双聚磺胺基聚醇钻井液在渤南低渗油田的应用.pdf

第 2 7卷 第 3期 2 0 1 0年 5月 钻井液与完井液 DRI LLI N G FLUI D ＆ COM PLETI ON FLUI D 、 b1 ． 2 7 NO． 3 M a y 2 01 0 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 o l o 0 3 ． 0 0 5 I - 0 4 双聚磺胺基聚醇钻井液在渤南低渗油田的应用 王劲松 ， 亢德峰 ， 蓝强 1 ． 胜利石油管理局渤海钻井二公司，山东东营 ； 2 ． 胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营 摘要渤南油田储层地质特点及钻井技术难点，要求钻井液具有强抑制性、高润滑性、高抗温性和优良的储 层保护性能，因此优选了双聚磺胺基聚醇钻井液。其中的胺基聚醇属聚胺改性聚醚多元醇类防塌剂，是将聚胺和 聚醚多元醇 2者的优点有机结合起来的一种新型防塌剂。性能研究结果表明，该钻井液具有抑制性强，抗盐、抗 钙和抗 岩屑侵 的能力强 ，储层保 护性 能好 等特点。该体 系在渤 南地 区的 6口井中得到 了成功应 用，建立 了一套 较 适合快速钻井的钻井液性能参数 塑性黏度保持在 1 5 ～3 0 mP a S之间，动切力保持在 l O ～ l 8 P a 之间，动塑比 保持在 O ． 3 ～0 ． 5 P a ／ mP a s 之间，漏斗黏度控制为 5 0 ～6 5 s 。该体系不仅有利于提高钻速，而且还成功地解决 了 P DC钻头泥包与地层起下钻遇阻、遇卡和井径扩大率增大的问题，为深井钻井提供 了一种新型高效钻井液体系。 关键词 双聚磺钻井液 ； 抑制性钻井液 ； 胺基聚醇 ； 深井钻井 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识 码 A 1 概 况 渤南油 田属于济 阳坳陷沾化 凹陷东北部的渤南 洼陷。该油田主要开发层 系为沙三段 ，属深湖一半 深湖湖相沉积 ，砂体为浊积扇体 ，是一个低渗透 、 低黏度 、低饱和、断块封闭 、天然能量不足的受构 造控制的岩性油藏 ，具有埋藏深、渗透性差 、泥质 胶结为主、黏土矿物含量较高 、自然产能低等特点。 渤南油田上部东 营组为灰色 、灰绿色泥岩夹灰色砂 岩不等厚互层 ； 下部为浅灰、深灰色泥岩 、油泥岩 夹砂岩 ，容易发生黏土膨胀缩径事故 ； 沙三、沙 四 段地层为含泥质长石岩屑不等粒细砂岩、泥岩、泥 质油页岩、细粒硬砂岩 ，含膏泥岩 ，储层薄 ，岩性 以细砂岩、泥岩 、油页岩为主 ，大多砂组分布不稳 定 ，沙三段地层压力高，沙四段地层压力与沙三段 相比较低，容易发生井漏，裸眼井段长，不同的压 力 系数存在于同一裸眼段 内。渤南地 区有效孔隙度 为 1 8 ． 0 ％，平均空气渗透率为 9 ． 81 0 一 r n } ，粒度 中值为 0 ． 1 8 mm。其敏感性为中等水敏 、中等碱敏 ， 弱盐敏 、弱速敏 、非酸敏地层。研制的双聚磺胺基 聚醇钻井液在该地 区进行 了 6口井试验 ，成功地解 决了该地区存在的多套压力共存 、地层温度 高、井 壁稳定性差、钻具容易遇阻、井径扩大率大等难题。 2钻井 液技术难 点 该区块上部地层黏土矿物以蒙脱石为主，地层 松软 、渗透性好 ，水化膨胀能力强 ，钻井液黏度和 切力高时易发生起钻遇卡、下钻遇阻 ，钻井液黏度 和切力低时易发生下钻遇阻、划 眼 ； 下部沙河街组 地层 以泥质 、灰质泥岩段及油页岩和灰绿、灰、紫 色泥岩与粉砂、细砂岩互层为主 ，极易发生剥落掉 块及垮塌 。