HRD弱凝胶钻井完井液研究与应用.pdf

第 2 5 卷 第 6期 2 0 0 8年 1 1月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI L LI NG FLUI D ＆ C OMPL ETI ON FL UI D Vo1 ． 25 NO ． 6 NO V ． 2 0 0 8 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 6 0 0 0 6 0 2 H RD弱凝胶钻 井完井液研究与应用 王荐 张荣。 聂 明顺 向兴金 吴彬 舒福 昌 1 ． 湖北汉科新技术股份有 限公 司， 湖北荆州 ； 2 ． 长江大学石油工程学 院， 湖北荆州 ； 3 ． 中海油服油化事业部 ， 天津塘沽 摘要 研 究出一种专 门用于水平 井油气层井段 的体 系HR D弱凝胶钻 井完井液。该体 系无 黏土相， 其 弱 凝胶结构具有 独特 的流变性 ， 表观黏度低 、 动塑 比高、 低剪切速率黏度高 ， 具有很好 的动态悬砂能力； 静切力 恢复迅 速 ， 无时间依赖性， 具有很好的静 态悬砂能力 ， 能有效克服水平井段或大斜度井段携砂难 、 易形成沉砂床 的问题 ； 其 在低剪切速率下的高黏弹性 ， 能够减少 固相和液相对储层 的损害 ， 有利于储层保护。评价结果表 明， 该体 系的综合 性能与国外的 F l o P r o N T钻井完井液基本相 当。该钻井液在冀东 油田 4口水平井 中进行 了应用 。施工 中该体 系 有效抑制 了岩屑床 的形成 ， 井眼畅通 ， 且 井壁稳定 ， 保证 了钻井和完井作业 的顺利进行。 关键 词 弱凝胶钻 井液 防止地 层损害 井 眼净化 井眼稳定 钻井液配方 钻井液性能 水平 井 中 图分 类 号 TE 2 5 4 ． 3 文 献 标 识 码 A 由于 目前采用的传统水基和油基钻井完井液都 难 以解决水平 井段 和大斜 度井段 的静态 悬砂 和动态 携砂问题， 在水平井钻井施工中很容易在井筒低边 形成岩屑床。为了提高钻井液在低剪切速率下的黏 度 ， 有效防止岩屑床的形成_ 1 ] ， 国外研究并应用了无 固相 弱凝胶 钻井 液 ， 例 如 在冀 东 油 田应用 的 F l o P r o NT钻井完井液。通过室 内实验 ， 研制出了一种快 速弱 凝胶钻 井液 HR D钻井 完井 液 ， 其性 能指标 基本 与 F l o P r o NT钻 井完井 液 相 当 ， 甚 至在 某 些方 面更 优 。 l HR D钻 井完井液特点 1 HR D钻井完井液利用聚合物之间的协同效 应快速形成一种弱凝胶 ， 不需加交联剂 ， 并且对成胶 温度 和成 胶 时 间 要 求 低 。该 体 系具 有 独 特 的流 变 性 ， 表观黏度低、 动塑比高、 低剪切速率黏度高； 在低 剪切状态下能在井壁附近形成高黏弹性 区域， 其黏 度高 达 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 mP a S ， 具有很 好 的动态悬 砂能力； 静切力恢复迅速 ， 无时问依赖性 ， 具有很好 的静态悬砂能力 ， 能有效克服水平井段或大斜度井 段携砂难、 易形成沉砂床的问题 。同时， 该体系低剪 切状态下的高黏弹性特性 ， 减少 了钻井完井液中固 相和液相对储层的损害 ， 有利于储层保护l_ 2 ] 。 2 该体系采用弱凝胶剂 HV I S作增黏剂 ， 无黏 土相 ， 避免了高分散的黏土颗粒侵入储层 ， 有利于储 层保护。