雷昕，楼岱莹，周明明

(中石油天然气管道局穿越公司，河北 廊坊 065001)

一种适用于低渗透水敏油层的钻井液室内研究

雷昕，楼岱莹，周明明

(中石油天然气管道局穿越公司，河北 廊坊 065001)

[摘要]以PO和1831季铵盐进行复配，形成的有机铵阳离子，对黏土具有水化分解的抑制能力。通过试验确定了PO和1831季铵盐的加量比例为1∶1，在基浆中的浓度为1%效果最好，优选表面活性剂为0.5%的MA，选定缓蚀剂为Na2SO3，最后确定钻井液配方为基浆+1%PO+1%1831季铵盐+0.5%甲酸钾+0.3%~0.5%LV-CMC+0.5%MA+0.05% Na2SO3。室内性能评价结果表明，该钻井液体系的流变性符合保护低渗透水敏油层的要求。

[关键词]钻井液；低渗透水敏油层；复配；有机阳离子；流变性

低渗透油田是一个相对的概念，没有一个统一固定的标准和界限，根据不同国家、不同时期的资源状况和技术条件而划定[1]。根据我国生产实践和理论研究，按照低渗透油层上限和下限的分类，把渗透率为0.1～50mD的储层通称为低渗透油层[2]。低渗透油田一般具有泥质胶合物含量高，含水饱和度、毛细管压力高，水敏性强以及孔喉细小、渗透率差、结构复杂、非匀质严重、油气流动阻力大等特点，在钻采过程中极易因外来流体侵入储层而产生水敏、水锁等各种损害，一旦储层受到损害，难以恢复[3]。

为解决该类问题，国内外报道大多采用加3%~5%KCl来抑制黏土水化分移，这样又会影响钻井液的性能。因为铵盐对水敏性黏土有一定的抑制作用[4]，所以笔者试图以复配有机铵阳离子与甲酸钾混用，在降低使用总量的情况下配置钻井液，并对钻井液的一些性能进行室内研究。

1钻井液体系的建立

1.1试验药品及仪器

1)试验药品PO(聚氧乙烯)，1831季铵盐，部分水解聚丙烯腈铵盐，甲酸钾，LV-CMC(低黏羧甲基纤维素)等。

2)仪器高速搅拌器，电热恒温箱，六速旋转黏度仪，API失水仪，水浴加热槽和高速离心机等。

1.2有机铵阳离子的复配

1)防膨率试验将PO与1831季铵盐以一定的比例置于烧瓶中80℃下回流2h后，配置成一定浓度的溶液，然后用人造黏土岩心进行膨胀试验，其结果见表1。

表1　不同比例复配后的页岩膨胀量

注：试验岩心是称取3g钠膨润土和石英砂混合物在2.0MPa下压制5min制得。

由试验结果可知，PO∶1831季铵盐的比例为1∶1时复配效果较好，防膨率最高，说明能有效抑制黏土的水化分解。

图1　加入不同的浓度复配液对滚动回收率的影响

2)复配有机铵阳离子对钻屑滚动回收率的影响 称取8~10目的江汉油田产层岩屑30g，用基液配制PO+1831季铵盐不同加量的溶液，测定岩屑在不同体系中80℃下滚动加热12h后，过40目筛子，称其筛面上剩余水洗烘干物的重量，计算回收率(R)，试验数据见图1。

由图1可知，清水对岩屑有些分散，复配液浓度越大，岩屑形状越好，颗粒越大。当复配液浓度达到1%时，抑制性能明显改善，继续加量无很大改善，由此可知复配液浓度1%最好。

1.3表面活性剂优选

表2　加不同浓度的表面活性剂后表面张力的测定

考虑到低渗透油层孔隙狭小，易产生毛细管作用而导致水锁，故加入微量的表面活性剂降低滤液的表面张力，降低水锁效应。在基础配方的确定后，分别用表面活性剂MA和AB，在钻井液滤液中加入不同量后，按照SY/5370-1999规定测试表面张力，结果见表2。由表2可知，MA降低表面张力的能力比AB强，而且加入MA能明显降低表面张力，且加入0.5%就能满足要求。

1.4缓蚀剂的优选

表3　不同类型缓蚀剂在盐水中的缓蚀效果

由于体系中引入了甲酸钾，可能对钻具及油管造成腐蚀，有必要进行防腐试验。选择Na2SO3、六偏磷酸钠、六次甲基胺、咪唑啉-6、HSJ这5种缓蚀剂，以10%甲酸钠作为腐蚀介质，将一定浓度的缓蚀剂溶液倒入老化罐中，然后放入固定的试验架(试验架上装有N80钢片)，采用挂片失重法，在60℃温度下，腐蚀12h以进行腐蚀效果评价。试验数据见表3。

