殷 鵬
(大慶油田有限責任公司天然氣分公司,黑龍江大慶163457)
由于SK儲氣庫區塊的采氣井均已開采20年以上,開采井周圍的儲層地層壓力系數較低,并且儲層埋藏較淺,巖芯物性較好,在SK儲氣庫先導試驗井鉆井過程中,鉆井液有可能發生滲漏或漏失,對儲層造成損害,使儲層滲透率下降,從而大大降低儲氣庫的注采效果[1-3]。因此需要針對性選擇合適的鉆井液體系,盡可能減少鉆井液污染儲層和防止井漏,提高儲層滲透率恢復值,保證儲氣庫達到設計注采能力。傳統的油基鉆井液雖然具有較好的保護井壁穩定性能,同時也有較大的毒性[4-5]。為此本文研發出一種環保型油基鉆井液體系,該鉆井液體系井壁穩定性好、對儲層污染小,同時還兼備屏蔽暫堵性能,對合理建設儲氣庫資源具有重要的意義。
目前油基鉆井液體系多采用柴油作為基礎油,但柴油中芳香烴含量較高,毒性、儲層污染也比較嚴重[6]。為此本文選用大慶產重烴(理化指標為:餾程80℃~270℃;硫含量260ppm;芳烴含量6%~10%;烯烴含量2.5%~3.5%)研制的低芳香烴基礎油DQ-1[7],主要組成為C12-C22烴類物質,芳烴含量低于0.5ppm、硫含量低于0.5ppm,雜質含量低,比重小,易揮發易降解,符合環保低毒研制要求。
油基鉆井液體系中除了基礎油外,還需要對有機土、乳化劑、潤濕劑、降濾失劑四種主要組成進行優選。同時考慮到SK儲氣庫儲層物性較好且有微小裂縫,在體系中設計添加屏蔽暫堵劑,進一步減小鉆井過程中體系對儲層的損害。
選取四種有機土加入不同基礎油當中,在靜置24h后,測定有機土成膠率[8]。計算公式為:膠體率=(懸濁液總量-油析出量)/懸濁液總量×100%。實驗數據見表1。
表1 有機土在不同基液中成膠數據
由表1可知,相同有機土在柴油、氣制油和DQ-1中的成膠性能有所不同,在DQ-1中的成膠率最高,其中有機土2號在DQ-1中的成膠率可以達到83%,因此優選有機土2號作為環保型油基鉆井液體系用有機土。
選取NEP-1、NEP-2、環烷酸鈣和十二烷基苯磺酸鈣,分別測定單一乳化劑、復合乳化劑的破乳電壓[9],實驗數據見表2、表3。
表2 單一乳化劑實驗數據
由表2、表3可知,復合乳化劑的乳化效果要強于單一乳化劑,其中NEP-1和NEP-2兩種乳化劑復合比例為1∶1時的乳化效果最好,乳狀液的破乳電壓能夠達到1210V。此時油—水界面可以形成一種復合膜,乳狀液在復雜條件下依然可以保持較高的穩定性。因此優選NEP-1+NEP-2(1∶1)作為環保型油基鉆井液體系用乳化劑。
表3 復合乳化劑實驗數據
選取ZY-1、ZY-2,分別測定10%土侵污染和10%水侵污染的鉆井液體系加入潤濕劑后的流變性能[10-11],實驗結果見表4。
表4 潤濕劑對油基鉆井液體系性能的影響(測定溫度50℃)
由表4可知,當體系受到10%土侵污染和10%水侵污染時,僅加入0.5%的潤濕劑就可改善鉆井液的流變性,其中ZY-1的效果更好,因此優選ZY-1作為環保型油基鉆井液體系用潤濕劑。
選取合成樹脂類I、改性樹脂類Ⅱ開展降濾失實驗,老化條件為160℃×16h,HTHP為160℃×3.5MPa,實驗數據見表5。
由表5可知,在體系中分別加入降濾失劑后,可以減小鉆井液的濾失量,其中加入改性樹脂類Ⅱ的鉆井液高壓濾失量小于等于5mL,因此優選改性樹脂類Ⅱ作為環保型油基鉆井液體系用降濾失劑。
基于SK儲層平均孔隙半徑為5.59μm,設計屏蔽暫堵劑顆粒尺寸為6μm,選取四種屏蔽暫堵劑進行濾失量測定[12-13],實驗結果見表6。
由表6可知,體系中加入3%SK3的封堵效果最好,因此優選SK3作為環保型油基鉆井液體系用屏蔽暫堵劑。結合已取得較好應用的油基鉆井液體系,最后確定環保型油基鉆井液體系的配方為:基礎油(DQ-1)+有機土(1號)+2%乳化劑(NEP-1+NEP-2)+0.5%潤濕劑(ZY-1)+5%降濾失劑Ⅱ型+3%屏蔽暫堵劑SK3+2.5%氧化鈣+25%無水氯化鈣溶液+重晶石。
表5 降濾失劑實驗數據
表6 API失水和高溫高壓濾失量實驗數據
選取環保型油基鉆井液、氣制油鉆井液、柴油鉆井液、鉀鹽共聚物鉆井液、低固相氯化鉀鉆井液和微泡沫鉆井液,開展室內儲層保護評價實驗,巖芯選用SK儲氣庫天然巖芯,實驗結果見表7。
表7 不同體系污染后巖芯滲透率恢復值
由表7可知,對于SK儲氣庫天然巖芯,油基鉆井液體系對儲層的污染要小與水基鉆井液體系,其中注入環保型油基鉆井液體系后的巖芯滲透率恢復值最高,可達96.31%,表明該體系具有較好的儲層保護性能。
(1)加入屏蔽暫堵劑SK3后,鉆井液體系濾失量由14.9mL降低至4.4mL,表明該劑可有效暫堵SK微裂縫儲層。
(2)優選得到環保型油基鉆井液體系的配方為:基礎油(DQ-1)+有機土(1號)+2%乳化劑(NEP-1+NEP-2)+0.5%潤濕劑(ZY-1)+5%降濾失劑Ⅱ型+3%屏蔽暫堵劑+2.5%氧化鈣+25%無水氯化鈣溶液+重晶石。
(3)對于SK儲氣庫天然巖芯,注入環保型油基鉆井液體系后的巖芯滲透率恢復值最高,可達96.31%,表明該體系具有較好的儲層保護性能。