造成钻井过程中起下钻遇阻划眼的原 因 比较 明显 ， 井壁稳定问题十分复杂。根据上述情况 ， 钻井液施工存在 以下几方面的技术难题。①上部地 层岩石分散严重 ，易水化膨胀、缩径 ，渗透性极强， 易发生渗漏 ，形成厚泥饼 ，极易发生起下钻阻卡。 ② 中部地层的砂岩渗透性好 ，易发生渗透性漏失和 “ 糊井 眼”现象 。③下部沙一段地层压力系数较低 ， 属于低压低渗层位 ； 沙三下地层压力系数较高 ，属 基金项 目 国家重大办项 目 “ 低渗油气田高效开发钻井技术”课题 “ 低渗透储层保护技术研究” 2 0 0 8 Z X0 5 0 2 2 - 0 0 4 部分研 究内容 。 第一作者简介 王劲松，工程师，1 9 6 6年生，2 0 0 4年毕业干中国石油大学 华东 石油工程专业，主要从事钻井技术及 应用研究。地址 山东省东营市河口区渤海钻井二公司 ； 邮政编码 2 5 7 2 0 0； 电话 0 5 4 6 8 5 7 0 3 8 4； E ma i l z 2 w j s s l o f ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 0年 5月 于高压低渗层位 ； 沙四段地层压力系数低，在同一 裸 眼井段中，如何协调平衡地层的坍塌应力 以及 防 止地层流体溢出、下部地层防漏 、防硫化氢 、抗盐 膏污染等技术难题成为该区块施工难点。④裸眼井 段长 ，地层 硬脆性泥岩 和泥质油页岩 易坍塌掉块， 坍塌应力较高，其岩性复杂 ； 并且地温梯度高，为 3 ． 8 ～4 ． 0。 C／ 1 0 0 r n ，完钻井底温度高达 1 7 0。 C，钻 井液必须具有 良好的抗油气污染和抗温能力 ，同时 钻井液要有 良好的携岩能力和防卡润滑性 。 3 钻井液体 系设计及性能研究 根据渤南油田地质储层特点、技术难点，钻井 液应该具有强抑制性、强润滑性、高抗温性、优 良 的储层保护性能。 针对这种要求，国内外主要采用 强抑制防塌钻井液体系 U - 3 ] ，目前用得比较多的是高 性能钻井液 [4 - ，因此优选了胺基聚醇钻井液。胺 基聚醇属聚胺改性聚醚多元醇类防塌剂，因有机结 合了聚胺和聚醚多元醇 2者的优点，它不仅具有 阳 离子强吸附、强抑制、作用时间长等优点，而且克 服了阳离子对钻井液严重絮凝、增加滤失量等弱点， 是对付强水敏地层、软泥岩地层及其它复杂地层优 良的页岩抑制剂。该剂与其他防塌剂 的配伍使用使 水基钻井液的泥饼渗透率 、岩石空隙度降低 ，具有 稳定井壁和保护油气层的作用。通过室内实验，优 选的体系配方如- F , 并对该钻井液的性能进行了 评价。 4 ％～5 ％ 膨润土 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％ P AM 2 ％～ 3 ％ 褐 煤 树 脂 2 ％ ～3 ％ 低 荧 光 磺 化 沥 青 2 ％～3 ％ 磺化酚醛树脂 1 ． 0 ％～2 ． 0 ％ 胺基聚醇 0 ． 5 ％S F ． 1 0 ． 5 ％防水锁剂 1 ％～2 ％ 非渗透处理剂 其它添加剂还有烧碱 、随钻堵漏剂 、除硫剂 、重晶 石粉和 S F 一 4 等 3 ． 1 抗盐和抗钙 性能 对 比了常规聚磺钻井液 1 和双聚磺胺基聚醇 钻井液 2 的抗盐和抗钙性能 ，结果见表 1 。从表 1 可以看出，双聚磺胺基聚醇钻井液的抗盐和抗钙能 力优于常规聚磺钻井液。 3 ． 2 抗钻屑污染性能 选用易坍塌层段 的岩屑对该钻井液进行了抗污 染实验，结果如表 1 所示 。从表 1 可以看出，当聚 磺钻井液侵入 5 ． 0 ％ 岩屑后 ，体 系的动切力大幅度 增加 ，且初切增加较大 ，这会增加开泵 的难度。