从表3试验结果可以看出，Na2SO3加量为0.05%时腐蚀速率最低，因此推荐使用Na2SO3作为缓蚀剂。

1.5体系配方的确定

由上述试验结果，确定钻井液的基本配方为：基浆+1%(PO+11831季铵盐)+0.5%甲酸钾+0.3%~0.5%LV-CMC+0.5%MA+0.05% Na2SO3。

2钻井液体系室内评价

2.1防膨试验评价

取新疆乌尔禾井区41井的岩样P2W2和42井的岩样P2W3磨碎，在2.0MPa压力下，压5min制成岩心，测定其在清水和体系配方、基浆中的膨胀量，结果见表4和表5。从表4和表5中可以看出，该体系配方的防膨率相对基浆有明显的提高，说明该体系具有良好的防膨性能。

表4　41井防膨率测定结果

表5　42井防膨率测定结果

2.2降低表面张力试验评价

表6　降低表面张力试验结果

表7　页岩滚动回率收对比试验结果

按照SY/T 5370-1999规定测定表面张力，考察钻井液的表面张力降低效果，试验数据见表6。通过表6中试验结果表明，与清水和基浆相比，该体系可显著降低流体的表面张力，防止水锁效应造成油层的损害。

2.3页岩滚动回收试验

称取过6～8目筛子的乌42井产层岩屑50g，分别加入盛有350ml不同钻井液体系的高温老化罐中，放入滚子加热炉中，在一定温度(80℃)下滚动16h，取出后用40目筛回收岩屑，冲洗、烘干，称重，计算回收率。回收率的大小说明不同钻井液体系对产层黏土的稳定程度，试验数据见表7。从表7看出，保护油层钻井液系的回收率大于95%，而且从岩心形状看，在保护油气钻井液中滚动后的岩心块棱角分明，基本保持原状，说明该钻井液体系具有较强的抑制黏土分散的能力。

2.4耐腐蚀评价试验

表8　钢片在钻井液体系中的腐蚀速率

选用N80钢2种规格挂片，在60℃和90℃条件下，按照SY/T5405-1996[41]标准，腐蚀7d测定钢片腐蚀速度，试验结果见表8。试验数据表明，钻井液体系中的缓蚀剂抑制腐蚀的性能良好，可用于现场矿场的施工。

2.5岩心损害试验评价

为了控制钻井液对储层的水敏、水锁损害及其各种原因造成的作业时间长、洗井、作业时的压力激动等因素，需要保证钻井液体系对储层的渗透率损害尽量地低。因此模拟地层情况，进行岩心渗透率伤害试验，评价体系的油气层保护效果。

用中性煤油正向测定岩心渗透率K1；反向挤入钻井液2h，记录静滤失量；用中性煤油正向测定岩心渗透率K2。由表9和表10可以看出，该体系的岩心渗透回恢率可以达到87.5%，有良好的保护油气层储层的作用。

表9　配方钻井液的岩心动态损害试验结果

注：静损害压差为3.5MPa，时间为2h；岩心为人造岩心，

ΔK为渗透率恢复率；ΔK=(K2/K1)×100%。

表10　钻井液的储层保护效果

3结论

1) 在该钻井液体系中加入有机阳离子和甲酸钾，能够显著的提高防膨率和滚动回收率，说明其能非常有效的抑制水化。在钻井过程中有利于保证井壁稳定性，对油气层保护也有很好的效果。用甲酸钾替代KCl，可以减少加量，而且不会影响钻井液的稳定性。

2) 该钻井液体系中的MA相比其他表面活性剂可以更加有效的降低钻井液的表面张力，有效的缓解了水锁反应的发生，有利于油气层保护。

3) Na2SO3的加入，可以减缓腐蚀速率，延长了钻具和套管的使用寿命。

4)该钻井液体系性能稳定，各项性能均能满足现场施工的需要。

[参考文献]

[1]闵琪，金贵孝，荣春龙，等.低渗透油气田研究与实践[M].北京：石油工业出版社，1998.

[2]李品道，罗迪强，刘雨芬.低渗透油田的概念及其在我国的分布[M].北京：石油工业出版社，1998.

[3]鄢捷年.钻井液工艺学[M].东营：石油大学出版社，2001.

[4]王松，胡三清.保护油气层技术研究现状调研报告[D].荆州：江汉石油学院，2001.

[编辑]辛长静

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)16-0005-03

[中图分类号]TE254