聚胺钾盐钻井液在哥伦比亚南部区块的应用.pdf

第 3 1 卷 第 4期 2 0 1 4年7月 钴井液与 完井 液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D V0 1 ． 31 NO ． 4 J u l y 2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 1 ． 0 2 5 聚胺钾盐钻井液在哥伦比亚南部区块的应用 张捷 ， 许根 1 ． 大港油田石 油工程研究 院 ，天津 ； 2 ． 渤海钻探泥浆技术服务分公司 ，天津 张捷等 ． 聚胺钾盐钻井液在哥伦比亚南部区块的应用 [ J J _ 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 4 8 6 培8 ． 摘要哥伦比亚南部 J a z mi n区块地质构造和地层岩性比较复杂，特别是 Umi r 地层水化膨胀造浆非常厉害。U mi r 地层由灰色和黑色的泥岩构成，并间歇性掺杂有煤层，属于典型的三角洲平原沉积。该 区块大致分 3种类型， I类 储层孔隙度大干 3 3 ％，渗透率大于 8 m ；Ⅱ类储层孔隙度为 2 9 ％～3 3 ％，渗透率为7 ． 5 ～9 g m ；I I I 类储层孔隙度为 2 5 ％ 2 9 ％，渗透率为 5 ～7 ． 5 g m2 。通过采集该 区块岩屑与港内的明化镇组岩心膨胀性等分析对比，决定用聚胺钾盐 体系，该体系中的主剂YH S UP 、Y H C O A、Y H， L UB通过相互协 同作用可以在井壁岩石和钻屑表面形成膜，很大程 度 地提升 了体 系的抑制性和润滑性 ； 该钻 井液性能稳定 ，抗污染 能力强，并且无毒 ，易生物降解 ，较好地 满足 了当地 环境保护要求，且现场应用效果良好，特别针对Umi r 地层的强水敏性泥岩以及L a L u n a上部易剥落掉块页岩有着显著 效果，缩短 了钻井液处理 时间 ，保 障 了井壁稳定 和井下安全。 关键词 聚胺钾盐钻井液 ； 哥伦比亚 ； J a z mi n区块 中图分类号T E 2 5 4 ． 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 40 4 ． 0 0 8 6 0 3 哥伦 比亚南部 J a z mi n区块是 近年来哥伦 比亚为 扩大该国石油产量在拉美地 区的影响而重新批准勘探 的新区块。该区块作业环境相对安全 ， 气候 比较炎热 ， 地质构造和地层岩性 比较复杂 ，特别是 Umi r 地层水 化膨胀造浆非 常严重。通过资料调研 ，发现 2 0世纪 9 0年代在该 区块 曾打过几 口探井 ，但后因种种原 因 而关闭。当时的钻井液技术 由 MI ． S WAC O和 B a r i o d 公 司提供 ，钻至 U mi r 地层曾几度因钻井液原 因被迫 停钻并全井更换钻井液。Umi r 地层 由灰色和黑色的 泥岩构成 ，并间歇性掺杂有煤层 ，属于三角洲平原沉 积。在现场施工 中，Umi r 的泥岩带来 了极大 的技术 难题 ，大块的岩屑具有极强的黏性 ，筛布糊死损坏导 致了一级 固控设备振动筛险些失去作用 ； 再加之下部 的强水敏性页岩 ，导致前期 的循环都能见到大量剥落 掉块的岩屑。 1 钻井液配方优选及性能评价 室内初步将甲酸钾加量确定为 5 ％， 然后对其他处 理剂进行优选 ，确定 了聚胺钾盐钻井液配方如下 U - 5 ] 。 清 水 4 ％ 膨 润 土 0 ． 0 7 ％～0 ． 1 5 ％ KP A M 1 ％～2 ％ P AC L V 1 ％～2 - 3 ％抑 制 剂 YH S U P 1 ％～2 ． 3 ％ 增 效 剂 YH L UB 0 ． 4 3 ％～0 ． 7 ％ 包 被 剂 Y H． C O A 5 ％ 甲酸钾 聚胺钾盐钻井液主剂的特点及作用机理如下。① 抑制剂 YH S UP [ 2 具有独特 的分子结构 ，其分子能很 好地镶嵌在黏土层 间，并使黏土层紧密结合在一起 ， 从而降低黏土吸收水分的趋势 。它 主要是中性的胺类 化合物分子通过金属离子吸附在黏土上 ，或者是质子 态的胺通过离子交换作用替代金属离子。②增效剂 YH L U B 【 3 能在金属和岩石表面形成一层油膜 ，使金 属和钻屑表面的润湿性发生改变 ，防止钻屑的聚结和 黏 附，从 而提高机械 钻速。