同时， 该体系固相含量低 ， 有利于提高机械 钻速 ， 缩短油层浸泡时间， 并能够防止压差卡钻及井 漏 的发生 。 3 该体系用聚胺 HP A作抑制剂 ， 其通过化学 键合作用进入和减少黏土结构 内的空隙 ， 并阻止水 分子进人和由其引起的泥页岩膨胀。此外 ， HP A与 KC 1 的协同作用能有效抑制页岩水化膨胀和钻屑分 散 ， 可有效保护储层； HP A 与润滑剂 HL B的配合 使用 ， 能在页岩和钻屑表面形成一层保护膜， 可使钻 屑保持完整， 避免钻屑黏糊振动筛和钻屑相互黏结 。 2 室 内研 究 2 ． 1 H RD钻井完井液配方 通过室内评价研究 ， 弱凝胶剂 HVI S的加量为 0 ． 5 ～0 ． 7 时， 钻井液具有较高的低剪切速率黏 度 ， 所 以最终 确定 HR D钻 井 完 井 液 的基 本 配 方 如 下 ， 其性能见表 1 。 1 海 水 淡 水 0 ． 2 N a OH 0 ．1 5 Na C O 。 O ． 5 ～0 ． 7 HVI S1 ． 5 降滤失剂 HF L O1 9 ／ 6 聚胺抑制剂 HP A1 润滑剂 HL B 5 ％KC 1 0 ． 0 5 杀菌剂HG D1 0 暂堵剂QwY 第一作者简介 王荐 ， 在读 工程硕 士， 1 9 8 0年 生， 2 0 0 2年毕业于重庆石油高等专科学校油 田化学专业， 现在 主要从事钻井 液方面的研究工作。地址 湖北 省荆 州市月 堤路 3 9号 荆州 汉科新 技术研 究所 ； 邮 政编 码 4 3 4 0 0 0 ； 电话 0 7 1 6 8 3 3 2 1 8 6 ； E ma i l c d wa n g j i a n 1 6 3 ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 6期 王荐等 HR D弱凝胶钻井完井液研究与应用 7 表 1 H R D弱凝胶钻 井完 井液 性能 注 热 滚 条件 为 1 O 0℃ 、 1 6 h ； L S RV为 低 剪切 黏 度计 B r o o k f i e l d D V- Ⅱ在 0 ． 3 r ／ rai n时 的读数 。 2 ． 2 HR D钻井完井液性能评价 2 ． 2 ． 1 抗 污染 能力 HRD钻井完井液的抗污染能力见表 2 。由表 2 可知 ， HR D钻井 完井液 中加入 无机盐和细 目钻 屑 后 ， 性 能变 化很 小 ， 具 有很 好 的抗 污染能 力 。 表 2 H R D钻 井完井液抗 污染能力 注 热滚条件为 1 0 0℃ 、 1 6 h； 劣质土 为冀东油 田明化镇 组钻屑烘干后粉碎 ， 过孔径为 0 ． 1 5 4 mm 的筛。 2 ． 2 ． 2抑制 性能 HR D钻井完井液具有很好的抑制性 ， 能有效抑 制钻 屑 的水化 分散 和 水 化 膨 胀 ， 减 小 钻 井 液滤 液 对 地层造成的水敏伤害， 保护储层 ， 结果如表 3所示 。 2 ． 2 ． 3 与 F I o P r o N T钻 井 完 井液性 能 的比较 室内对 HR D钻井完井液与在冀东油 田应用 的 国外的 F l o P r o N T无 固相弱凝胶钻井完井液 的性 能 进行了比较。F l o P r o N T钻井完井液基本配方如下。 2 淡水 4 - 0 ． 5 7 MC Vi s 柠檬 酸 聚合物 分散 剂 4 - 1 ． 1 4 降滤 失剂 GD 1 0 1 1 抑制 剂 Ul t r a h i bNa OH 1 润 滑 剂 L UB E 1 6 7 9 甲 酸钠 O ． 1 E C F 一 6 1 1储层保护剂 0 ． 