强封堵有机盐钻井液在致密油水平井中的应用.pdf

第 3 0卷 第 3期 2 0 1 3年5月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D V_0 1 ． 3 O No ． 3 M a y 201 3 【 理论研究与应用技术 】 强封堵有机盐钻井液在致密油水平井中的应用 张洪伟 ， 孟庆立 ， 解经宇 ， 刘彦妹 ， 左凤 江 ， 李建 民4 ， 刘明峰 ， 王立东 1 ． 渤海钻探工程技术研究院，天津； 2 ． 中国地质大学 武汉 工程学院，武汉； 3 ． 华北石油管理局储气库管理处，河北廊坊 ； 4 ． 渤海钻探第二录井分公司，河北任丘 ； 5 ． 渤海钻探第五钻井工程分公司，河北河间 张洪伟等 ． 强封堵有机盐钻井液在致密油水平井中的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 3 4 3 ． 4 6 ． 摘要 阿密 l H井是华北油田针对致密油领域在二连油田部署的第 1口预探水平井，完钻井深为2 7 0 0 m。水 平位移长 1 2 1 8 m，水平段长 9 7 0m，水平井段岩性以大段硬脆性泥岩或砂泥岩为主。用邻井泥岩掉块做实验发现， 掉块在有机盐／ 聚胺高抑制性溶液中的回收率很高，但浸泡实验表明，岩屑块仍然在短时问内出现明显的裂纹，长 时间浸泡后掉块水化分散明显 ； 掉块在有机盐／ 铝合物封堵剂溶液中浸泡 2 0 h后，铝合物在掉块表面或裂缝处析 出白色沉淀，紧密附着在岩屑上。因此决定采用具有良好抑制性的有机盐钻井液钻井，并且引入 了铝合物封堵剂 封堵硬脆性泥页岩微裂缝。在现场施工中，该强封堵强抑制钻井液克服了井眼水平位移大、井壁易垮塌、井眼轨 迹复杂、完井作业时间长等诸多难题，满足致密油特殊地层开发的钻井需求。 关键词硬脆性泥页岩 ； 有机盐钻井液 ；强封堵钻井液 ； 铝合物 ； 致密油 ； 水平井 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 30 3 ． 0 0 4 3 。 0 4 致密油是继页岩气之后全球非常规油气勘探开 发 的又一新的热点 [ 1 】 。 目前 中国致密油的勘探开发 和相关研究仍处于准备阶段，总体勘探程度与地质 认识程度低， 但是致密油资源的初步勘探评价表明， 致密油将是非常现实的石油接替资源。阿密 l H井 是华北 油 田针对 致密油领域 在二连 区块部署 的第 一 口预探水平井 ，完钻井深为 2 7 0 0 m，水平段长 9 7 0 m，最大水平位移为 1 2 1 8 m，最大井斜为 8 4 。 。 为保 证该井二开 的顺利施工 以及保护储层 的需要 ， 在该井段采用 了高性能有机盐钻井液 [ 2 -4 ] ，克服 了 井壁稳定、井眼轨迹复杂等难题 ， 顺利完钻。 1 地质工程概况 二连 油 田阿尔 区块属 于老油 田，面 临稳产 上 产的压力 ，随着水平井和压裂技术的进步，原先 被认为没有开采价值的致密油储层，通过规模有 效开发 ，非常有潜力成为原油上产的重要资源 。阿 密 1 H井勘探 目的为探索阿南背斜阿 3 5区块腾一下 段致密油 的分布及产能 ，先后钻遇赛罕组 、腾格尔 组 ，目的层为腾一下段。华北油 田的致密油主要 为 致密砂岩油 ，而这种致密砂岩层常与厚层泥页岩互 层，甚至泥页岩占更高比例，给钻井施工带来很大 挑战。阿密 1 H井致密油 目的层就是典型的大段深 灰色硬脆性泥岩与致密砂岩互层 ，水平段需要穿越 长泥页岩或泥砂岩层 ，井壁稳定性差 。