③包被剂 Y H． C O A『 4 是 一 种分子量在 1 0 0万左右 、极易溶于水的阳离子共聚 物乳液 ，起包被钻屑和稳定页岩作用 ，具有良好的生 物降解性，对海洋生物毒I生 低。这种共聚物能在页岩 和钻屑表面形成保护膜 ，避免钻屑黏糊振动筛和钻屑 相互黏结 。 其合适的电荷密度能限制水穿透黏土颗粒 ， 改善聚合物与黏土问的键合能力 。 1 ． 1 钻井液流变性能及润滑性能 如表 1 所示 ，该配方钻井液在 1 5 0 c IC 下老化 1 6 h 第一作者简介 张捷，2 0 0 7年毕业于江汉石油学院化学工程与工艺专业，现主要从事钻完井液、修井液及业内单剂优选和 评价工作。地址 天津市大港 区泰达港湾 1 2 2 6 0 1； 邮政编码 3 0 0 2 7 0； 电话 1 5 8 2 2 6 3 3 5 8 2； E - ma i l 3 6 5 1 4 7 6 8 q q ． c o rn． ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 1 卷 第4 期 张捷等聚胺钾盐钻井液在哥伦比亚南部区块的应用 8 7 后，其流变性仍然很好，滤失量较低。 表 1 聚胺钾盐钻井液高温老化前后 1 5 0 、1 6 h 的性能 使用泥饼黏滞系数测定仪测试了该钻井液老化前 后润滑性能。如表 2所示 ，该钻井液具有超强 的润滑 性 ， 与油基钻井液相当 ， 满足定向井钻井施工的要求 。 表 2 密度为 1 ． 1 0 g ／ c m 聚胺钾盐钻井液的润滑眭能 1 ． 2 抗污染能力 该体系主要用于水敏性较强地层钻进，因此体系 的抗 劣质土污染能力 尤为重要 。如表 3 、表 4所示 ， 聚胺钾盐体系具有 良好 的抗劣质土和抗钙污染能力。 表 3 聚胺钾盐钻井液的抗岩屑污染实验 老化前4 5 ．0 2 7 1 8 ． 0 0 ． 6 7 3 ． 6 0 1 5 0℃ 、 1 6h 3 8 ． 0 2 1 1 7 ． 0 0 ． 8 1 3 ． 0 老化前 4 7 ． 5 2 7 2 0 ． 5 0 ． 7 6 3 ． 6 5 1 5 0℃ 、 l 6h 4 6 ．0 2 7 1 9 ． 0 0 ． 7 0 3 ． 0 老化前 5 5 ． 0 3 6 1 9 ． 0 0 ． 5 3 2 ． 6 1 5 1 5 0℃ 、 1 6h 51 ．5 3 1 2 0 ． 5 0 ． 6 6 2 ． 4 老化前 1 ． 2 5 2 7 1 8 7 ／ 1 0 ． 0 3 ． 6 0 1 5 0℃ 、 1 6 h 1 ．2 5 2 1 1 7 6 ／ 9 ． 0 3 ． 0 老化前 1 ． 2 6 2 7 l 8 6 ／ 9 ． 0 4 ． 6 5 1 5 0 c C、 1 6 h 1 ． 2 6 2 5 1 5 5 ／ 8 ． 0 4 ．6 老化前 1 ．2 8 2 6 1 6 5 ／ 8 ． 0 5 ．0 1 0 1 5 0℃ 、1 6 h 1 ． 2 8 2 2 1 6 5 ／ 7 ． 5 5 ． 2 1 ． 3防泥包性 能 观察钢棒在 受试 的钻井液 中在 1 5 0℃热滚 1 6 h 后 的泥包状态 ，结果见 图 1 。从 图 1 可以看 出，在聚 合物钻井液 中，钢棒泥包现象最严重 ； 在有机硅钻井 液 中，钢棒表面黏附较少 的钻井液 ； 而在聚胺钾盐体 系中 ，几乎没有钢棒泥包现象。 聚合物体系 有机硅体系 聚胺钾盐体系 图 1 钢棒在不同钻井液中热滚后 1 5 0 ％、1 6 h的泥包状态 2 现场钻井液技术 2 ． 1 地质工程概况 G2井位 于哥 伦 比亚南 部 J a z mi n区块 ，属于 陆 地开发井 。其勘探 目的一是测试 L a L u n a下部地层即 T o t u ma l 地层 的油气储量 ； 二是测试 L a l u n a上 2层砂 岩的储气量 、流体压力 、获得完整 的石油物理电测资 料 以及结构 图。在该井钻井过程 中，特别是二开由膨 润土浆转化为聚胺钾盐钻井液后性能稳定 ， 施工顺利 ， 无阻、 卡现象， 多次起下钻均畅通无阻， 无复杂事故。 G2井为一 口三段制定 向生 产井 ，井 深为 3 3 4 7 m，垂 深 为 3 0 2 7 m，最 大 井 斜 为 3 2 。 。套 管 程 序 为 4 4 4 ． 5 mm3 3 9 ． 7 mm 3 1 1 mm x 2 4 4 ． 5 mm 1 7 7 ． 8 mm。 目的层为 L a L u n a l i me s t o n e 1 ／ 2 ／ 3 ， 储层掺杂有少量泥岩。