0 7 杀菌剂 HGD1 0 ％不 同粒 径碳 酸钙 表 3 不 同钻 井完井液抑 制性 比较 注 岩屑为冀东油 田明化镇组钻 屑。 1 基本 性能 比较 结果见 表 4 。由表 4可知 ， HR D 钻井完井液具有与 F l o P r o NT钻井完井液同样优 良 的流变性和滤失性能 ， 而且低剪切速率黏度更优。 表 4 H R D与 F Io P r o N T钻 井完 井液基本性 能比较 配 实验PV y P y P／ PV G e l F L A I l L S RV 方 条件 mP a ． s P a P a ／ mP a - P a ／ P a mL mP a ． s 注 *为 读值 ， **为 1 0 rai n静切力。 2 抑制性 比较结果见表 3 。从表 3可以看 出， HR D钻井完井液与 F l o P r o NT钻井完井液的抑制 性均非常好 ， 岩屑滚动 回收率均大于 9 0 ， 膨胀率 较低 ， 且 HRD钻井完井液 的抑制性更优 。 3 储层保护性能比较。室 内实验采用气测渗透 率为 1 0 0 0 1 0 ～ m 左右的人造岩心， 测得 HR D 钻井完井液与 F l o P r o NT钻井完井 液的渗透 率恢 复值分别为 9 4 ． 0 和 9 5 ． 1 。这说明 2种钻井完 井液对岩心均基本无伤害， 储层保护效果好。 3 现 场 应 用 2 0 0 7 年 ， HRD钻井完井液在冀东油 田 4口水 平井中进行 了现场应用 ， 并取得 了较大的成功。现 场试验表明， HR D钻井完井液性能稳定， 抑制能力 强， 操作维护简单 ， 密度控制较好 ， 具有高的低剪切 速率黏度 ， 能有效地控制污染带的深度 ， 阻止 固相、 液相侵入地层 ， 有效地减小了钻井液对储层的伤害。 下 转 第 1 3页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 6 期 赵雄虎等 累托石 室内实验研究 1 3 试验 ， 结果见表 3 。从表 3可以看 出， 累托石具有较 强的离子交换吸附能力 ， 其值 的大小也映射出累托 石层间的晶体结构由二八面体云母和蒙脱石按 1 1 规则构成 ， 其阳离子交换容量 的大小介于云母 和蒙 脱 石 之 间。 表 3阳离子 交换容量 处理 表 4 结 论 1 ． 钙基累托石的最佳钠化比为 5 左右。 2 ． 钠基累托石 的造浆率 高， 达到 2 1 ． 7 m。 ／ t ， 有 助于配制性能优 良的钻井液 。 3 ．钠基累托石钻井液 的 AP I 滤失量不 高 ， 为 8 ． 5 ml ， 泥 饼 薄 而光 滑 、 致 密 ， 护 壁 堵 漏 效 果 好 ， 有 利 于井下 安全 。 4 ． 累托 石 的热稳 定性 好 ， 耐高 温 ， 适 用 于配制深 井 钻井 液 。 5 ． 钠基累托石是一种性能优 良的钻井液材料 ， 应用前景很好。 参 考 文 献 E 1 3 马晓燕 ， 鹿海军 ， 等． 有机 累托石 的合成 及其 复合材 料 的性 能． 中国塑料 ， 2 0 0 2 ， 1 6 9 3 8 E 2 ．1 费立 ， 朱宗培． 用 于深井 、 高温井泥浆 的粘土 材料． 探 矿 工 程 ， 1 9 9 5， 3 2 1 2 2 1- 3 - I 宋 明全 ， 江 山红． 一 种新 型造浆 材料 累托石． 钻井 液与完井液 ， 1 9 9 4 ， i 1 6 7 2 7 3 E 4 3 韩丽 ， 彭 勇 ， 侯 书恩．累托 石的开 发利用． 