而 双聚磺胺基聚醇钻井液在加入 5 ．0 ％钻屑后，其性 能保持稳定 ，动切力和滤失量略有增加 ，动塑 比略 有降低 。这表明该体系具有很强的抗污染能力。 表 1 2种钻井液的抗污染能力对比 注 钻井液性能在 1 5 0 D C 滚动 1 6h 后测定，其 p H值均 为 9 。 3 ． 3 抑制性 能 使用义2 8 5 井地层岩心，压碎过筛，研磨成粒 径小于0 ．0 7 6 n l r n 的颗粒， 采用N P ． 0 1 仪测定蒸馏水、 钻井液滤液的膨胀抑制性 ，结果如图 1 所示。 3 ． 5 目 3 ．0 2．5 蓬翟 漤 1 ． 0 O ． 5 O ． 0 - 一 蒸馏水 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 o 0 时间m 图 1 页岩在蒸馏水和滤液中浸泡不同时间的膨胀高度 由图 1 可知， 聚磺体系和双聚磺胺基聚醇体系 的抑制性能都很好，比蒸馏水的抑制性高很多，特 别是双聚磺胺基聚醇体系，其抑制性能更佳，膨胀 量只有 0 ． 9 9 mm。这是因为胺基聚醇在其 中起着关 键作用。随后 ，还采用滚动回收实验研究了该体系 的分散抑制性， 结果如表 2 所示。从表 2 可以看出， 双聚磺胺基聚醇钻井液的抗岩屑分散能力最强，岩 心形状无 明显变化 ， 这充分证明该体系的强抑制性。 虽然在胺基聚醇总浓度中处于活跃状态的离解胺浓 度不大 ，但是其能够抑制地层孔隙表面黏土 中的活 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 7卷 第 3 期 王劲松等 双聚磺胺基聚醇钻 井液在渤南低渗油田的应用 5 3 跃易水化基团 ，吸附覆盖在表面 ，防止活性易水化 黏土的膨胀 。胺基聚醇的抑制作用具有一定的长效 性 ，防止了地层流体段塞对地层孔隙的冲刷作用对 黏度抑制性能的影响 ，可 以保证钻井作业结束一段 时间后的地层抑制效果 。胺基聚醇与钻井液中的有 机增黏剂具有较好 的协同作用 ，因此 ，在体系中一 定要加入一定含量的有机增黏剂 。 表 2 义 2 8 5井沙二段岩心在不同体 系中的回收率 1 5 0。 C 、1 6 h 此外 ，还用义 2 8 5 井沙二段的岩心进行 了渗透 率恢复实验。实验结果表明 ，双聚磺胺基聚醇钻井 液 的渗透率恢复值在 8 5 ． 0 ％ 以上 ，而常规聚磺钻井 液的渗透率恢复值在 6 5 ％7 5 ％之间。 4 双 聚磺胺基 聚醇钻井液 的应 用情况 4 ． 1 现场应用技术 三 开后使用 双聚磺 胺基 聚醇钻井 液 ，其技术 要点包括 从东营组 中下部地层开始强化钻井液性 能的调整 ，首先在前期固控设备连续运转、固相控 制 比较好 的基础上 ，加大聚合物和清水 的用量 ，使 基浆密度不大于 1 ． 1 0 g ／ c m。 膨润土含量不大于 0 ． 0 4 g ／ c m ，钻屑含量小于 0 ． 0 2 g , c m ，在此基础上强化 防塌措施 加入低荧光封堵防塌剂、磺化酚醛树脂 、 褐煤类 防塌剂 ，在进入 沙河街组地层前使沥清类 、 树脂类 、褐煤类 防塌剂都达到 2 ％ 以上 ，即 利用 沥青类防塌剂易于进入微裂缝发育地层破碎泥岩的 微裂缝形成架桥封堵 的作用 ，再配合树脂和褐煤类 防塌剂 ，在微裂缝处形成 良好 的内外泥饼 ，同时利 用聚合物和胺基聚醇防塌剂起到复合防塌抑制作 用。再利用硅氟稀释剂调整钻井液流变参数 ，优化 效果要达到 流型好 、剪切稀释特性好 ； 水眼黏度 低、 塑性黏度低； 控制适当的流态、 适当的携岩能力、 适当的触变性 ，即 “ 两好 ，两低 ，三适 当”的水平 。 