二开钻井液密度为 1 ． 1 0 ～ 1 ． 1 5 g ／ c m ，三 开 钻 井 液 密 度 控 制 为 1 ． 1 8 ～ 1 ． 2 2 g ／ c m ， 使 用盐 水 完井 液 最大 程度 保 护储 层。完 井 方式 为 西1 7 7 ． 8 r f l l T l 尾管悬挂。 2 ． 2 配制与转化 将一开钻井液放掉 ，各罐及泥浆槽清洗干净 ，然 后 向罐内注入清水 ，按配方依次加入药品。调整钻井 液性能至开钻水平。下人钻具 ，开泵将套管内的钻井 液全部顶替直接放掉 。待钻井液循环好后就更换所有 振动筛筛布孔径为 9 0 ～9 6 p m，除砂器筛布孑 L 径为 6 2 g m，同时开启除砂器 与离心机 ，实时监测密度 ， 严格控制在 1 ． 1 ～ 1 ． 1 5 g ／ c m 范围内。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 8 铭井液与 完井液 2 0 1 4年 7月 2 ． 3 钻井液维护与处理 1 钻 进 过 程 中 不 断 补 充 YH S U P、Y H． L U B、 Y H． C O A等处理剂 ，确保钻 井液具有 良好 的润滑 和 抑制能力 。该井钻至 1 2 3 6 ～2 2 5 9 m井段发生严重 泥岩水化膨胀 ，钻井液黏度和切力升高 ，膨润土含量 一 度失 控 ，起下钻受 阻严 重 ，起钻 观察 。发现钻具 钻头泥包现象严重 ，结合分析M I S WAC O和 B a r i o d 公司在该区块的钻井经验后 ，决定调整钻井液主处理 剂 YH． S U P、Y H． L UB、YH C O A加量至上限。 2 钻进时钻井液 以胶液维护为主 ，保持有效含 量 ， 保证其具有 良好的抑制性 ， 严格控制膨润土含量 ， 防止井塌和井壁不稳定现象 的发生。根据需要补充其 他相关处理剂 ，调整钻井液性能达到设计要求 ，保证 钻井施工安全 。钻至下部井深 2 5 3 6 1 T I 后发现有严重 掉块，经分析为严重水敏性页岩，解决措施 降低 AP I 滤失量不 大于 3 mL，提高泥饼质量 ，适度增大 膨润土含量至 5 ％， 适度增大 K P AM 和 YH S UB含量。 3 开启全部固控设备清除有害固相。 采用离心机 、 补充胶液方法降低钻井液固相含量 ，膨润土含量控制 在 4 ％ 以下 ，钻至 L a L u n a地层后膨润 土含量应控制 在 2 ． 8 ％ 以下 ，含砂量控制在 0 ． 3 ％ 以下 ，定期 搞好 短程起下钻， 破坏并清除岩屑床， 以保证井眼的通畅。 4 要保证体系中润滑剂的有效含量，钻进过程 中发现摩阻系数升高或活动钻具拉力异常时 ，及时增 加 Y H． L UB加量 ，防止发生卡钻事故 。 5 进尺钻完后 ，大排量循环钻井液 ，将井 内砂 子携带干净 ，搞好短程起下钻 ，保证井眼畅通 ，起钻 前应循环干净 ，确保下套管顺利完成。 2 ． 4钻井液 性能 聚胺钾盐钻井液在 J a z mi n G 2井二开 、三开井段 应用 ，具体性能见表 5 。 表 5 J a z mi n G2井钻井液性能 4 0℃恒温测试 开p | F C s ／ 一 G e t { F L ／ 滤 谱 ／ ， 次2 ／ c m3 s ％P H P a ／ P a 钆mL mm 二1 ．1 0 ～4 0 ～ 4～ 7 ／ 开1 ． 1 5 5 0 0 ．3 0 8 ～9 6 ～ 1 3 5 ～9 50 5 00 O 8 三1 ．1 7 ～4 5 ～ 5 ～8 ／ 开1 ． 2 3 6 0 0 ．2 0 8 ～1 0 7-- 1 5 7 ～ 1 2 5 0 5 0 0 0 8 该体系的现场应用，证实了聚胺钾盐体系的可推 广性 ，特别在打 1 2 1 9 ～2 1 3 3 I Y l 泥 岩段 以及后续 的 水敏性极强的页岩段有较好的效果 。该 区块泥岩水化 膨胀性 、 增黏性都较港内明化镇地层有过之而无不及 ； 而强水敏性 的页岩极易膨胀剥落掉块 。从钻井液性能 可知 ，聚胺钾盐钻井液性能稳定 ，AP I 滤失量和钻井 液润滑系数能控制很低，保证了钻井作业顺利进行。 3结论 和认 识 1 ． 聚胺钾盐钻井液 中的主剂 YH S UP 、 YH C OA、 Y H L UB经相互协同作用后可 以在井壁岩石和钻屑表 面形成膜， 很大程度地提升了体系的抑制性和润滑性。 2 ． 