无固相活性盐水钻井液在柳林地区煤层气水平井中的应用

・　３４　・　长江大学学报（自科版）　２０１５年８月第１２卷第２２期（理工上旬刊）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ａｕｇ．２０１５，Ｖｏ１．１２　Ｎｏ．２２　ＣＢＩ￣］岳前升。马玄，马认琦，等．无固相活性盐水钻井液在柳林地区煤层气水平井中的应用长江大学学报（自科版），２０１５　１２（２２）：３４～３６，４０．　无固相活性盐水钻井液在柳林地区煤层气　水平井中的应用　岳前升，马玄　（长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州４３４０２３）　马认琦，沈元波，金鑫，张亮　（中海油能源发展工程技术分公司，天津３００４５２）　［摘要］柳林区块３＃煤层含有少量黏土矿物，孔隙不发育、比较致密，煤岩表面呈弱亲水性。针对清水　在煤层保护方面存在水敏性和水锁损害的不足，提出无固相活性盐水作为该地区煤层气水平井钻井液，　其配方为：清水＋２　ＫＣ１＋０．１　防水锁剂＋１　水基润滑剂。相对于清水，无固相活性盐水钻井液具有　更强的抑制能力、更低的表面张力和更优的润滑能力，防止煤层中的黏土矿物水化嘭胀，有利于钻井液　返排，降低摩阻有利于水平井钻井作业；煤心污染后的渗透率恢复值接近１ＯＯ　，储层保护效果优异。该　钻井液在ｃＩ　Ｕ—Ｏ７Ｈ多分支水平井中成功应用，表现出良好的应用前景。　［关键词］无固相活性盐水钻井液；煤层气；多分支水平井；井壁稳定；储层保护　［中图分类号］ＴＥ２５８　［文献标志码］Ａ　［文章编号］１６７３　１４０９（２ｏ１　５）２２—００３４　０３　山西柳林地区位于鄂尔多斯盆地东缘中段，东侧为晋西南隆起，隶属离石鼻状构造倾覆端西延部　分，煤层含气量较高，是我国首批煤层气勘探开发示范区，目的层位主要为山西组３＃煤层和４＃煤层．　该地区水平井采用清水进行钻进。清水具有成本低、煤层保护效果相对较好的特点，但对煤层也有一定　程度的损害，主要表现为水敏性损害和“水锁”效应损害　。］，在有些地区也易引起煤层垮塌ｎ。　。笔　者以柳林河东煤矿３＃煤为研究对象，在研究煤层特性基础上，针对清水保护煤层中存在的不足，从保　护煤层和稳定井壁的角度　发，在清水基础上提　无同相活性盐水钻井液，并成功应用于多分支水平井　ＣＩ　Ｕ一０７Ｈ井，在该地区显示出良好的应用前景。　１柳林地区煤岩特性分析　１．１　样品全岩矿物和黏土矿物分析　通过煤样Ｘ射线衍射分析　㈦，对其全岩矿物和黏土矿物含量进行定量分析（见表１和表２）。结　果显示，柳林地区３＃煤层、４＃煤层除非晶质部分（即煤质成分）外，还含有部分无机矿物和黏土矿　物，其中黏土矿物以伊利石和高岭石为主，但总的来看黏土矿物含量较低。　表１　柳林地区煤样全岩矿物分析　１．２　电镜扫描分析　电镜扫描结果显示，３＃煤层具块状结构，微裂缝少，孔隙不发育（见图１和图２）；４＃煤层具纹　层构造，平行层理较发育，层间微缝发育，孑Ｌ隙不发育（见图３和图４）。　［收稿日期］２０１５　０４　２５　［基金项目］国家科技重大专项（２０１１ＺＸ０５０３６－００１）。　［作者简介］岳前升（１　９７３），男，博士，副教授，现主要从事油田应用化学方面的教学与研究工作；Ｅ　ｍａｉｌ：ｙｕｅｑｉａｎｓｈｅｎｇ＠　ｌ６３．