儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液體系

儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液體系目前國(guó)內(nèi)外正在研究與應(yīng)用的保護(hù)油層鉆井/完井液體系主要有無(wú)侵入、正電膠、硅酸鹽、甲基葡萄糖酐、甲酸鹽、全油基、合成基鉆井/完井液體系。（1）無(wú)侵入鉆井完井液體系及處理劑這是目前國(guó)外開(kāi)發(fā)的一種新型鉆井完井液體系，無(wú)侵入的意思是無(wú)液相與固相侵入損害。該鉆井完井液具有超低固相質(zhì)量濃度（低于28.4g/L）,利用表面化學(xué)原理，使鉆井液在地層表面產(chǎn)生一種可以密封地層的非滲透性薄膜。國(guó)外該鉆井完井液體系的主要處理劑包括增粘劑DWC2000TM、降濾失劑FLC2000和潤(rùn)滑劑KFA2000。國(guó)內(nèi)目前相類(lèi)似的處理劑有系列產(chǎn)品BST及超低滲透的處理劑。據(jù)SPE文獻(xiàn)報(bào)道，無(wú)滲透鉆井完井液技術(shù)的核心是一種聚合物油溶或水溶，它具有極其廣泛的HLB值，能有效封堵儲(chǔ)層。當(dāng)加入水基液中時(shí)，該聚合物形成可變形的聚集體或膜在溶液中是分子成組式的，形成球狀、棒狀和片狀，在井眼內(nèi)液體的壓力下，這些膜迅速地封閉地層喉道，從而大大限制了流體的侵入，壓力繼續(xù)增大時(shí)，由于這些成層的膜是可以變形的，從而更好地封閉地層孔隙喉道，進(jìn)一步降低了滲透率，其機(jī)理如圖1-3所示。圖1-3無(wú)滲透鉆/完井液封堵機(jī)理（2）正電膠MMH鉆井完井液混合金屬層狀氫氧化物鉆井完井液又稱(chēng)為正電膠鉆井完井液。MMH是其主處理劑，帶正電荷，MMH同時(shí)具有鋁二八面體和鋁三八面體，其正電荷主要來(lái)源于氫氧三八面體中未平衡的正電荷。該體系的主要優(yōu)點(diǎn)是具有很強(qiáng)的攜巖能力和抑制性（是KCL的10倍）；具有獨(dú)特的流變性，有利于井壁穩(wěn)定，有良好的抗溫及抗污染能力，對(duì)儲(chǔ)層有保護(hù)作用。目前這種鉆井完井液體系已成為鉆各類(lèi)水平井、大位移井的重要手段。通過(guò)大量研究工作，正電膠鉆井完井液保護(hù)儲(chǔ)層機(jī)理為“中和”粘土表面負(fù)電荷，抑制粘土水化膨脹防止儲(chǔ)層的堿敏性，防止儲(chǔ)層微粒運(yùn)移減少亞微米級(jí)顆粒進(jìn)入儲(chǔ)層。從發(fā)展方向來(lái)看，無(wú)機(jī)正電膠或有機(jī)正電從發(fā)展方向來(lái)看，無(wú)機(jī)正電膠或有機(jī)正電膠體系與雙聚鉆井液體系，例如聚合醇配合應(yīng)用很有前途。從用途來(lái)看，鉆開(kāi)油層前與陽(yáng)離子鉆井完井液配合或完全按正電膠體系配方配制都可以，高、中、低滲透率儲(chǔ)層均適用，用淡水及鹽水海水配制均可得到性能良好的鉆井完井液，用作鉆井完井液、壓井液、修井液均可。正電膠鉆井完井液已在我國(guó)大部分油氣田淺井、深井、超深井、直井、斜井、大位移井、水平井各種類(lèi)型幾千口井的鉆井完井中使用，成本不高，且有良好的效果。