石油与天然气化工  2019, Vol. 48 Issue (4): 74-78
GRD聚合物环保钻井液在吐哈葡北油田的应用
蔡文军 , 刘禧元 , 熊开俊 , 付伟明 , 王广财 , 马平平 , 朱亮     
吐哈油田公司工程技术研究院
收稿日期：2019-01-08
作者简介：蔡文军(1988-)，工程师，现就职于吐哈油田公司工程技术研究院，从事钻完井液技术研究工作。E-mail：365422201@qq.com.
摘要：针对吐哈葡北油田含盐膏质泥岩、大段煤层、硬脆性泥岩发育、地层孔隙非均值性大等难点，常规抗盐聚磺钻井液不能有效解决钻井过程中的塌、卡、划眼等复杂事故。在葡北3-25井试验应用GRD聚合物环保钻井液，钻井液流变性稳定，抗温达120 ℃，钻井液抗盐钙≥10 000 mg/L，钻井液HTHP失水量≤12 mL，泥饼黏滞系数为0.035~0.043；泥页岩滚动回收率达到90%以上。现场应用表明，GRD聚合物环保钻井液能够显著降低葡北油田钻井复杂时效，与抗盐聚磺钻井液相比，机械钻速提高19.37%，钻井周期缩短39.52%，完钻密度降低2.19%，井径扩大率缩小40.86%。试验井污水池呈土黄色，室内检测井浆EC50>30 000，无毒，重金属含量达标，极易生物降解，能满足吐哈油田地层复杂、环境敏感性区块的钻井需要。
关键词：葡北油田    复杂时效    膏质泥岩    聚合物环保钻井液    环境敏感性区块    
Application of GRD polymer environment-friendly drilling fluid in Pubei area of Tuha oilfield
Cai Wenjun , Liu Xiyuan , Xiong Kaijun , Fu Weiming , Wang Guangcai , Ma Pingping , Zhu Liang     
Research Institute of Engineering Technology, PetroChina Tuha Oilfield Company, Shanshan, Xinjiang, China
Abstract: Aiming at the difficulties of salt-containing paste mudstone, coal seam, hard brittle mudstone and strong formation pore non-uniformity, the normal salt-tolerant polysulfide drilling fluid applied in Pubei area of Tuha oilfield can't solve the problems such as collapse, stuck and redressing in the drilling process. An environment friendly polymer drilling fluid formulated without sulfonated material was tested in Pubei area 3-25 well.The new drilling fluid has good rheological stability, the temperature resistance is up to 120 ℃, the anti-salt calciumis more than 10 000 mg/L, HTHP filtration loss is less than 12 mL, the mud cake viscosity coefficient is between 0.035 and 0.043, and the mud shale rolling recovery rate is over 90%. The field application shows that the GRD polymer environment-friendly drilling fluid can significantly reduce the drilling complex prescription of Pubei area. It is compared with salt-resistant polysulfide drilling fluid, the drilling rate increased by 19.37%, the drilling cycle was shortened by 39.52%, the drilling density decreased by 2.19%, and the diameter expansion rate decreased by 40.86%, no complexity. Cesspool color of the test well is yellowish. The indoor test shows that the slurry is non-toxic and has high biodegradability, slurry EC50 is more than 30 000, and heavy metal content is up to standard, it, which can meet the drilling needs of complex and environment sensitive blocks in Tuha oilfield.
Key words: Pubei oilfield    complex prescription    salty paste mudstone    environment-friendly polymer drilling fluid    environment sensitive block    

常用的聚合物类钻井液体系，由于大量使用磺化类聚合物材料，色度深，生物降解性差，很难达到环境排放标准。国内外主要通过研发天然改性材料如改性淀粉和纤维素和易生物降解、毒性小的聚合物类材料如PAC-142等，来形成性能优良的聚合物环保钻井液体系[1-7]。目前，冀东油田、新疆油田、塔里木油田等多个油田使用该钻井液体系[8-9]。

吐哈葡北油田是吐哈油田上产主力区块，紧邻村庄。该区块上部地层桃树园组及鄯善群盐膏层发育，极易造成井下缩径遇阻遇卡；下部地层西山窑组及八道湾组煤层发育多，齐古组大段硬脆性红色泥岩发育；同时地层破碎带和交界面多，地层孔隙非均值性大。目前，该区块主要应用抗盐聚磺钻井液体系，钻井过程中经常发生塌、卡、划眼等复杂事故。针对吐哈葡北油田钻井难点和环境敏感性特点，优选了关键环保处理剂，形成一套针对性的GRD聚合物环保钻井液配方。GRD聚合物环保钻井液呈土黄色，色度达标，毒性小，重金属含量达标，极易生物降解[10]，并能够精简钻井液不落地的处理工序，降低处理成本，首次在该区块试验应用。应用结果表明，GRD聚合物环保钻井液不仅能满足环保需求，同时也能够满足该区块复杂钻井要求，各项性能优于常规抗盐聚磺钻井液，对于4000 m左右的中深井，具有推广应用价值。

