張坤 ，王磊磊，董殿彬，許紹營，馬紅，黃臣，張鵬，郭耀

（1.天津市復(fù)雜條件鉆井液企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300280；2.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司，天津 300451）

大港油田明化鎮(zhèn)組地層以砂泥巖互層為主，鉆屑易水化分散，造漿性極強(qiáng)，常規(guī)抑制性鉆井液現(xiàn)場性能維護(hù)困難，而且容易造成縮徑，給后續(xù)施工造成困難。目前大港油田使用較為廣泛的鉆井液體系以分散型鉆井液為主，包括聚合物鉆井液、硅基鉆井液，常規(guī)體系現(xiàn)場施工過程中膨潤土含量高，往往在120 g/L 以上，造成施工過程中機(jī)械鉆速下降，而且體系長時間靜置后，鉆井液切力高，造成開泵困難[1-3]。聚胺具有強(qiáng)抑制、環(huán)境友好等特點(diǎn)，以聚胺為核心主劑的高性能鉆井液在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，但常規(guī)聚胺存在淡水鉆井液起泡、高膨潤土含量鉆井液絮凝等缺點(diǎn)，在大港油田應(yīng)用受限。通過開發(fā)小分子多元聚胺抑制劑，有效抑制明化鎮(zhèn)等地層泥頁巖的高速水化分散，避免傳統(tǒng)聚胺抑制劑的副作用，實(shí)現(xiàn)抑制兼具降黏的功效，從源頭減少鉆井液排放，有利于實(shí)現(xiàn)快速鉆井[4-8]。

1 多元聚胺鉆井液核心處理劑

1.1 多元聚胺抑制劑的研制

以小分子多元聚胺、哌嗪乙酸作為主要原料合成了多元聚胺抑制劑BZ-YZJ。在8%的膨潤土基漿中對BZ-YZJ 與常規(guī)聚胺抑制劑進(jìn)行了對比評價，結(jié)果見表1。

表1 在基漿中加入1%不同聚胺抑制劑的性能對比

從表1 可知，在養(yǎng)護(hù)前基漿中加入幾種聚胺類處理劑后，均可抑制黏土水化分散；在養(yǎng)護(hù)后基漿中加入不同聚胺，常規(guī)聚胺加入后基漿無流變性，分析原因是該類聚胺為端胺基，可迅速吸附黏土表面，壓縮雙電層，破壞膠體結(jié)構(gòu)，造成體系破膠；多元聚胺加入后體系表觀黏度降低，這是因?yàn)槎嘣郯芬种苿┖? 種有機(jī)胺成分，其中哌嗪結(jié)構(gòu)有機(jī)胺可實(shí)現(xiàn)對膨潤土的快速吸附，抑制黏土礦物水化分散，而且由于哌嗪其中一個胺基被羧基取代，可以形成水化膜，減少黏土礦物之間結(jié)構(gòu)力，降低鉆井液黏度，另外一種小分子多元聚胺通過端胺基中和處理，不含端胺基，實(shí)現(xiàn)延遲作用目的，避免快速吸附，對鉆井過程中進(jìn)入的膨潤土造漿進(jìn)行有效抑制。

為進(jìn)一步評價抑制劑對黏土水化的抑制效果，采用法國Forlmulaction 公司的Turbiscan 近紅外穩(wěn)定性分析儀對加有抑制劑的膨潤土漿進(jìn)行沉降穩(wěn)定性測試。穩(wěn)定性參數(shù)（TSI值）越大，顯示膨潤土漿的沉降穩(wěn)定性越差，水化程度越低，抑制劑的抑制能力越強(qiáng)。從圖1 可以看出，BZ-YZJ 對膨潤土造漿具有良好的抑制效果，TSI值達(dá)到了5.8，而不加抑制劑的膨潤土則可迅速水化成穩(wěn)定的膠體，其TSI值僅有0.42。從圖2 透射光和背散射光譜圖也可以看出，不加抑制劑的膨潤土光譜圖呈穩(wěn)定直線，含有BZ-YZJ 的膨潤土漿迅速發(fā)生了分層和沉降，顯示了BZ-YZJ 具有良好的抑制造漿效果。

