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1、不渗透钻井液技术研究 于永新 1 樊松林 1 代礼杨 1 黄达全 2 （ 1 大港油田集团钻采工艺研究院 2 大港油田集团钻井公司泥浆分公司） 摘要： 不渗透钻井液是通过在常规钻井液中添加不渗透材料实现对钻井液中固相和液相渗入地层的控制，通过砂床实验证明形成的不渗透层能够有效的提高弱胶结地层的承压能力，针对漏失地层同时具有较好的防漏堵漏能力，材料本身具有一定的酸溶性。应用在储层也可以起到有效的保护产层的作用，通过和几种钻井液的配伍性实验表明不渗透材料具有较好的相容性，对原浆的流变性能影响很小，适用范围较广泛 ，在实验方法上也进行了初步探讨。 关键词：钻井液 无侵害 砂床试验 无渗透 防止地层伤

2、害 不渗透钻井液技术是近年来国外在钻井液领域的一大突破，有些文献也称为无渗透、超低渗透或无损害钻井液技术。美国得威公司用4000 万美金从美国环保钻井技术公司独家买断该项钻井液完井液技术向市场推广和销售。在美国、阿根廷、印度尼西亚、墨西哥等得到广泛应用并取得良好防止井壁坍塌与保护储层效果。由于其在油层保护、井壁稳定和环保等方面的优势国外在环保要求苛刻的海洋钻井中有逐渐替代油基钻井液的趋势。该项技术的核心是一系列的不渗透材料 的研制和开发，技术的评价不是采用常规的 API失水和 HTHP 失水，采用更接近真实的砂床漏失仪进行常压的测试。但是由于国内对该项技术研究起步较晚，机理的认识不足，目前还没

3、有形成一套较为科学、完善的评价方法。本文对不渗透钻井液的渗滤性能、配伍性能、材料特性和评价方法进行初步的探讨。 1 不渗透钻井液的评价方法 目前评价不渗透钻井液渗滤性能的方法主要有 API 滤失仪、砂床滤失仪、注射器和试管测试法，这里主要介绍我们室内实验采用的砂床滤失仪测试方法。 1.1中压砂床滤失仪测试方法 通过借鉴国外同类型产品的设计，国内也研制出可视性砂床滤失仪，见下图 1。 实验方法： 连接好管线和气源； 根据实验要求将一定量不同粒径的 砂子装入钻井液杯至 350ml 刻度线； 倒入钻井液至钻井液杯上（ 0mL）刻度 线； 将钻井液杯稳定放在支架上旋紧上密封筒盖； 出液口放好带刻度量筒

4、； 打开气源施加 0.69MPa 压力； 记录 30min 滤失量和上液面的下降高度。 1.2高温高压砂床滤失评价方法 将钻井液按一定温度进行老化 16小时； 采用水泥浆高温高压失水仪浆杯（高度约 28cm） ,下部为防止砂子堵塞滤失孔垫上不锈钢 筛网，上面充满一定数量的砂子（约占总体积的三分之一； 按照测量高温高压滤失仪步骤安装好实验装置； 加压至一定压力； 打开进气阀杆计时，记录 30分钟的滤失量。见图 2。 2 不渗透钻井液的室内评价 2.1 室内对几种钻井液的评价 实验用泥浆类型 1#：室内配制无固相 KCl 聚合物钻井液 2#： 1#浆 +2%不渗透剂 3#：大港家 H2 分支井无固

5、相 KCl不渗透聚合物钻井液 图 1 可视性砂床滤失仪 图 2 4#：室内配制无固相聚合物钻井液 5#： 4#浆 + 2%不渗透剂 6#：大港港浅 10-3 井聚合物钻井液 7#： 6#浆 + 2%不渗透剂 不渗透材料对钻井 液性能的影响评价实验结果见表 1。 表 1 几种钻井液性能试验结果 流变性能 API 失水 cm3 配方 600 300 100 6 3 1# 45 27 20 2.5 2 7.4 2# 46 26 20 2.5 2 7.3 3# 53 32 23 3.6 2.6 4.6 4# 57 36 17 3.5 2.5 2.5 5# 56 37 18 3.5 2.5 2.6 6#

6、 76 45 23 6 4 5.6 7# 78 46 25 6 4 5.4 从表 1 看出不渗透材料对钻井液的流 变性能几乎没有影响，材料易于混入，和钻井液配伍性较好，对 API 失水量没有改善。 2.2 利用可视性砂床滤失仪对几种钻井液进行砂床滤失实验，结果见表 2。 表 2 几种钻井液砂床滤失实验结果 配方 浸入量 cm3 侵入深度 cm 1# 全失 全侵 2# 86.4 10.5 3# 52.4 9.3 4# 全失 全侵 5# 59.4 7.5 6# 全失 全侵 7# 35 4.8 通过以上的实验可以看出不渗透材料的加入有利于降低砂床侵入量，膨润土浆加入不渗透材料后侵入量的降低幅度较大，