1 GRD聚合物环保钻井液的研制

GRD聚合物环保钻井液不使用磺化材料，通过引入天然高分子改性材料(如DRGF-1封堵剂)，以及可降解/易降解聚合物处理剂(如丙烯酰胺/丙烯酸多元聚合降滤失剂DRGJ-1和大分子聚丙烯酰胺类抑制剂DRGY-1)，搭配部分无毒处理剂，实现完全去磺化。其中，DRGJ-1协助钻井液中其他大小分子在井壁形成致密的阻隔层。GRD聚合物环保钻井液主要从抑制防塌和封堵防塌两方面进行防塌技术研究，通过强抑制剂DRGY-1抑制泥岩的分散和膨胀，并利用不同粒径软性粒子填充，复配超细碳酸钙加强封堵，封堵剂微粒将同时沉降于井壁上，能够及时封堵易坍塌地层。

2 GRD聚合物环保钻井液的性能评价
2.1 处理剂优选
2.1.1 降滤失剂优选

3种降滤失材料的流变性和降滤失性见表 1和表 2。基础淡水配方1#：4%(w)膨润土浆+1%(w)Na2CO3; 基础盐水配方2#:10%(w)膨润土浆+1%(w)Na2CO3+4%(w)NaCl。

表 1    淡水基浆中不同降滤失剂的流变性和滤失性 Table 1    Rheological properties and fluid loss of different filtration reducers in freshwater base mud

表 2    盐水基浆中不同降滤失剂的流变性和滤失性 Table 2    Rheological properties and fluid loss of different filtration reducers in saltwater base mud

由表 1和表 2可知，在淡水和盐水基浆中，测得DRGJ-1的降滤失效果最好，API失水分别是4.8 mL和4.2 mL。增黏性适中，对流变性影响小。

2.1.2 抑制剂优选

依据Q/SH 0053-2010《粘土稳定剂技术要求》，通过NP-01页岩膨胀测试仪，比较了DRGY-1、ZNP-1、YFKN、CHM 4种抑制剂的抑制效果，结果见图 1。从图 1可看出，DRGY-1抑制性最优，页岩膨胀率不超过40.1%。

图 1     GRD聚合物环保钻井液抑制剂优选 Figure 1     Optimization of GRD polymer environment-friendly drilling fluid inhibitor

2.1.3 毒性检测

依据SY/16788-2010《水溶性油田化学剂环境保护技术评价方法》，采用DXY-3型生物毒性测试仪对多个样品进行了毒性检测，试验结果见表 3。

表 3    毒性检测 Table 3    Toxicity test

由表 3可知，检测的8个样品(红台2-127井是GRD聚合物环保钻井液在吐哈油田试验应用的第一口井)全部均无毒。

2.2 最优配方

通过处理剂优选，形成了GRD聚合物环保钻井液配方：5%(w)土粉+0.1%(w)Na2CO3+0.3%(w)DRGY-1+2% (w)QCX+(1~4)%(w)NFA-25+(0.5~0.0)%(w)DRGJ-1+(0.5~1.0)%(w)DRGF-1+(0.5~1.0)%(w)DRGJD-1。该钻井液体系抗温达120 ℃，抗盐钙≥10 000 mg/L，HTHP失水≤12 mL，泥饼黏滞系数为0.035~0.043。

2.3 抑制性评价

选取应用区块桃树园组岩屑，过1.7~3.35 mm筛的岩样50 g，在120 ℃滚动老化16 h。由图 2可知，GRD聚合物环保钻井液的泥页岩滚动回收率达到90%以上，具有较强的抑制性能，优于聚磺钻井液，能够满足该区块钻井要求。

图 2     泥页岩滚动回收率试验 Figure 2     Mud shale rolling recovery test

2.4 配伍性评价

在GRD配方中分别加入10%(w)劣质土、10%(w)NaCl和5%(w)CaSO4，在120 ℃下老化16 h后，测定钻井液配伍性，结果见表 4。

表 4    配伍性评价 Table 4    Compatibility evaluation

由表 4可知，10%(w)的劣质土污染钻井液体系后，体系塑性黏度和表观黏度均上升，API失水和HTHP失水变化小，体系仍具有较好的流动性；10%(w)NaCl溶液污染该体系后，体系黏切下降明显，失水略为升高；5%(w)CaSO4污染体系后，体系黏切轻微升高，API失水和HTHP失水显著上升，但仍可满足现场钻井施工的要求。