ｃ０ｍ　ｏ　理工上旬刊＊化学工程与技术　２Ｏ１５年８月　３无固相活性盐水钻井液配方　针对清水存在的不足并结合水平井钻井特　点，无同相活性盐水钻井液采用的技术思路和对　策为：通过引入无机盐ＫＣ１来抑制煤层中的黏　表３无固相活性盐水基本性能　土矿物膨胀；引入表面活性剂降低盐水表面张力　使侵入煤层的钻井液易于返排；引人聚合醇类水　基润滑剂增强清水润滑能力降低水平井钻进时的摩阻。通过大量试验优选出无固相活性盐水配方：清水　＋２　Ｋｃ１＋０．１％防水锁剂Ｐ２２＋１　聚合醇水基润滑剂ＪＬＸ，其基本性能见表３。　４性能评价与应用　４．１　性能评价　１）对煤岩强度影响　３＃煤层煤心在经无固相　活性盐水钻井液浸泡前后的单轴抗压强度测试结果　见表３。浸泡后的煤心强度下降幅度较小，这也说　明无固相活性盐水钻井液稳定煤层井壁能力较清水　表３　３＃煤层在不同流体介质中加压浸泡后的单轴强度　强，降低了煤层段井壁发生垮塌失稳风险。　２）煤层保护评价评价了３＃煤层煤心经不同　流体介质污染后的渗透率恢复值，结果见表４。无　同相活性盐水钻井液侵入污染后煤心渗透率恢复值　很高，超过原始渗透率，这主要是因为活性盐水钻井液不仅有效抑制水敏损害，而且大幅降低了气液　表面张力，使液相更易流动和返排。　表４不同流体对３＃煤层煤心的污染评价　注：Ｋ　为空气渗透率，Ｋ　为饱和地层水后气相渗透率，Ｋ　ｄ为钻井液污染后气相渗透率。　４．２　应用　ＣＩ　Ｕ一０７Ｈ井为中海油能源发展工程技术分公司在柳林地区第１口Ｕ型连通多分支井，采用２个主　分支，每个主分支上有３个侧分支，主支和侧分支井眼尺寸均为１５２．４ｒａｍ井眼，２个主分支下玻璃钢　管完井。基于前述无固相活性盐水钻井液具有优异的煤层保护和较好的稳定井壁能力，实际钻井过程采　用无同相活性盐水钻井液钻进，其配方为：清水＋２　～３　ＫＣＩ＋１　～２　聚合醇＋０．１　～ｏ．２　防水锁　剂，钻井过程中性能指标如下：密度１．０２～１．０５ｇ／ｃｍ。，漏斗黏度２７～３０ｓ，表面张力小于３０ｍＮ／ｍ，钻　进过程中未出现井壁失稳和漏失现象，直至顺利完钻。钻进过程中由于防水锁剂和水基润滑剂会产生起　泡现象，现场需备一定数量的消泡剂。　５结论与认识　１）柳林区块３＃煤层和４＃煤层含有一定量的黏土矿物，以低膨胀性伊利石和高岭石为主；膨胀率　较低，泡水后强度下降幅度不大，煤岩表面呈弱亲水特性。　２）水敏性和水锁是清水钻井液损害本地区煤层的主要因素。　３）无固相活性盐水钻井液具有较强的防膨性、稳定井壁和优异的煤层保护性能，在柳林地区煤层　气水平井应用前景广阔。　（下转第４Ｏ页）　・４０・　理工上旬刊＊化学工程与技术　２０１５年８月　５　结语　从托甫台和盐下地区的原油地化分析结果看，二维色谱、双色质技术较常规的色谱、色谱质谱相　比，具有更高的灵敏性，分辨率更高，结果更加真实准确，因此在油一油对比、油一源对比方面具有极大　的优势，能更好的区分不同区块原油在来源上的差异。　［参考文献］　［１］蒋启贵　王强，马媛媛，等．全二维色谱飞行时间质谱在石油地质样品分析中的应用［Ｊ］．石油实验地质，２００９，３１（６）：６２７～　６３２．　　［２］蒋启贵　马媛媛，钱门辉，等．石油地质样品全二维色谱与传统色谱技术地化分析比较＿Ｊ］．石油实验地质，２Ｏｌ２，３４（３）：３０３～３０８．　［３］韩霞，吴拓，黄毅，等．生物标记物色谱一质谱一色谱分析及地质应用研究［Ｊ］．特种油气藏，２００２．９（２）：６４～６８．　Ｉ４］宋桂侠，李振广，孙国荣，等．色谱一质谱一质谱分析方法在生物标记物研究中的应用［Ｊ］．大庆石油地质与开发，２００４，２３（２）：　２５～２７．　［５］宋桂侠，李振广，于佰林，等．用ＧＣ—ＭＳ、ＧＣ—ＭＳ　ＭＳ方法检测某些有机质成熟度参数的比较［Ｊ］．