1、高性能水基钻井液在哥伦比亚 HUILA 省Gigante 油田的应用黎红胜1，温慧芸2，郑振国1，侯文波3（1.中化石油勘探开发有限公司，北京100031；2.中海油研究总院有限责任公司，北京100028；3北京宝沃石油技术有限责任公司，北京102627）摘要：哥伦比亚 HUILA 省 Villeta 地层为大段泥、页岩层，因页岩层理和微裂缝发育导致井壁失稳严重，钻井事故频发，安全钻达目的层极其困难。为解决该地层的井壁失稳，通常采用油基钻井液。但随着哥伦比亚环保政策越趋严格，废弃油基钻井液和油基钻屑不可避免地带来环境问题。采用强封堵高抑制性的高性能水基钻井液，成功地解决了 HUILA省 Vil
2、leta 地层中的钻井失稳问题。本文分析了 Villeta 地层井壁失稳原因，在考虑环境和物流限制下研究了一种高性能水基钻井液，通过实验确定了高性能水基钻井液配方，监测现场性能参数，通过实践在现场 Villeta 地层得到了很好的运用，为哥伦比亚 HUILA 省 Villeta 地层钻井液运用提供了借鉴。关键词：哥伦比亚；Villeta 地层；高性能水基钻井液；封堵；抑制性中图分类号：TE254.6文献标识码：A文章编号：1673-5285（2023）03-0070-07DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2023.03.014Application of high-pe
3、rformance water-based drilling fluidin Gigante oilfield，HUILA province，ColombiaLI Hongsheng1，WEN Huiyun2，ZHENG Zhenguo1，HOU Wenbo3（1.Sinochem Petroleum E&P Co.，Ltd.，Beijing 100031，China；2.CNOOC ResearchInstitute Co.，Ltd.，Beijing 100028，China；3.Beijing Power PetroleumTechnology Co.，Ltd.，Beijing 10262
4、7，China）Abstract:The Villeta formation in Colombias HUILA province is a large section of mudshale.It is extremely difficult to safely drill the target formation due to wellbore instabilityand frequently drilling accidents cause by the development of shale bedding and micro-fractures.To solve the wel
5、lbore instability in this formation,oil-based drilling fluids are usuallyused.However,as Colombias environmental protection policy becomes more and morestringent,waste oil-based drilling fluids and oil-based drilling cuttings inevitably bring environmental problems.The high-performance water-based d
6、rilling fluid with strong pluggingand high inhibition was used to successfully solve the drilling instability problem in the Villeta formation in HUILA province.In this paper,the causes of wellbore instability in the Vil*收稿日期：202207-04作者简介：黎红胜（1985-），工程师，硕士，毕业于中国石油勘探开发研究院油气井工程专业，从事钻完井、修井技术研究与管理工作，邮箱
7、：。石油化工应用PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATION第 42 卷第 3 期2023 年 3 月Vol.42 No.3Mar.2023Gigante 油田位于哥伦比亚上马格达莱纳山谷HUILA 省 Gigante 镇西侧的东部山脉 Matambo 区块。Villeta 地层厚约 445 m（4 1204 564 m），主要由灰色到黑色页岩序列组成，有时含有钙质以及一些灰岩互层。泥页岩地层层理明显，微裂缝发育，水敏性强，在钻井过程中极易发生掉块、井垮、井塌等井壁失稳问题，导致了大量的非生产时间和额外的作业费用。因此，解决 Villeta 地层井壁失稳是该区块钻井最主
8、要的问题，也是钻井液选择和设计的关键。油基钻井液曾是该地层钻进的首选1，但随着哥伦比亚环境保护越来越严格，油基钻井液所带来的环境污染和高成本日益引发关注。本文中的强封堵高抑制性的高性能水基钻井液在Villeta 泥页岩地层抑制性、封堵性、润滑性、环保性等多方面都具有出色的表现，并在 Gigante 油田得到了成功运用。1Villeta 地层井壁失稳分析通过对邻井总结分析2-3，Villeta 地层井壁失稳原因主要有以下几个方面：（1）该地层处于哥伦比亚安第斯山脉地应力带，钻井过程中应力释放易造成井壁垮塌、掉块。（2）该地层主要为脆性泥页岩，天然微裂缝发育，钻井过程中钻具振动易诱导微裂缝，提供了