圖1 多元聚胺抑制性動態(tài)穩(wěn)定曲線圖

圖2 加入多元聚胺前后基漿的透射光和背散射光譜圖

1.2 包被劑的研選

采用丙烯基有機(jī)銨鹽為基礎(chǔ)原材料合成了包被劑BZ-BYJ-Ⅱ，BZ-BYJ-Ⅱ含有豐富的陽離子吸附基團(tuán)，吸附速度更快，參照SY/T 5233—2014《鉆井液用絮凝劑評價程序》，采用頁巖膨脹儀對包被劑的包被抑制效果進(jìn)行評價，結(jié)果如圖3 所示。結(jié)合圖3 數(shù)據(jù)，從絮凝速度和絮凝效果上排序，BZBYJ-Ⅱ＞KPAM，BZ-BYJ-Ⅱ作為包被劑可達(dá)到快速包被絮凝鉆屑、抑制黏土水化的效果，從而及時清除有害固相，減少有害固相累積。

圖3 包被劑抑制性評價結(jié)果

1.3 降黏劑的研制

大港油田明化鎮(zhèn)組地層造漿極為嚴(yán)重，鉆完明化鎮(zhèn)后鉆井液膨潤土含量往往會上升至120 g/L 以上，因此需要研選合適的降黏劑與BZ-YZJ 配合，共同調(diào)節(jié)體系流型，保障鉆井施工。通過采用兩性離子聚合物與硅基聚合物復(fù)配，形成了有機(jī)硅降黏劑BZ-GWJ，室內(nèi)采用現(xiàn)場井漿對BZ-GWJ 降黏效果進(jìn)行了評價，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。從表2 可以看出，與常規(guī)硅基降黏劑相比，BZ-GWJ 不僅僅能降低鉆井液表觀黏度，而且可有效降低鉆井液的初切和終切，老化前后降黏效果更穩(wěn)定，解決了鉆井液長時間靜置后終切高，開泵困難的難題。

表2 在現(xiàn)場井漿中加入降黏劑的降黏效果評價

2 多元聚胺鉆井液性能評價

通過室內(nèi)研究，結(jié)合地層結(jié)構(gòu)特殊性，確定多元聚胺鉆井液的典型配方如下。

400 mL 水+（3%～5%）膨潤土粉+（1%～1.5%）抑制劑聚胺BZ-YZJ+（0.2%～0.5%）包被劑丙烯酸鹽共聚物BZ-BYJ-Ⅱ+（1%～2%）降濾失劑聚烯烴磺酸鹽BZ-KLS-I+（1%～2%）液體降黏劑硅基聚合物BZ-GWJ+（2%～3%）防塌封堵劑聚醇硬脂酸共聚物BZ-YFT+（1%～3%）液體潤滑劑改性植物油BZ-RH-I+片堿+重晶石

2.1 不同密度鉆井掖的性能

大港油田常規(guī)淡水鉆井液體系設(shè)計(jì)密度在1.30～1.50 g/cm3，室內(nèi)對不同密度下鉆井液性能進(jìn)行了評價，流變性能均在50 ℃下測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。從表3 可以看出，多元聚胺鉆井液在密度為1.50 g/cm3情況下仍具有良好的流變性，尤其終切在老化后僅為2.5 Pa，有利于鉆井液長時間靜置后開泵，濾失量在12 mL 以下，滿足大港油田區(qū)塊鉆井施工。

表3 多元聚胺鉆井液不同密度性能評價

2.2 抗溫性能

如表4 所示，隨著老化溫度升高，鉆井液黏度略有下降，但未出現(xiàn)分層現(xiàn)象，鉆井液濾失量也呈上升趨勢，但150 ℃老化后，高溫高壓濾失量仍保持在15.0 mL 以下，滿足現(xiàn)場鉆井施工要求。