7、说明固 相成分的加入有助于不渗透层的形成，实验过程中观察到不渗透钻井液形成良好的封堵都在 2-3 秒之间，能够快速形成不渗透层，侵入量不是时间图 2 高温高压砂床滤失装置 平方根的函数，这一特性更有利于对疏松岩层的快速封堵和保持井壁稳定。 2.3 材料的酸溶性实验 室内对三种材料用土酸（ 3 HF 12 HCl）和盐酸（ 15）进行酸溶率实验，结果见表 3。 表 3 酸溶率实验结果 样品 土酸酸溶率 盐酸酸溶率 % 1 26.05 36.13 2 55.12 39.42 3 43.0 79.16 由于材料本身具有一定的酸溶率，表明在 油层使用可以提高地层酸溶率，具有较好的油层保护效果。 2.4

8、 几种材料的粒度分析 由于我们采用的检测仪器激光粒度仪检测的最大规格是 300 微米，再大的颗粒将不能检测到，所以该实验结合 60 目（ 280 微米）标准筛进行检测，结果见下图 3、 4。 2.5 固相含量对砂床漏失的影响 室内配制无固相钻井液和密度为 2.17g/cm3的钻井液进行对比，无固相钻井液不含膨润土，采用 KCl 加重至密度 1.15g/cm3，高密度钻井液采用重晶石铁矿粉复合加重至 2.17 g/cm3。评价结果见下表 4、5。 图 3 60 目筛余 2.3 图 4 60 目筛余 30.5 表 4 两种钻井液性能的对比 流变性能 API 失水 cm3 配方 600 300 10

9、0 6 3 无固相 57 36 17 3.5 2.5 6.8 上浆 2不渗透剂 60 38 20 2.5 2 6.6 高密度浆 190 116 55 15 9 4.6 上浆 2不渗透剂 195 120 54 16 10 4.5 从上表可以看出不渗透材料对两种钻井液的流变性能和滤失量均无明显的影响。 表 5 两种钻井液砂床滤失性能评价 配方 中压滤失量 侵入深度 产生滤失时最大压力 MPa 无固相 全失 上浆 2不渗透剂 无 3.3 4.6 高密度浆 无 1.5 5 上浆 2不渗透剂 无 0.65 7.5 从以上实验数据可以初步看出： 2.5.1 不渗透材料的加入对不同类型的钻井液流变性基本不产

10、生影响； 2.5.2 固相颗粒的架桥作用可以实现封堵，但封堵强度加入不渗透材料得到提高 ; 2.5.3 观察普通高密度钻井液的中压封堵过程，砂床表面的虑饼形成速度缓慢，滤饼虚厚 ,滤液在压力作用下有选择性沿着砂床侵入，有些实验能够明显的观察到压力造缝的过程，见图5,实际侵入深度远远大于加入不 渗透材料的实验结果。在拆卸过程可明显看到未加入不渗透材料的试验后砂样侵入带不规则，而加入不渗透材料的砂样表面 图 5 压力诱导裂缝 图 6 虑饼很薄，侵入带横截面平缓，侵入带和非侵入带界面很清晰，见图6，绝对侵入深度很浅； 2.5.4 不渗透钻井液的封堵不是主要凭借固相材料的架桥实现，无固相钻井液砂床实验

11、结果对此予以证实 ; 2.5.5 固相的存在有助于封堵强度的提高和降低侵入带深度 ,这些固相包括膨润土、碳酸钙和加重材料等。 3 不渗透钻井液的现场应用 3 1 家 H2井 该井钻遇的孔二段储层砂岩多发育在孔二 2 和孔二 4油组中，岩石颜色以 灰、灰绿 灰黑色为主 ，分为孔二 1、 2、 3、4 四个油组，孔二 2、 4油组岩性较粗， 在官107-1 官 146-1 井断块中，油气显示段主要集中在孔二 2油组中段 ， 该断块为层状构造油藏。砂岩孔隙度 18 22%，渗透率 11 1410-3m2。地层压力系数范围为： 0.9824 0.9881，平均压力系数 0.9859，为正常压力系统。温

12、度梯度范围为 3.88 4 /100m，平均温度梯度3.92 /100m，为偏高温系统。 地层水总矿化度 34311mg/L，氯离子图 7 浓度 20319 mg/L，水型 CaCl2。 由于鱼骨刺分支井在技 术上为小井眼、定向井和水平井的结合，钻井液设计过程中考虑到预先钻出的分支井眼由于在钻井液中浸泡时间长，而且完井方式是以裸眼的方式完成，可能发生较严重的油层损害及井眼坍塌等问题，因此除合理选择与地层相配伍的钻井液体系外，还必须在分支井眼完井后注入专门配置的与地层配伍的完井液，替换出原钻井液，然后再施工下一个分支井眼。我们在室内实验的基础上选择了无固相不渗透 KCL 聚合物作为目的层钻井液。

