黏度、高切力的流變學(xué)特性，保持較低的循環(huán)當(dāng)量密度變化，減少壓力激動(dòng)，以滿(mǎn)足窄安全密度窗口的作業(yè)需求。

1.3 鉆屑及重晶石沉降

大北12X 井的四開(kāi)φ215.90 mm 井段長(zhǎng)2124 m，五開(kāi)φ149.2 mm 井段長(zhǎng)330 m，井眼小、裸眼段長(zhǎng)，環(huán)空間隙小，泵壓和排量受限，巖屑攜帶困難。地層壓力高，鉆井液密度達(dá)到2.43 g/cm3，體系中的重晶石等固相含量大，井底溫度高，易引發(fā)鉆屑和重晶石沉降。針對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)沉降問(wèn)題和長(zhǎng)時(shí)間電測(cè)過(guò)程中的靜態(tài)沉降問(wèn)題，主要采取以下3 個(gè)方面的技術(shù)對(duì)策：①選用性能優(yōu)的油基鉆井液潤(rùn)濕劑，提高體系的潤(rùn)濕穩(wěn)定能力，充分潤(rùn)濕鉆屑和重晶石等水潤(rùn)濕固相；②在高溫長(zhǎng)時(shí)間靜置條件下，體系維持較高的切力，旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)6 r/min 讀數(shù)在8～11 范圍內(nèi)，終切力在5～7 Pa 范圍內(nèi)，提高體系防沉降穩(wěn)定能力，以滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間電測(cè)過(guò)程中鉆屑和重晶石的懸浮穩(wěn)定需求。

2 處理劑優(yōu)選及性能評(píng)價(jià)

2.1 處理劑優(yōu)選

充分考慮塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷庫(kù)姆格列木群膏泥巖段的地質(zhì)特點(diǎn)和鄰井作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，大北12X 井在四開(kāi)、五開(kāi)井段采用優(yōu)化的抗高溫高密度油基鉆井液體系進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。實(shí)驗(yàn)室研選了抗高溫乳化劑、抗高溫潤(rùn)濕劑、降濾失劑等處理劑，構(gòu)建了適用于該井的抗高溫高密度油基鉆井液體系配方。

2.1.1 抗高溫乳化劑

對(duì)研選的不同種類(lèi)的抗高溫乳化劑產(chǎn)品進(jìn)行了熱重分析，以確定各乳化劑的抗溫穩(wěn)定性能，如圖1 所示[6]。

圖1 6 種油基鉆井液用乳化劑的熱重曲線(xiàn)

常用油基鉆井液用乳化劑主要包括高級(jí)脂肪酸皂、油酸、脂肪酸的胺類(lèi)衍生物等[6]，主要以線(xiàn)性表面活性劑為主，在溫度大于180 ℃時(shí)HLB 值變化大，吸附點(diǎn)少，在油水界面易于解吸附；高溫下基團(tuán)穩(wěn)定性差，易水解和分解。近年來(lái)，另一類(lèi)低聚型表面活性劑逐漸在高溫高壓油基鉆井液中得到應(yīng)用[6]。低聚型表面活性劑單個(gè)分子內(nèi)含多個(gè)親水親油基團(tuán)，使其在油水界面上的界面膜強(qiáng)度更高，乳化穩(wěn)定性更好。6 組熱重曲線(xiàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，低聚型表面活性劑3#MOEMUL 和4#EMUL XT 抗高溫乳化劑的熱分解溫度最高，分別達(dá)到348 ℃和329 ℃；其他4 種直線(xiàn)型表面活性劑乳化劑的抗溫能力明顯低于低聚型表面活性劑；6#乳化劑的熱分解溫度最低，為76.7 ℃左右，開(kāi)始可能為溶劑的分解溫度，后續(xù)的分解溫度為乳化劑在高溫200 ℃左右，如1#、2#、和5#乳化劑的熱分解溫度在200 ℃左右。

進(jìn)一步評(píng)價(jià)這6 種乳化劑的乳化效率。用6 種不同乳化劑配制的乳狀液在232 ℃滾動(dòng)16 h 后，冷卻至室溫，再高速攪拌20 min，倒入250 mL 量筒的最高刻度線(xiàn)處，靜置12 h 后的狀態(tài)見(jiàn)圖2。可以看出，低聚型表面活性劑3#MOEMUL 和4#EMUL XT 配制的乳狀液老化后仍然很穩(wěn)定，幾乎沒(méi)有油相析出；而其余的乳狀液很快就發(fā)生了油水分離或破乳。選擇低聚型表面活性劑3#MOEMUL作為抗高溫高密度油基鉆井液的乳化劑。