9、钻井液侵入地层的通道。（3）在钻井过程中，通常井内钻井液液柱压力大于地层压力，但如果钻井液滤液沿着各种微裂缝侵入页岩地层后，地层孔隙压力将增大，地层有效应力将被降低，从而引起微裂缝进一步扩展和延伸，最终将导致页岩剥落、掉块，甚至发生井眼垮塌。（4）如果钻井液的抑制性能控制不好，也将会导致钻井液与井眼地层之间发生化学反应，从而引起泥页岩水化、膨胀、分散等井壁失稳问题。以上导致井壁失稳的本质是微裂缝的传播和延伸。因此，解决该地层井壁失稳需要解决的最主要的问题是防止该地层微裂缝的进一步扩大。在进行钻井液设计时，需要从两个方面来解决，一是对微裂缝进行有效封堵，二是泥页岩的抑制方式。2钻井液配方研究研究
10、适用于 Villeta 地层的钻井液配方需考虑以下几个因素4：（1）封堵材料的选择。由于 Villeta 地层存在微裂缝，必须进行针对性的封堵才能有效解决钻井液滤液侵入微裂缝的概率，提高井壁稳定性能。评价微裂缝的大小是设计合适粒径的封堵材料用来封堵微裂缝的关键。（2）抑制剂的选择。在评价地层信息的基础上，研究控制钻井液与泥页岩地层相互作用的方案，寻找合适的页岩抑制剂是设计高性能水基钻井液的关键。（3）环境和物流问题。由于环境的限制，许多很好的技术不能运用。有些地方由于物流限制也导致钻井液方案不能实施。因此，为了确保钻井液能够提供良好的抑制性和封堵作用，本文进行了大量的实验，研究不同条件下的钻井
11、液性能5-10，优选出了合适的高性能水基钻井液。2.1地层活度曲线地层活度曲线是通过不同深度地层岩样的阳离子交换容量（CEC）和地层深度之间的关系绘制。地层活度级别是设计合适抑制剂的关键因素，主要用来降低地层与钻井液之间的化学反应。给定地层的阳离子交换容量（CEC）是在分散介质 pH 值为 7 的条件下，通过研磨 1 g 地层岩样和滴定甲基蓝实验测试获得。根据Gigante 油田邻井不同深度地层岩样活度曲线（图 1），数据显示 Villeta 地层的活度为中级。2.2环境限制考虑由于哥伦比亚 Gigante 油田有环境保护限制，禁止leta formation are analyzed,and
12、 a high-performance water-based drilling fluid is researchedunder consideration of environmental and logistic constraints.The formula of high-performance water-based drilling fluid was determined through experiments,and the field performance parameters were monitored on wellsite.Through practice,it
13、was well used in the Villeta formation on site,which provided a reference for the application of drilling fluid in theVilleta formation in HUILA province，Colombia.Key words：Colombia；Villeta formation；high-performance water-based drilling fluid；plugging；inhibition黎红胜等高性能水基钻井液在哥伦比亚 HUILA 省 Gigante 油田的
14、应用第 3 期71任何来源的氯化物，钻井液中硫酸盐的上限为 400 mg/L。在哥伦比亚市场上，可行的钾盐来源见表 1，显示了每吨钾盐的钾离子含量。由于环境保护限制，排除了氯化钾和硫酸钾。在其余三类钾盐中，通过对比显示乙酸钾可作为钻井液的钾盐来源。表 1可行的钾盐来源对比表 2三种不同的钻井液配方2.3钻井液配方优选基于环境的限制，本文设计了三种不同的钻井液配方见表 2，分别是两种高性能水基钻井液 F1、F2 和一种油基钻井液 F3。两种不同的高性能水基钻井液配方（F1 和 F2）相似，主要不同是配方中的化学抑制剂含量。配方中用于化学抑制的材料主要是三种抑制剂：第一种抑制剂是一种多活性聚胺，主
15、要用来防止水分子进入黏土造成水化膨胀。第二种抑制剂是乙酸钾中的钾离子。钾离子的活性和聚胺相似，但反应更弱一些。由于粒径小可以进入到泥岩地层，并产生胶结作用，从而避免在含水的情况下发生膨胀。第三种抑制剂是页岩稳定剂，主要是沥青质，通过在地层孔隙、层里面和微裂缝之间产生物理封堵。2.3.1分散性测试和线性膨胀测试泥页岩含有黏土矿物，主要采用泥页岩滚动回收率实验和泥页岩线性膨胀率实验对其分散性进行评价。泥页岩滚动回收率实验是评价泥页岩的分散特性，用来研究不同钻井液处理剂或钻井液体系抑制地层黏土矿物分散能力的强弱。它通过将地层岩样粉碎，筛选出合适的泥页岩颗粒（520 目），然后在老化罐中加入钻井液浸泡
16、，并放在 65.5 的烤箱中老化 24 h，倒出实验流体和岩样，过 40 目筛网，干燥并称量筛上的岩样质量，计算出泥页岩的滚动回收率（百分数表示）。通常利用配制钻井液的水作对比，从而获得钻井液的分散级别，分散性越高，钻井液用来维持地层完整性的能力就越差。泥页岩线性膨胀率实验是用来评价岩石矿物的水化膨胀性，通常采用测定岩样线性膨胀率（百分数）表示地层的膨胀性能，是测试抑制性的关键参数。它通过将干燥的岩样研磨后（低于 60 目），利用泥页岩膨胀量测定仪对泥页岩线性膨胀率进行测定。线性膨胀率越大说明钻井液的抑制性能越低。清水和三种配方下 Villeta 地层岩样的分散性测试和线性膨胀测试结果见表 3，表明油基钻井液 F3 提供了最高的抑制性能，可以有效地抑制 Villeta 地层水化膨胀；高性能水基钻井液 F2 获得了与油基钻井液非常类似的结果，在所评价的钻井液中其抑制性能排第二。图 1Gigante 油田邻井 CEC 和地层深度之间的关系468101214161820100015002000250030003500400045005000CEC/meq/100g地层深度/mCEC VS地层