矿产综 合利 用 ， 2 0 0 3， 4 2 0 E 5 ．1 陈济 汪昌秀． 钠化 累托石造 浆性能 试验探 讨． 非金 属 矿 ， 2 0 0 2， 2 5 5 1 3 - 1 5 ． E 6 3 曲 晶， 韩丽 ． 累托 石黏 土改性试 验研究 及其进 展． 矿产 保护与利用 ， 2 0 0 4 ， I 2 8 3 0 E 7 3 陈济美． 钠基 累托石 黏土的应 用． 中国非金属矿工 业导 刊 ， 1 9 9 8 ， 2 2 0 2 2 收稿 日期 2 0 0 8 0 7 0 3 ； HGF 0 8 0 6 W8 ； 编辑 汪桂娟 业业业业宣 业 I 妊 业 坐 窜 k j 9 j 业 妊j譬 船业韭业 譬 业韭坐j r 9 业业业坐 j r 上接 第 7页 1 GI O 4 5 P 9 4 井是位于冀东油 田高尚堡地区的 I口水平井 ， 完钻井深为 2 5 O l m， 水平段长 1 9 0 m。 该井单层油层只有 0 ． 4 m厚 ， 全井的油层只有 3 0 m 厚 ， 泥岩有 1 6 0 m， 并在完钻前钻了 5 m 的玄武质泥 岩 。该井水平段用 HR D钻井完 井液 ， 开钻时密度 为 1 ． 0 4 g ／ c m。 ， 完钻钻井液密度为 1 ． 0 7 g ／ c m。 。该 井段钻进施工顺利 ， 岩屑棱角清晰， 没有 出现造浆 、 掉块坍塌或缩经现象 ， 也没有发生明显托压现象 。 2 G 1 0 4 5 P 9 8井也是位于冀东油 田高尚堡地 区 的一 口水平井 ， 完钻井深为 2 6 2 4 m， 水平段长 4 1 7 m。 该井水平段使用 HR D钻井完井液， 开钻钻井液密度 为 1 ． 0 2 g ／ c m 3 ， 黏度为 6 8 S ， 完钻钻井液密度为 1 ． 0 3 g ／ c m3 ， 黏度为 6 3 s 。在该井段钻进过程中， 未发生明 显托压现象和复杂情况， 3次通井和下筛管作业都一 次到底 ， 没有任何复杂显示， 非常顺利。 4 结 论 与 认 识 1 ． HR D快速弱凝胶钻井完井液为无黏土相体系， 消除了黏土对油气层的损害， 专用于钻油气层井段。 2 ． HRD钻井完井液的凝胶强度无时间依赖性 ， 体现出优异的悬浮能力， 具有常规 钻井液所不具备 的动态携砂和静态悬砂能力。该体系还具有极高的 低剪切速率黏度 ， 在 0 ． 3 r ／ rai n下 的黏度在 4 0 0 0 0 mP a s以上 ， 可有效消除水平井段岩屑床的形成 。 3 ． HR D钻井完井液配方简单 ， 抗 污染能力强 ， 滤失量低， 易于维护； 其流变性 、 滤失性等基本性能 以及抑制性 、 润滑性以及储层保护性 能都与 国外 的 F i o P r o NT钻井完井液基本相当。 4 ．在 冀 东 油 田 水 平 井 的 成 功 应 用 表 明 ， HR D 钻井完井液性能稳定 ， 抑制能力强， 操作维护简单 ， 低剪切速率黏度高 ， 更好地保护了储层 。 参 考 文 献 [ 1 ] 徐 同台 ， 洪 培云 ， 潘 世奎． 水 平 井钻 井液 与完井 液． 北 京 石油工业 出版 社 ， 1 9 9 9 8 - 9 E 2 3 范 山鹰 ， 向兴 金 ， 岳前声 ． 无 固相弱凝 胶钻 井液体 系 的 室内试验 研究 ． 江汉石 油学 院学 报 ， 2 0 0 4 ， 2 6 I 6 9 7 O 收稿 日期 2 0 0 8 0 7 0 5 ； HGF 0 8 0 6 W2 ； 编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m