13、 表 6 现场钻井液取样室内分析结果 本井共分 3 次加入油保材料不渗透剂，入窗前加入一次，入窗后加入 2 次，共加入 5.8吨，进入油层前严格的控制失水小于 5ml，钻进过程中用好四级固控设备，尤其是离心机的使用，保证固控设备完好率和使用率大于 90，及时清除钻井液中的有害固相，保持钻井液的含砂量小于 0.3，固相含量小于 4，减少钻井液中亚微粒子进入油气层堵塞油气通道，同时 严格控制钻井液密度，使用中现场人员对该钻井液的认识一是性能稳定易于维护，二是润滑防塌效果好，能满足深水平井的施工要求，三是固相含量低，泥饼薄而致密，对井下钻具附加拉力小，没有出现粘卡现象，而且在定向分支时也没取样深度

14、m 密度 g/cm3 漏斗粘度 s 失水 /泥饼 ml/mm 含砂 屈服值 Pa PV mPa.s YP Pa 2171 1.04 45 7.2/0.2 0.1 5.5 14 18 2427 1.15 48 5.5/0.2 0.2 15 27 21 有出现托压现象，四是根据测井数据该井井径扩大率平均 6.22，该钻井液在井壁稳定上效果明显。五是目的层的潜在漏失问题通过配方的优化和不渗透剂技术的应用得到很好解决，施工过程未发生漏失，通过对配方中选用的不渗透剂酸化率较高，为保证产量提供坚实的保障，达到油层保护的目的，下图是该井的产量统计： 该井产量根据目前的统计一直保持在 20t/d 以上，高于该

15、地区邻井产量 3 倍以上，实践证实油层得到了很好的保护。 3 2 长 22 15 井 长 22-15 井是 大港油田 油气合作开发事业部于今年初在长芦油田板深 51 断块上部署的一口滚动开发评价井。 施工过程中按照室内研究成果及时调整钻井液性能，在进入油气层段前将三开硅基防塌钻井液体系转换成超低渗透钻井液体系，严格控制中压失水及高温高压失水，充分利用固控设备降低钻井液中的有害固相，使该技术在长22 15 井得到良好的应用。本井射 孔后井筒压力迅速恢复，形成自喷油流，创该油田单井家H2产量统计01020304050607020050101 20050111 20050121 20050131日产

16、液日产油日产水图 8 长22 15 生产数据（5m m油 嘴）05010010 15 20 25日期日产量日产液日产油日产气100日产水试采产量最高记录，而该油田其它井投产时均 需 改造才能出油。 4 结论与认识 4.1 不渗透钻井液形成的封堵层（膜）承压能力强，能提高漏失或弱胶结地层的承压能力，相当于扩大了钻井液安全密度窗口，能较好的解决钻长裸眼多套压力层系或压力衰竭地层的井眼复杂问题。 4.2 不渗透钻井液滤饼薄而韧，阻隔井眼和地层的压力传递，能有效避免压差卡钻发生。 4.3 不渗透钻井液形成的封堵迅速、侵入浅，泥饼酸溶率较高，通过反排或酸化可很容易的解除封堵，有利于油层保护。 4.4 不

17、渗透材 料的加入对钻井液流变性能不产生影响，便于现场施工。 4.5 与传统的屏蔽暂堵技术相比，不渗透技术实现封堵不依赖固相颗粒的机械堆积，因此可以适用于不同孔喉特征和孔喉尺寸的地层。 4.6 砂床滤失评价的实验方法和评价标准是一项十分关键的工作，尤其是高温高压评价现在还没有形成标准的实验装置，建议加强该方面的工作。 参考文献： 1 孙金声等， 国外超低渗透钻井液技术综述， 钻井液与完井液， 2005年 1月 第 22卷第 1期 2 樊世忠 何 纶， 国内外油气层保护技术的新发展 钻井完井液体系，石油钻 探技术， 2005年 1月， 第 33卷第 1期 3 刘保双 曹胜利， 国外无伤害钻井液技术研究进展， 维普资讯， http:/ 4 张克勤等， 国外水基钻井液半透膜的研究概述，维普资讯， http:/ 5 睢文云等 环境无害化保护油气层钻井液研究应用 油田化学， 2004年 9月 25 第 21卷第 3期 6 崔迎春 王贵和， 钻井液技术发展趋势浅析， 钻井液与完井液， 2005年 1月 第22卷第 1期 作者 简介： 于永新， 1990年毕业于大庆石油学院钻井专业，现于大港油田集团钻采工艺研究院材料工程研究所从事钻井液工作，工程师，天津大港油田钻采院材料工程研究所， 300280， 022-25939741。