尽量降低水眼黏度 ，以利于钻头水力破岩效率。 4 ． 2现场应 用 通过在渤南油 田义2 8 3 、义 1 7 2 一 斜 5 、义 1 0 9 - 2 、 义 9 4 4 、义 2 8 6 、义 1 7 6等 6口井的现场实践证 明， 该钻井液能够有效提高钻井液的防塌能力，降低钻 井液的高温高压滤失量，达到了 “ 两好，两低，三 适当”水平 ，整个施工过程均顺利 。以义 2 8 6 、义 1 7 6和义 9 4 4井为例验证该体系的优越性能。 义 2 8 6井位 于济 阳坳 陷沾 化 凹陷渤南洼 陷义 2 8 6井位 ，是油 田部署的一 口重点评价井 ，完钻井 深为 4 6 7 4 m。该井地层成 岩性差 、掉块严重且夹 层较多，易斜、易漏、易坍塌。邻井义 3 4 1 0 1 、义 1 7 3 、义 2 8 8 井使用聚磺钻井液，都出现不同井壁 失稳现象 ，特别是义 3 4 1 0 1 、义 1 7 3井因井壁失稳 掉块发生卡钻等复杂情况。在三开井段 的施工 中， 采用双聚磺胺基聚醇钻井液体系 ，充分发挥胺基聚 醇 的抑制作用 ，降低泥饼渗透率 ，抑制泥页岩水化 膨胀 ，有效地稳定 了井壁 。表 3给出了义 2 8 6井实 钻三开钻井液性能。从表 3结果可以看出，在整个 三 开过程 中，体 系密度为 1 ． 3 5 ～ 1 ． 5 4 g ／ c m ，黏度 和动切力变化不 大，p H值保持稳定 ，高温高压滤 失量不断降低 ， 润滑系数均保持在 0 ． 0 8 ～O ． 1 0之间 ， 膨润土含量 明显降低 。 该体系 的使用保证 了 P D C钻头在井下工作 2 6 d 、连续钻进 9 5 0 m且起 下钻畅通无 阻。在钻进过 程 中因机械修 理 ，钻 具在井 深 4 6 2 0 m处 静止 达 2 8 ． 1 7 h后 ， 活动钻具基本无阻卡显示 ， 且井径规则 、 井径扩 大率小 ，平均扩大率 为 8 ％～ 1 0 ％，保证 了 完井作业施工的顺利 。 义 1 7 6井从井深 3 5 5 2 m进入沙 四段地层 ，有 1 2 0 m的盐膏层 ； 在井深 3 5 3 4 m出现严重的油气侵 ， 同时点火成 功 ，火焰达 到 3 ～8 m，在 以后 的钻进 中都 出现 了点火现象 。在钻井过程 中，该钻井液黏 度为 4 5 ～5 0 S ，静切力 为 2 ～3 ／ 3 ～ 1 4 P a ／ P a ，滤失 量为 2 mL，在 1 5 0。 C、3 ． 5 MP a的高温高压滤失量 为 8 mL， 塑性黏度为 2 2 ～2 4mP a S ， 动切力为 7 ～1 0 P a 。在盐膏层井段起下钻的过程中 ，未出现遇阻的 现象 ，建井周期为 7 0d ，比设计提前 1 3 d 。 义 9 4 4井位于济 阳坳陷沾化 凹陷渤南洼陷渤东 斜坡义 9 4 4 砂体高部位。技术套管下深为 1 3 0 2 m， 裸眼井段长度超过 2 7 0 0 m。三开所钻穿 的馆陶组 、 东营组、沙河街组地层，在邻井下钻的过程中都有 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 0年 5月 注 测定凡 的实验条件为 1 5 0。 c、3 ． 5 MP a 。 严重 的遇阻现象 ，通过划眼到底 ，耗 时 8 d ，经济 损失高达 8 0多万元。义 9 4 4井在二开钻井液 的基 础上 ，加入胺基聚醇 ，使体系转化为双聚磺胺基聚 醇钻井液。使用该体系后 ，起下钻顺利 ，无遇阻现 象发生。该体系较好地抑制 了井壁坍塌 ，保障了施 工的顺利进行 。义 9 4 4井从完钻到完井长达 1 2 d的 时间内未出现井塌现象 ，证 明该钻井液具有 良好的 防塌效果。 