（3）硅酸鹽鉆井完井液硅酸鹽鉆井完井液能夠穩(wěn)定各種復(fù)雜地層，具有類(lèi)似于油基鉆井液的優(yōu)良抑制穩(wěn)定性能，但也須通過(guò)聚合醇和低價(jià)無(wú)機(jī)鹽的復(fù)配等來(lái)強(qiáng)化其整體性能。普遍使用的硅酸鈉產(chǎn)品溶液模數(shù)為2:1,固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42%，密度為1.5g/cm3。典型的硅酸鹽鉆井完井液的pH值控制在11.8-12.3之間。硅酸鹽尺寸分布寬，通過(guò)吸附擴(kuò)散等途徑可堵塞井壁裂縫、孔洞，從而可抑制泥頁(yè)巖膨脹和分散。在pH值小于9時(shí)，硅酸根與孔隙水相遇立即變成硅酸鹽凝膠堵塞裂縫孔隙。硅酸鹽與粘土礦物表面有強(qiáng)烈的超分子化學(xué)吸附，可使粘土礦物顆粒膠結(jié)成牢固的整體。硅酸鹽與多數(shù)處理劑具有良好的配伍性，如PHP、SMP、XY-27等。近來(lái)，有關(guān)人員做了大量的保護(hù)油氣層試驗(yàn)，證實(shí)硅酸鹽鉆井完井液對(duì)巖心的損害主要發(fā)生在巖心的開(kāi)端處，對(duì)采油產(chǎn)量的影響可略而不計(jì)。（4） 聚合醇（PEM）鉆井完井液鉆井完井液體系是協(xié)調(diào)鉆井工程技術(shù)要求和環(huán)境保護(hù)之間矛盾的新型鉆井完井液。其優(yōu)點(diǎn)主要有具有良好的潤(rùn)滑性，可延長(zhǎng)鉆頭及馬達(dá)的使用壽命；摩阻系數(shù)小，有良好的抑制性和井壁穩(wěn)定性；保證井眼的穩(wěn)定和井下的安全具有無(wú)熒光的特點(diǎn)，熒光在五級(jí)以下，無(wú)油類(lèi)和重金屬鹽類(lèi)，可直接排放，有利于環(huán)保。PEM漿主要由水基潤(rùn)滑劑PF-JLX和防塌劑PF-WLD組成，其中PF-JLX分子量為500-2000。在濁點(diǎn)溫度以上時(shí)，PF-JLX中的JLX分子從水中分離，吸附在鉆具、套管、巖石和濾餅表面，增加其潤(rùn)滑性，還可以進(jìn)入泥頁(yè)巖裂縫地層，起到封堵作用。PF-WLD多元醇聚合物是類(lèi)硅酸鹽結(jié)構(gòu)的化學(xué)劑，具有很好的抑制性，有利于井壁穩(wěn)定。PEM鉆井完井液在塘沽、渤海灣、南海西部、新疆、勝利、江漢等陸上油田應(yīng)用。（5） 甲基葡萄糖苷（MEG）鉆井完井液MEG鉆井完井液體系具有強(qiáng)抑制泥頁(yè)巖水化性能，良好的潤(rùn)滑性能，潤(rùn)滑系數(shù)為0.06，環(huán)境可接受性好，無(wú)毒，具有生物降解性良好的穩(wěn)定性，抗溫性可達(dá)170-240°C，可有效保護(hù)油氣層，鉆速高，可用海水配制，濾失性、加重性良好，可配制密度為性能穩(wěn)定的鉆井完井液。鉆井完井液可由淡水、鹽水、海水或適當(dāng)水相（含NaCl、KC1和CaCl2）等，以MEG為主處理劑，再添加適量的降濾失劑，如改性淀粉、聚陰離子纖維素及流型調(diào)整劑等組成。MEG分子結(jié)構(gòu)上有4個(gè)親水的羥基，它可以吸附在井壁巖石和鉆屑上，如果液體中加量較大，則在井壁巖石和鉆屑上形成一層吸附膜，可將巖石和水隔開(kāi)。