分析测试学报，２００４，２３　（增刊）：３０６～３０８．　［６］韩霞，田世橙，张占文，等．ＧＣ　ＭＳ—ＭＳ方法检测时代相关生物标志物及地质意义［Ｊ］．新疆石油地质，２００７，２８（３）：３１５～３１　９．　［７］马安来。张水昌，张大江，等．轮南、塔河油田稠油油源对比［Ｊ］．石油与天然气地质，２００４，２５（１）：３１～３８．　［８］张厚福．石油地质学［Ｍ］．北京：石油工业出版社，２００３：９５～９６．　［９］卢双舫，张敏．油气地球化学［Ｍ］．北京：石油工业出版社，２Ｏ１０：１７７～１　７８．　［１ｏ］韩霞．吴拓，龙江智．ＧＣ／ＭＳ／ＭＳ分析技术在石油地球化学研究中的应用［Ｊ］．质谱学报，２ｌ（３，４）：４３～４４．　［】Ｉ］王传刚，王铁冠，张卫彪，等．塔里木盆地北部塔河油田原油分子地球化学特征及成因类型划分［Ｊ］．沉积学报，２００６，２４（６）：　９（）１～９０８．　［１　２］顾忆，黄继文，邵志兵．塔河油田奥陶系油气地球化学特征与油气运移＿Ｊ］．石油实验地质，２００３，２５（６）：７４６～７５０．　［１３］Ｐｅｌｅｒｓ　Ｋ　Ｅ，Ｍｏｌｄｏｗａｎ　Ｊ　Ｍ．Ｔｈｅ　ｂｉｏｍａｒｋｅｒ　ｇｕｉｄｅ：ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｉｎｇｍｏｉｅｃｕｌａｒｆｏｓｓｉｌｓ　ｉｎ　ｐｅｔｒｏｌｅｕｍａｎｄ　ａｎｃｉｅｎｔ　ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ［Ｍ］．Ｐｒｉｎｔｉｃｅ－Ｈａｌｌ，　Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ　Ｃｌｉｆｆｓ，】９９：３．　［编辑］　辛长静　（上接第３６页）　［参考文献］　［１］岳前升，邹来方，蒋光忠，等．基于煤层气可降解的羽状水平井钻井液室内研究［Ｊ］．煤炭学报，２Ｏｉｏ，３５（１Ｏ）：Ｉ６９２～１６９　５．　［２］黄维安，邱正松，王彦祺，等．煤层气储层损害机理与保护钻井液的研究ＥＪ］．煤炭学报，２０１２，３７（１０）：１７１７～１７２１．　［３］杜鹤，张遂安，徐代才，等．煤层气多分支水平井防塌可降解屏蔽暂堵钻井液研究［Ｊ］．中国煤层气，２Ｏ１ｏ，７（１）：３０～３３，４１　［４］曹伟．煤层气井储层钻井液损害及保护＿Ｔ艺技术［Ｊ］．中国煤炭地质，２０１２，２４（１１）：６０～６２．　［５］贺建群，乌效鸣，向阳，等．煤层气生物酶可解堵钻井液的岩心流动试验研究［Ｊ］．钻井液与完井液，２Ｏ１　３，３０（２）：３３～３６．　［６］岳前升．邹来方，蒋光忠，等．煤层气水平井钻井过程储层损害机理［Ｊ］．煤炭学报，２叫２，３７（１）：９１～９５．　［７］岳前升．陈军，邹来方，等．沁水盆地基于储层保护的煤层气水平井钻井液的研究［Ｊ］．煤炭学报，２０１２，３７（增）：４１６～４１９．　［８］崔金榜，陈必武，颜生鹏，等．沁水盆地在用煤层气钻井液伤害沁水３＃煤岩室内评价＿Ｊ］．石油钻采工艺，２０１３，３５（４）：４７～５Ｏ．　［９］汗伟英．肖娜．黄磊，等．钻井液侵入引起煤岩膨胀对煤储层的伤害［Ｊ］．钻井液与完井液，２Ｏ１Ｏ，２７（３）：２０～２２．　［１ｏ］黄维安，邱正松，杨力，等．煤层气钻井井壁失稳机理及防塌钻井液技术［Ｊ］．煤田地质与勘探，２０１　３，４１（２）：３７～４１．　［１１］ＳＹ，／Ｔ６２１０—１　９９６，中华人民共和国石油天然气行业标准［ｓ］．　［１２］ＳＹ／Ｔ５１　６３一ｌ９９５，中华人民共和国石油天然气行业标准［ｓ］．　［编辑］　辛长静