根据前面 6口井的施工情况发现，钻井液塑 性黏度应保持在 1 5 ～3 0 m P a S 、动切力应保持在 1 0 , -1 8 P a 、动塑 比保持 为 0 ． 3 ～0 ． 5 P mP a S 、漏 斗黏度控制在 5 0 ～6 5 S 的情况下，钻井最为顺利 ， 储层保护效果最佳。 5结论 与建议 1 ．双聚磺胺基聚醇钻井液具有很强的抑制性 ， 通过胺基聚醇 的强抑制性和聚磺体系 的防塌作用 ， 能够大幅度提高和改善泥饼质量， 减少滤液的进人， 降低黏土的水化膨胀，起到防塌和稳定井壁的双重 效果 ，可以最大程度地减少井下复杂情况的发生。 2 ．通过对钻井液 中黏土含量和流变性能的控 制 ，钻井液塑性黏度应保持在 1 5 ～3 0 mP a S ，动 切力应保持为 1 0 ～1 8 P a ，动塑比保持在 O -3 ～0 ． 5 P m P a S 之间，漏斗黏度控制为 5 O ～6 5 S 。 3 ．该体系能够抗 1 5 0 o C 高温，抗高温处理剂 和胺基抑制剂 的使用提高了钻井液 的热稳定性 ，保 证了钻井液在高温条件下能保持优 良性能。 4 ．从室内实验及现场应用结果可看出，胺基聚 醇具有调节钻井液流型和提高润滑性的辅助作用。 5 ．继续深化胺基 聚醇在双聚磺钻井液 中作用 机理的研究 ，继续加强该体系的应用研究 。 参 考 文 献 [ 1 】 鄢 捷年 ． 钻 井液 工 艺学 [ M】 ． 东营 石 油大 学 出版社 ， 20 03 ． 1 1 ． [ 2 ] 蓝强 ， 邱正 松 ， 王毅 ． 硅 酸盐钻井 液防塌 机理研究 [ J ] ． 石油学报， 2 0 0 7 ， 2 8 5 1 3 3 ． 1 3 8 ． [ 3 】 王建华， 鄢捷年 ， 丁彤伟 ． 高性能水基钻井液研究进展 f J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 7 ， 2 4 1 7 1 ． 7 5 ． [ 4 】 唐代绪， 蓝强， 侯业贵，等 ． 高性能胺基钻井液的研究 进展 [ J ] ． 石油工程技术， 2 0 0 8 ， 6 1 5 5 ． 6 0 ． [ 5 】 张克勤 ， 何纶，安淑芳， 等 ． 国外高性能水基钻井液介 绍 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 7 ， 2 4 3 6 8 ． 7 3 ． f 6 ]6 张启根，陈馥， 刘彝 ， 等 ． 国外高性能水基钻井液技术 发展现状 【 J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 7 ， 2 4 3 7 4 ． 7 7 ． [ 7 ] 王树永 ． 铝胺高性能水基钻井液的研究与应用 [ J 】 ． 钻井 液与完井液 ， 2 0 0 8 ， 2 5 4 2 3 ． 2 5 ． [ 8 ] 许明标， 张春阳， 徐博韬， 等 ． 一种新型高性能聚胺聚合 物钻井液的研制 [ J 】 ． 天然气工业， 2 0 0 8 ， 2 8 1 2 5 1 ． 5 3 ． [ 9 ] 邱正松，钟汉毅 ，黄维安 ，等 ． 高性能水基钻井液特 性评价实验新方法 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 9 ，2 6 2 5 8． 5 9． 收稿 日期2 0 0 9 ． 1 1 ． 3 0 ；I N DF 1 0 0 3 W5 ；编辑汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m