圖2 不同乳化劑乳液232 ℃老化16 h 后放置12 h 后的狀態(tài)

2.1.2 抗高溫潤(rùn)濕劑

目標(biāo)區(qū)塊的地層壓力高，平衡地層所需要的鉆井液密度達(dá)到了2.45 g/cm3，在鉆進(jìn)過(guò)程中，由于鉆屑的不斷混入，體系中的固相體積分?jǐn)?shù)將大于50%[7]。大量水潤(rùn)濕的固相顆粒進(jìn)入體系，將造成體系流變性難以控制、濾失量變大、破乳電壓下降、重晶石沉降等不利影響[8]。選擇在高溫高密度情況下將固相顆粒表面由水潤(rùn)濕轉(zhuǎn)化為油潤(rùn)濕的高性能潤(rùn)濕劑尤為重要。潤(rùn)濕劑是具有兩親結(jié)構(gòu)的表面活性劑，分子中親水的一端與固體表面有很強(qiáng)的結(jié)合力。潤(rùn)濕劑在固液界面上的定向吸附改善界面的潤(rùn)濕性。根據(jù)重晶石在不同潤(rùn)濕劑油溶液中的沉降程度評(píng)價(jià)潤(rùn)濕劑的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)能力。評(píng)價(jià)了6 種不同油基鉆井液潤(rùn)濕劑在3#白油中的潤(rùn)濕效率，結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3 可知，相同體積的重晶石顆粒在含不同潤(rùn)濕劑3#白油中的最終沉降高度相差很大，添加1#MOCOAT 和2#MOWET 之后，重晶石沉降穩(wěn)定性效果最好，放置18 h 之后，仍然能有效懸浮大部分的重晶石顆粒。而加入其他3#、4#、5#、6#潤(rùn)濕劑，在放置0.5～3.0 h 后即可觀(guān)察到上層析出的油相體積大于5 mL。隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，可以觀(guān)察到加入潤(rùn)濕劑的重晶石體系底部沉降層的部分與上層清液之間的界線(xiàn)變化比較緩慢。這是由于大顆粒沉降后，剩余的小顆粒親油性較強(qiáng)，沉降速率較慢，同時(shí)，大顆粒沉降后試管底部的黏度有所增大，也會(huì)阻礙小顆粒的沉降。選擇潤(rùn)濕劑1#MOCOAT 作為抗高溫高密度油基鉆井液的潤(rùn)濕劑。

圖3 油基鉆井液用不同潤(rùn)濕劑改性重晶石顆粒的宏觀(guān)沉降照片

2.1.3 抗高溫降濾失劑

國(guó)內(nèi)外油基鉆井液用降濾失劑主要為瀝青類(lèi)、腐植酸酰胺類(lèi)和高分子聚合物類(lèi)降濾失劑。瀝青類(lèi)降濾失劑在高溫油基鉆井液體系中發(fā)生形變，有助于提高泥餅質(zhì)量，能夠降低體系的濾失量。腐植酸酰胺類(lèi)降濾失劑通過(guò)腐植酸與有機(jī)胺反應(yīng)，增強(qiáng)了腐植酸的親油性，在油相中分散，起到較好的降濾失效果。高分子聚合物類(lèi)降濾失劑通過(guò)油溶性聚合物單體聚合而成，可在油基鉆井液中吸油膨脹形成聚合物微凝膠，和其他固相顆粒一起形成致密的濾餅，達(dá)到降濾失的作用[9-10]。分別選擇了此三類(lèi)降濾失劑，對(duì)其在抗高溫高密度油基鉆井液體系中的降濾失效果、對(duì)乳液穩(wěn)定性、流變性能的影響進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)。基本配方如下，并且加入2%Revdust模擬鉆屑，對(duì)比體系在150 ℃下，動(dòng)態(tài)老化16 h后的基本性能，如表1 所示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著降濾失劑的加入，油基鉆井液的流變參數(shù)和破乳電壓都有所增加，高溫高壓濾失量顯著降低，說(shuō)明這些親油膠體顆粒的加入有利于控制油基鉆井液的高溫高壓濾失量，但同時(shí)也會(huì)使得體系的黏度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有所增大；聚合物類(lèi)降濾失劑，降濾失效果最為明顯，但其對(duì)高密度鉆井液的流變性影響較大，而腐植酸酰胺類(lèi)降濾失劑，有較好的降濾失效果，同時(shí)對(duì)體系的流變性能影響最小。綜合考慮，選用腐植酸酰胺類(lèi)降濾失劑作為抗高溫高密度油基鉆井液的降濾失劑。