该井井身结 构 为 3 7 4 ． 6 mm 4 1 2 m 西2 7 3 ． 1 mm 4 1 0 m 2 1 5 ． 9 m m x 2 7 7 9 ． 8 5 m 1 3 9 ． 7 mm 2 6 7 7 m o 2 钻井液技术难点 1 该井上部直井段接近 1 0 0 0 m几乎全部为灰 色泥岩 ，返 出的块状岩屑泡在清水里很快就分散为 细小岩屑，造浆严重 ； 下部井段岩性 以硬脆性灰色 泥岩或者砂泥岩为主 ，易发生剥落掉块 ，甚至井下 垮塌情况 ， 对钻井液的抑制防塌能力提出很大挑战。 基金项目 中国石油集团重大现场试验项 目 “ 大位移井强抑制高润滑水基钻井液技术研究及现场试验” 2 0 1 0 F 一 2 9 o 第一作者简介 张洪伟， 工程师， 1 9 8 1 年生， 2 0 0 7年毕业于中国科学院研究生院物理化学专业， 现在从事钻井液研究工作。 地址 河北省任丘市 1 9号信箱 ；邮政编码 0 6 2 5 5 2；电话 0 3 1 7 2 7 1 0 7 4 5； E - ma i l z h wp u f a n f o x ma i l ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷 第 3期 张洪伟等 强封堵有机盐钻井液在致密油水平井中的应用 4 5 屑上 ，该沉淀为 A1 O H 沉淀 ，进一步验证了铝 合物封堵剂稳定井壁的作用机理，表明铝合物封堵 剂能够提高硬脆性泥页岩的稳定性。 用 NP 一 1页岩膨胀仪测定 岩心 的 8 h线性膨胀 量，结果见表 2 。可以发现，与常规聚合物体系相 比，有机盐钻井液抑制膨润土水化膨胀 的能力明显 增强 ，加入铝合物封堵剂后能够进一步增强体系的 封堵效果 ，有利于井壁的稳定 。 表 2 页岩膨胀 性测试数 据 测试流体 膨胀量 h ／ m m膨胀率 ／ ％ 3 ． 3 抗钻屑污染能力 将 阿尔 4井易水化 的泥岩钻屑烘干粉碎 ，过孔 径为 0 ． 1 8 mm 的筛 ， 将不 同量钻屑加人钻井液中后 ， 测其老化前后的性能 ，结果见表 3 。由此可知 ，随 着钻屑的加入 ，钻井液的黏度和切力变化较小 ，而 滤失量略有减小 ，表 明钻井液能够抑制泥页岩水化 造浆 ，抗钻屑污染能力较好 。 表 3 钻井液抗钻屑污染评价 热滚条件为 9 3℃ 、1 6h 4钻 井 液 工 艺 二开钻井液上部直井段采用改造后 的常规体系 打钻。二开初始上部井段主要是大段 的灰色泥岩 ， 造浆严重 ，钻井液维护 以补充胶液为主 1 ％ 钻井 液包被剂 1 ． 5 ％ 改性降滤失剂 ，同时配合无荧光防 塌剂 和成膜 降滤失剂 ，保证较低 的滤失量和 良好的 抑制性 。造斜点前钻井液漏斗黏度为 3 5 ～5 0 S ，中 压 滤 失 量 为 6 ～8 mL，密度 为 1 ． 0 5 ～ 1 ． 1 2 g ／ c m 。 钻至造斜点 1 2 6 9 m，起钻 至套管鞋 ，将钻井液转 化为有机盐钻井液 ，转化后 的有机盐钻井液漏斗黏 度为 4 5 S ，中压滤失量为 5 mL，密度为 1 ． 1 3 g ／ c m ， 钻进期间钻井液维护 以补充胶液为主 3 ％ 防塌降 滤失剂 1 ％改性降滤失剂 1 ％成膜降滤失剂或无 荧光防塌剂。根据胶液的维护量，按比例补充有机 盐，保证钻井液有机盐含量不低于 1 5 ％，以维持体 系良好的抑制性。在固控设备的使用上，振动筛尽 可能使用孔径小于 0 ． 1 2 5 m i l l 的筛布，除砂器和离 心机常开 ， 最大限度地降低钻井液劣质固相的含量。 