聚胺钾盐钻井液现场应用效果 良好 ，特别针对 U mi r 地层 的强水敏性泥岩 以及 L a L u n a上部易剥落掉 块页岩有着显著效果 。 3 ． 聚胺钾盐钻井液性能稳定 ，抗污染能力强 ，并 且无毒 ，易生物降解 ，满足了当地环境保护的要求 。 4 ． 聚胺钾盐钻井液无荧光，有利于探井的地质卡 层 ，确保油气层 的及时发现和准确评价 ，因而具有广 阔的推广应用前景。 参考文献 [ 1 】 郝帅 ． 哥伦比亚圣湖能源区块 J AZ MI N油田渐新统沉积 相及储层特征研究 [ D】 ． 成都 成都理工大学，2 0 1 1 ． Ha o S h u a i t h e s t u d y o f o l i g o c e n e s e d i m e n t a r y f a c i e s a n d r e s e r v o i i n j a z mi n o i l fi e l d h o l y e n e r g y b l o c k i n c o l o mb i a[ D】 ． Ch e n g Du Ch e n g Du Un i v e r s i t y Of Te c h n o l o g y， 2 01 1 ． [ 2 ] 王中华 ． 油田化学品应用现状及开发方向 [ J ] ． 精细与专用 化学 品 ，2 0 0 6 ，1 4 2 4 1 - 5 ． W a n g Zh o n g h u a ．Ap p l i c a t i o n s t a tu s a n d d e v e l o p me n t t r e n d s o f o i l f i e l d c h e mi c a l s [ J ] ．Fi n e A n d S p e c i a l t y C h e mi c a l s 2 0 0 6 ，1 4 2 4 1 5 ． [ 3 ] 张启根，陈馥，刘彝，等 ． 国外高性能水基钻井液技术 发展现状 f J 1 ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 3 7 4 7 7 ． Z h a n g Qi g e n ， C h e n F u ， L i u Y i ， e t a 1 ． De v e l o p me n t o f h i g h p e r f o r ma n c e w a t e r b a s e mu d s a b r o a d [ J ] ． Dr i l l i n g flu i d＆ c o m p l e t i o n flu i d ， 2 0 0 7 ，2 4 3 7 4 7 7 ． [ 4 ] 黄浩清 ． 安全环保的新型水基钻井液 UL T R A DR I L L [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 4 ，2 1 6 4 - 7 ． Hu a n g Ha o q i n g ． An e n v i r o n me n t a l l y s a f e wa t e r b a s e d r i l l i n g fl u i d u l t r a d r i l l [ J ] ． Dr i l l i n gflu i d＆ c o m p l e t i o n flu i d ．2 0 0 4 ． 2 1 6 4 ． 7 ． [ 5 ] 刘斌， 徐金凤 ， 蓝强， 等． 甲酸盐及其在钻井液中的应用 [ J ] _ 西部探矿工程，2 0 0 7 2 4 7 3 7 6 ． L i u B i n ， Xu J i n f e n g ，L a n Qi a n g e t a 1 ． T h e a p p l i c a t i o n o f f o r ma t e b a s e d d r i l l i n g fl u i d [ J 】 ． We s t c h i n a E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g ，2 0 0 7 2 4 7 3 7 6 ． 收稿 日期2 0 1 4 ． 0 5 1 1 ；HG F 1 4 0 2 N4 ；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m