柴油+2%（m/V）乳化劑MOEMUL+1%潤(rùn)濕劑MOCOAT+2%抗高溫有機(jī)土MOGEL+2%石灰+5%鹽水（26%CaCl2水溶液）+3%抗高溫降濾失劑+重晶石（加重到2.4 g/cm3）

表1 不同類(lèi)型油基鉆井液降濾失劑對(duì)體系性能的影響

2.2 鉆井液配方及性能評(píng)價(jià)

以抗高溫乳化劑、抗高溫潤(rùn)濕劑為核心材料，結(jié)合有機(jī)土、腐植酸酰胺類(lèi)降濾失劑等處理劑，構(gòu)建了抗高溫高密度油基鉆井液，配方如下。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)考察了體系的熱穩(wěn)定性、承壓封堵能力、抗近飽和鹽水污染能力、抗石膏污染能力和長(zhǎng)時(shí)間靜置體系流變及沉降穩(wěn)定能力。

基液（柴油+26%CaCl2水溶液）+（2%～3%）乳化劑MOEMUL+（1%～2%）潤(rùn)濕劑MOCOAT+（1%～2%）抗高溫有機(jī)土MOGEL+（1%～2%）石灰MOALK+（5%～15%）鹽 水（26%CaCl2水溶液）+（1%～3%）抗高溫降濾失劑MOHFR+（5%～10%）承壓封堵劑MOSTRH+重晶石

2.2.1 抗高溫性能

由表2 可以看出，體系在動(dòng)態(tài)老化前后鉆井液性能變化不大，抗高溫高密度油基鉆井液體系具有良好的流變性能，乳液穩(wěn)定，高溫高壓濾失量小，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)高溫高壓作業(yè)要求[11-12]。

表2 抗高溫高密度油基鉆井液體系基本性能

2.2.2 承壓封堵性能

古近系庫(kù)姆格列木群地層受古環(huán)境和構(gòu)造影響，存在欠壓實(shí)泥巖段、白云巖裂縫發(fā)育巖層段，有較高的井漏風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)滲透性封堵儀對(duì)抗高溫高密度油基鉆井液的封堵能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，在150 ℃、3.5 MPa 和7.0 MPa 壓差條件下實(shí)驗(yàn)。由圖4 可以看出，含有3%的承壓封堵劑的抗高溫高密度油基鉆井液能夠形成致密的內(nèi)泥餅，明顯降低鉆井液漏失速率。

圖4 抗高溫高密度油基鉆井液承壓封堵性能

2.2.3 抗鹽水污染性能

由于庫(kù)姆格列木群膏鹽巖段預(yù)測(cè)含有高壓鹽水層，鹽水污染是該地層鉆井作業(yè)的主要污染源，因此實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了高濃度鹽水污染實(shí)驗(yàn)。以20%的氯化鈉鹽水作為模擬污染地層高壓鹽水。在抗高溫高密度油基鉆井液中加入一定量的氯化鈉鹽水后，在150 ℃下動(dòng)態(tài)老化16 h，測(cè)定油基鉆井液體系性能，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3 可以看出，隨著污染鹽水的增加，油基鉆井液的黏度逐漸上升，高溫高壓濾失量逐漸增大，體系破乳電壓逐漸降低。當(dāng)污染鹽水體積分?jǐn)?shù)小于40%時(shí)，體系的各項(xiàng)性能均比較穩(wěn)定，說(shuō)明該抗高溫高密度油基鉆井液具有良好的抗鹽水污染能力，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的高壓鹽水污染性能需求。

表3 抗高溫高密度油基鉆井液抗鹽水污染性能

2.2.4 抗石膏污染性能

由于庫(kù)姆格列木群膏鹽巖段預(yù)測(cè)含有鹽膏層，石膏污染是抗高溫高密度油基鉆井液體系的主要污染源之一。由表4 可以看出，加入不同比例的石膏后，該體系的流變性能、降濾失性能、破乳電壓性能均比較穩(wěn)定，表明該抗高溫高密度油基鉆井液體系具有良好的抗膏鹽污染能力。