這一層吸附膜稱(chēng)作半滲透膜，可通過(guò)調(diào)節(jié)活度實(shí)現(xiàn)活度平衡鉆井，控制鉆井液與地層內(nèi)水的運(yùn)移，有效阻止泥頁(yè)巖水化膨脹，以保持井壁穩(wěn)定，另外MEG環(huán)狀分子上含有個(gè)氫氧根，可與水分子形成牢固的氫鍵結(jié)合。因此，MEG鉆井完井液的濾液進(jìn)入地層后有脫水作用。試驗(yàn)表明，其脫水作用比KCl鉆井完井液和甘油鉆井完井液高，可防止泥頁(yè)巖水化分散及微粒的產(chǎn)生，因而可以大大減少對(duì)油氣層的損害。MEG鉆井完井液具有低的表面張力，當(dāng)濾液進(jìn)入儲(chǔ)層后，返排出來(lái)比較容易，防止或減少水分滯留在油氣層，減少儲(chǔ)層滲透率的下降。（6）甲酸鹽鉆井液HCOONa和HCOOK飽和溶液的密度分別為1.34g/cH和1.60g/cm3，因而所配制的甲酸鹽鉆井液具有較寬的密度范圍。如需更高密度，還可使用甲酸銫（HCOOCs）鉆井液，其最高密度可達(dá)2.3g/cm3。由于不需另添加膨潤(rùn)土和固體加重材料，因此非常適于配制成無(wú)固相或低固相鉆井液與完井液。顯而易見(jiàn)，該類(lèi)鉆井液與完井液不僅水力特性?xún)?yōu)良，環(huán)空壓耗小，有利于提高機(jī)械鉆速，而且對(duì)儲(chǔ)層具有很好的保護(hù)作用。甲酸鹽與常用的聚合物處理劑具有很好的配伍性，并能減緩多種粘度控制劑和降濾失劑在高溫高壓條件下的水解和氧化降解速度。因此，甲酸鹽鉆井液可抗高溫，并且性能穩(wěn)定。（7）全油基鉆井完井液油基鉆井完井液在防塌、防卡、防漏等方面能起到良好作用，可抗鹽層及粘土污染，耐溫200°C粘土膨脹保持井壁穩(wěn)定，適用于水平井、大位移井鉆井。目前油基鉆井完井液已發(fā)展到全油基鉆井完井液，其優(yōu)點(diǎn)為剪切稀釋性能良好，不形成乳狀液，乳化穩(wěn)定性好攜屑能力強(qiáng)，井眼清潔化學(xué)劑成本低，密度可保持在0.8g/cm3，可提高鉆速，有良好的潤(rùn)滑性，保護(hù)油氣層使用。全油基鉆井完井液在國(guó)外應(yīng)用較多，國(guó)內(nèi)應(yīng)用相對(duì)較少，吐哈油田陵井、新疆柯克亞柯井、新疆塔里木油田東河井均應(yīng)用了全油基鉆井完井液，取得良好效果。全油基鉆井完井液如果能夠多口井重復(fù)使用，即可減少由于其成本較高與勞動(dòng)條件較差所帶來(lái)的一系列問(wèn)題。（8）合成基鉆井液合成基鉆井液是以人工合成的有機(jī)化合物作為連續(xù)相，鹽水作為分散相，以及乳化劑、降濾失劑、流型改進(jìn)劑等組成的體系。與油基鉆井液相比較，其區(qū)別在于，將油基泥漿中的基油—柴油或礦物油替換成可生物降解又無(wú)毒性的改性植物油類(lèi)。最初提出的要求是：①合成有機(jī)物的物理性質(zhì)應(yīng)與礦物油的物理性質(zhì)相似；②其毒性必須很低；③無(wú)論在好氧或厭氧的條件下都是可以生物降解的。目前，在墨西哥灣和北海油田等地區(qū)，使用合成基鉆井液已非常普遍。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在世界范圍內(nèi)已有500多口井使用了合成基鉆井液。(9)可循環(huán)微泡鉆井液技術(shù)美國(guó)ActiSystems公司研制成一種在近平衡壓力鉆井中使用的微泡鉆井液。這種鉆井液在不注入空氣和天然氣的情況下可產(chǎn)生均勻氣泡，并把這種鉆井液叫“Aphron”鉆井