表4 多元聚胺鉆井液抗溫能力評價（ρ=1.40 g/cm3）

2.3 膨潤土容納極限

如表5 所示，隨著膨潤土含量增加，體系黏度呈上升趨勢，但在10%膨潤土加量時，多元聚胺鉆井液體系依然可以保持一定的流變性，體現(xiàn)了高的膨潤土容納度，可避免因膨潤土含量過高造成鉆井液流變性能惡化，減少鉆井液的排放。

表5 1.30 g/cm3 密度下鉆井液對膨潤土的容納度

2.4 封堵性能

將配好的鉆井液在120 ℃老化16 h 后，分別用400 mD 和10 D 的人造砂盤進(jìn)行滲透性封堵實(shí)驗(yàn)，測試溫度為120 ℃，壓差為1000 psi（47.88 kPa），測得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 多元聚胺鉆井液封堵性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4 結(jié)果顯示，多元聚胺鉆井液具有良好的封堵性能，對低滲（400 mD）和高滲（10 D）砂盤均能形成有效而快速地封堵，瞬時濾失量為0 mL，且具有較小的濾失量和恒定濾失速率，有利于井壁穩(wěn)定和保護(hù)儲層。

2.5 鉆井液環(huán)保性能

如表6 所示，多元聚胺鉆井液體系重金屬含量均達(dá)標(biāo)且接近檢測下限；生物毒性均大于20 000 mg/L，為無毒且易降解。

表6 SY/T 6787—2010 多元聚胺鉆井液檢測結(jié)果

3 現(xiàn)場應(yīng)用

港3-52-1 井是位于港東油田二區(qū)五斷塊一口生產(chǎn)井，井型為定向井，完鉆井深為1997 m。該井施工難點(diǎn)主要是鉆遇明化鎮(zhèn)泥巖，地層造漿嚴(yán)重，目的層在明四油組，鄰井注水井多，壓力不穩(wěn)，施工中需注意防油氣侵、噴漏。該井設(shè)計(jì)最高密度為1.18 g/cm3，實(shí)際完井密度為1.20 g/cm3。

如表7 所示，在整個鉆進(jìn)過程中，鉆井液均體現(xiàn)了良好的流變性和濾失量，保證了快速鉆進(jìn)和施工安全，體現(xiàn)了鉆井液流變性良好、易維護(hù)、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，切力一直維持在較低水平，也保障了現(xiàn)場開泵順利。與鄰井鉆井液相比，密度相當(dāng)情況下，多元聚胺鉆井液的黏度更低，終切、膨潤土含量也明顯低于鄰井，具有良好的綜合性能。

該井為整拖鉆井的第4 口井，與前面3 口井相比，如表8 所示，其在井深更深、井斜更大和井底位移更長的情況下，依然保持了最快的機(jī)械鉆速，保障了施工安全。該井二開井段最大井徑為418.88 mm/（1937.4 m）；最小井徑為215.9 mm/（1854 m）；平均井徑為234.5 mm，平均井徑擴(kuò)大率為8.62%，鉆井液具有良好的抑制性。

表7 現(xiàn)場鉆井液性能

表8 應(yīng)用井港3-52-1 井與鄰井概況對比

4 結(jié)論

1.根據(jù)大港特殊地層研制了新型抑制劑、降黏劑，形成了多元聚胺鉆井液體系，該體系具有強(qiáng)抑制、自清潔、高膨潤土含量容納度、自降黏、流變性優(yōu)等諸多優(yōu)良性能。該體系適應(yīng)大港易造漿、易垮塌地層，重復(fù)利用率高，排放量少，可降低不落地處理費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)鉆井掖全井一體化，減少轉(zhuǎn)型排放。

3.多元聚胺鉆井液在大港油田進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，應(yīng)用井機(jī)械鉆速較鄰井提高7%以上，提速效果好。