表4 抗高溫高密度油基鉆井液體系抗石膏污染性能

2.2.5 體系沉降穩(wěn)定性能

由于高溫高壓深井在測(cè)試過(guò)程中，對(duì)油基鉆井液體系的沉降穩(wěn)定性有苛刻的要求，實(shí)驗(yàn)室模擬高溫長(zhǎng)時(shí)間靜置條件，在170 ℃下測(cè)試油基鉆井液體系靜置24、72、120、168、240、360 h 后的性能。由表5 可以看出，該高溫高密度鉆井液在170 ℃下，經(jīng)過(guò)靜置老化15 d 后，體系的流變性能和破乳電壓保持穩(wěn)定，體系的沉降因子為0.522，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件下的沉降穩(wěn)定性需求。

表5 抗高溫高密度油基鉆井液體系沉降穩(wěn)定性能

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

大北12X 井位于庫(kù)車(chē)坳陷克拉蘇構(gòu)造帶大北段大北12 號(hào)構(gòu)造東高點(diǎn)。庫(kù)姆格列木群膏泥巖段，地質(zhì)條件復(fù)雜，普遍為高壓～超高壓，局部存在高壓鹽水層、漏層。從鄰井作業(yè)情況來(lái)看，曾多次發(fā)生鹽層縮徑導(dǎo)致的卡鉆、高壓鹽水侵入井筒導(dǎo)致的溢流、循環(huán)當(dāng)量密度過(guò)高引起的易漏地層漏失失返等復(fù)雜情況，給該區(qū)塊的勘探開(kāi)發(fā)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。為減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，大北12X 井四開(kāi)φ215.90 mm 井段（3370～5494 m）和五開(kāi)φ149.2 mm 井段（5495～5825 m）使用研發(fā)的抗高溫高密度油基鉆井液體系進(jìn)行鉆井，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 抗高溫高密度油基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)性能

大北12X 井2018 年8 月25 日開(kāi)始四開(kāi)鉆進(jìn)，2019 年7 月13 日順利完鉆，完鉆井深為5825 m，完鉆層位為白堊系巴什基奇克組。電測(cè)井底溫度為114 ℃，最高應(yīng)用密度2.43 g/cm3。四開(kāi)井段，鉆井液密度為2.43 g/cm3，油基鉆井液保持了良好的鉆井液流態(tài)，較低的黏度和切力，未造成黏度、切力過(guò)高引起井漏等復(fù)雜情況。在五開(kāi)井段鉆進(jìn)期間發(fā)生漏失，采用隨鉆段塞堵漏和高承壓堵漏技術(shù)，堵漏成功。該井鉆遇鹽膏層厚達(dá)2135 m，油基鉆井液抗石膏污染能力強(qiáng)，體系性能沒(méi)有發(fā)生明顯波動(dòng)。電測(cè)數(shù)據(jù)顯示四開(kāi)、五開(kāi)井段井徑規(guī)則，沒(méi)有出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，作業(yè)過(guò)程中抗高溫高密度油基鉆井液性能穩(wěn)定。在38 d的試油過(guò)程中也沒(méi)有出現(xiàn)分層、重晶石沉降等問(wèn)題，下入生產(chǎn)管柱后，開(kāi)泵頂通泵壓只有2 MPa，優(yōu)于本區(qū)塊其他油基鉆井液的表現(xiàn)，滿(mǎn)足庫(kù)姆格列木群膏鹽巖段苛刻的勘探開(kāi)發(fā)需求。

4 結(jié)論與建議

1.室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，構(gòu)建的抗高溫高密度油基鉆井液具有良好的抗高溫穩(wěn)定性、抗膏鹽及鹽水污染能力、抗高溫長(zhǎng)時(shí)間靜置沉降穩(wěn)定能力。

2.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明，抗高溫高密度油基鉆井液能夠滿(mǎn)足塔里木油田庫(kù)車(chē)坳陷克拉蘇構(gòu)造帶高溫高壓超高壓鹽膏層作業(yè)需求。鉆井液流變性能穩(wěn)定，滿(mǎn)足作業(yè)過(guò)程中巖屑攜帶和長(zhǎng)時(shí)間電測(cè)過(guò)程中鉆屑和重晶石的懸浮需求。

3.在裂縫發(fā)育地層，抗高溫高密度油基鉆井液中引入隨鉆堵漏材料，提高地層承壓能力，有利于降低油基鉆井液在裂縫地層的漏失風(fēng)險(xiǎn)。