随着井斜 的增加 ，在形成致 密泥饼 的前提下 ， 根据实钻情况及时加入固体润滑剂和无荧光高效润 滑剂 ，防止托压现象 的发生。进入储层水平段后 ， 针对水平段硬脆性泥岩含量过高 、地层易垮塌的特 点 ，体系 中引入 2 ％铝合物封堵剂 A1 ． s e a l ，结合有 机盐钻井液滤液强抑制性，进一步增强体系的防塌 护壁性 能 ，现场应 用发现 ，加入 A1 一 s e a l 后 ，对体 系的流变性没有影 响，滤失量略有减小 ，同时能够 明显改善井下掉块情况。 完井作业期 间，为保证 电测取心 的顺利进行 ， 调整钻井液漏斗 黏度维持在 1 2 0 S以上 ，同时为 了 保证井壁的稳定 ，裸眼段钻井液加入 1 ％J AI 聚胺抑 制剂 和 1 ％A1 ． s e a l 。该井完井作业电测时间长达 2 0 多 d ，先后进行 了 8次传输作业 ，包括 2次传输取 心，每次都顺利完成作业，钻井液良好的性能保证 了电测的顺利完成。下套管前进一步调整钻井液性 能 ，加入足量 的固体润滑剂 、液体润滑剂 ，保证造 斜段和水平段钻井液 良好 的润滑性能。 5 应 用 效 果 1 抑制能力强 ，防塌效果 明显。该井致密油 层位于腾一下段 ，长达 1 0 0 0 m 的水平段返 出的岩 屑仍然以泥岩或泥砂岩为主 ， 泥岩易水化膨胀分散 ， 容易造成井壁失稳难题 。该井通过维持盐含量不低 于 1 5 ％，保证滤液具有较低的活度 ，同时结合高效 封堵剂 ，形成薄而韧的致密泥饼 ，封堵硬脆性泥页 岩的微裂缝 ，增强体系的护壁性。该井尽管后期完 井作业超过 3 0 d ，但是并没有 出现任何井壁垮塌、 掉块现象 ， 进一步验证了体系良好的抑制防塌效果。 2 润滑性能好 ， 有效防止托压 。该井水平段长， 水平段钻井过程中井斜调整次数多 ， 多处狗腿度大 ， 井眼轨迹复杂 ，钻具与井壁接触面积大，容易产生 托压，导致滑动定向钻进时加不上钻压，但是实钻 过程中，通过高效液体润滑剂和固体润滑剂的协同 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 5月 作用 ，同时配合 固控设备的使用 ，维持尽可能低 的 固相含量 ，控制体系润滑系数小于 O ． 0 6 ，整个水平 段钻进中没有出现因为托压影响定向钻进的现象。 3流变性稳定 ，携砂效果好。长水平段井眼 净化是一大难题，岩屑在自重作用下下沉，容易产 生岩屑床。该井在钻进过程中，有机盐钻井液固相 含量低 ，流变性维持 良好 ，水平段钻进过程 中，钻 井液动塑 比大于 0 ． 5 P a ／ mP a S ， 读数大于 1 2 ， 读数大于 8 ，携砂效果好，配合工程定期短程起下 钻下拉井壁 ，避免了岩屑床的形成 。 6 结 论 1 ．致密油气 的开发是一个新 的并且潜力 巨大 的领域 ，钻井施工尤其是钻井液技术需要针对致密 油层的地质特点做好配套工艺的完善。 2 ．有机盐钻井液 自身具有 良好 的抑制性 ，通 过与高效封堵剂的有机结合 ，进一步增强了体系的 防塌护壁性能 ，能够降低硬脆性泥页岩易垮塌、地 层井下复杂的发生率。 3 ．阿密 1 H井的施工过程中克服 了井眼水平位 移大、井壁易垮塌 、裸眼段长、井眼轨迹复杂 、完 井作业周期长等诸多难题 ，钻井过程中钻井液根据 井下复杂情况进行了合理的调整，提高了体系的封 堵和润滑效果，表明高性能有机盐钻井液能够满足 致密油藏开发的钻井需求。 参 考 文 献 [ 1 ] 贾承造，邹才能，李建忠，等 ． 