2.5 环保性评价

依据GB/T 5750-2006《生活饮用水标准检验方法》和GB/T 7466-1987《水质总铬的测定》分别检测了GRD聚合物环保钻井液和抗盐聚磺钻井液的重金属含量；依据HJ 505-2009《水质五日生化需氧量的测定稀释与接种法》和HJ 828-2017《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》分别检测了GRD聚合物环保钻井液和抗盐聚磺钻井液的BOD值和COD值，生物降解性采用BOD值/COD值得到。试验结果见表 5。

表 5    环保性评价 Table 5    Evaluation for environment protection

由表 5可知，抗盐聚磺钻井液重金属含量严重超标，BOD值/COD值< 5%，难降解；GRD聚合物环保钻井液重金属含量满足二级排放标准要求，BOD值/COD值>25%，属于极易降解物质，体系具有优良的环保性能。

3 现场应用

葡北3-25井是吐哈盆地葡北油田葡北23块的一口采油井，井型为直井，设计井深3740 m，目的层J2s。该井采用GRD聚合物环保钻井液进行钻井施工。2018年9月4日17：00，一开钻进，表层采用Ф311 mm钻头钻至井深805 m，Ф244.5 mm表层套管下至804.51 m；9月12日5：00，采用Ф216 mm钻头二开钻进；10月3日4：00，钻至井深3740 m完钻后通井，测井一次成功；10月6日19：00，Ф139.7 mm油层套管下至3737.72 m。全井钻井周期28.45天，建井周期32.43天，平均机械钻速9.06 m/h。

3.1 现场施工情况

GRD聚合物环保钻井液现场应用过程中，HTHP滤失小，流变性稳定，环保性能合格。钻井过程中，偶尔有少量掉块返出，但无遇阻划眼等复杂情况，按设计井深顺利完钻，实钻性能见表 6。

表 6    葡北3-25井用GRD聚合物环保钻井液现场性能 Table 6    Field performance of GRD polymer environment-friendly drilling fluid in 3-25 well of Pubei oilfield

3.2 现场应用效果分析

(1) GRD聚合物环保钻井液能够显著降低葡北油田钻井复杂时效，提高机械钻速，缩减完钻周期，同时能够降低钻井液完钻密度(见表 7)。

表 7    GRD聚合物环保钻井液现场应用效果分析 Table 7    Analysis of field application effect of GRD polymer environment-friendly drilling fluid

(2) 试验井井径规则，平均井径扩大率小。试验井二开全井段平均井径扩大率为2.62%，比聚磺钻井液的小40.86%。在齐古组段2985~3235 m，井径扩大率大，钻井过程中有垮塌现象。现场主要通过提高封堵防塌剂有效浓度，QCX、NFA-25和DGRF-1按质量比2:4:1加入，聚合物类胶体填充空隙，进一步降低API失水和高温高压失水，同时对已经剥落的掉块，保持钻井液的携带性将其带出。具体数据见图 3。

图 3     二开井段井径曲线 Figure 3     Caliper curve of drilling second opening section

(3) GRD聚合物环保钻井液对环境影响小。由图 4和图 5可知，试验井应用GRD聚合物环保钻井液后，污水池显土黄色，能够与地表环境很好融合。

图 4     聚磺钻井液污水池 Figure 4     Cesspool of polysulfide drilling fluid

图 5     GRD钻井液污水池 Figure 5     Cesspool of GRD drilling fluid

截至目前，GRD聚合物环保钻井液已在吐哈油田多个区块、各类井型现场应用达60余井次。

4 结论

(1) 针对吐哈葡北油田含盐膏质泥岩、大段煤层、硬脆性泥岩发育、地层孔隙非均值性大等难点，形成一套成熟的GRD聚合物环保钻井液配方。该配方流变性稳定，抗温达120 ℃，抗盐钙≥10 000 mg/L，HTHP失水≤12 mL，泥饼黏滞系数为0.035~0.043，泥页岩滚动回收率达到90%以上。

(2) GRD聚合物环保钻井液性能稳定，在现场应用过程中，与常规抗盐聚磺钻井液相比，机械钻速提高19.37%，钻井周期缩短39.52%，完钻密度降低2.19%，井径扩大率缩小40.86%，无复杂情况。

(3) 现场应用GRD聚合物环保钻井液的污水池呈土黄色，室内检测井浆EC50>30 000，无毒，重金属含量达标，极易生物降解，能满足吐哈油田地层复杂、环境敏感性区块的钻井需要。

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