中国致密油评价标准、主 要类型、 基本特征及资源前景 [ J ] _ 石油学报， 2 0 1 2 ， 3 3 3 3 43 ． 3 50． [ 2 】 赵长新，张长花，李建，等 ． 甲酸盐及有机盐钻井液基 液的润滑胜[ J ] ． 钻井液与完井液，2 o 1 2 ，2 9 2 2 7 ． 2 9 ． [ 3 ] 肖金裕，杨兰平，李茂森，等 ． 有机盐聚合醇钻井液在页 岩气井中的应用 四． 钻井液与完井液，2 O l l ，2 8 6 2 1 - 2 3 ． [ 4 ] 白登相，汪金如，祁久红，等 ． 有机盐钻井液在塔里木 东河油田K7 井的应用 [ J ] ． 石油天然气学报 ，2 0 1 1 ，3 3 6 2 6 4 2 6 6 ． [ 5 ] 石秉忠，夏柏如，林永学，等 ． 硬脆性泥页岩水化裂缝 发展的 C T成像与机理 [ J ] _ 石油学报，2 0 1 2 ，3 3 1 1 3 7． 1 4 2． [ 6 ] 杨小华 ． 提高井壁稳定性的途径及水基防塌钻井液研究 与应用进展 [ J ] ． 中外能源，2 0 1 2 ，1 7 5 5 3 5 7 ． 收稿 日期2 0 1 2 0 3 ． 1 1 ；HG F 1 3 0 3 W1 ；编辑 汪桂娟 上接 第4 2 页 表2 压力衰减法评价D Y I O 1 1 井T 3 x 储层水敏性结果 一致 ，便于统一评价标准。 样 1 0 。 p _ m 不同流体的 巨或 地层水 次地层水 蒸馏水 水敏指数 压力衰减法行业标准法 注 水敏程度为 中偏弱 ， 为压力半衰期 ，其他为 E 。 5 结论 1 ． 应用压力衰减法评价低渗储层的敏感性 ，不 用测量液体渗透率， 通过压力半衰期评价储层损害， 克服了常规方法测量低渗储层液测渗透率耗时、对 实验设备要求高、误差大等不足，是评价低渗储层 损害的有效方法。 2 ． 通过采用压力衰减法和行业标准对川西工区 的 T x 。 岩心进行 了水敏性分析 ，2种方法得出的结 果相同，表明压力衰减法得 出的结论与行业标准法 参 考 文 献 张曙光，石京平，刘庆菊，等 ． 低渗致密砂岩气藏岩石 的孔隙结构与物性特征 [ J 】 _ 新疆地质 ，2 0 0 4 ，2 2 4 43 8 4 41． 李怀科，鄢捷年，耿铁 ． 考虑温度因素的储层敏感性预 测方法 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 2 1 6 ． 彭春耀，鄢捷年，李玉凤 ． 预测储层潜在敏感性损害的 新方法 [ J 】 ． 钻井液与完井液 ，1 9 9 9 ，1 6 2 1 - 7 ． 赵峰，唐洪明，李玉光 ，等 ． 致密砂岩气藏损害特征及 评价技术 [ J ] ． 钻采工艺，2 0 1 1 ，3 4 5 4 7 4 8 ． 张麒麟，王学英，魏军 ，等 ． 裂缝性岩心评价方法及储 层保护技术 [ J 】 ． 钻井液与完井液， 2 0 0 9 ，2 6 3 1 6 1 7 ． 高波，康毅力，何健，等 ． 特低渗透砂岩储层盐敏实验 及应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 5 ，2 2 4 4 9 5 1 ． 兰林，董波，欧彪，等 ． 川西须家河组裂缝性储层保 护堵漏技术研究 [ J 】 ． 钻井液与完井液， 2 O l O ，2 7 3 27 ． 28 ． 收稿 日期2 0 1 2 9 ． 2 5 ；H GF 1 3 0 1 N7 ；编辑5 - 4 、 娜 Ⅲ 嘲 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m