GID钻井液在渤中油田的研究和应用.pdf

第 2 6卷 第 2 期 2 0 0 9年 3月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI I I I NG F LUI D COM P I ETI N F I UI D Vo 1 ． 26 N O ． 2 M a r ． 2 00 9 文 章 编 号 1 0 0 l 一 5 6 2 0 2 0 0 9 0 2 0 0 9 0 0 3 GI D钻 井液在 渤 中油 田的研 究和应 用 苗海龙 李 国钊 王 昌军 1 ． 中海油 田服 务股份有 限公 司， 天津塘沽 ； 2 ． 长 江大学 ， 湖北荆州 摘要 渤海油 田渤 中地 区明化镇组泥岩 中黏土含 量较高 ， 水敏 性较 强， 钻 井时 易发生泵压 上升 、 扭矩 增大、 憋 溻地 层 或 者 卡钻 等复 杂情 况 。 为 解 决 上 述 作 业 风 险 ， 采 用 聚 胺 P F UHI B 作 为 主 要 的 抑 制 剂 ， 研 制 开 发 出 了 GI D 钻 井液 。该 钻 井液 抑 制 性 强 ， 能 够 有 效 抑 制 水敏 性 泥 页 岩 的 水 化 嘭 胀 ， 并 且 抗 无 用 土 相 侵 害 能 力 强 ， 同 时具 有 优 良 的润滑性和踏 层深护效果 。在 B Z 2 8 2 S油田的应用表明， G I D钻井液性 能稳定 ， 具有 良好 的抗温 稳定性和 润滑性 、 低 的滤失性， 封堵性 以及储层保护效果好 ， 起 下钻 顺畅， 井 眼规则 ， 能满足 大斜度井钻进 携砂 的要求， 能有效地抑 制 泥 岩 的 水 化 膨 胀 和 分 散 ， 避 免 钻头 泥 包 和 钻 屑 黏 连 成 块 ， 同 时 提 高 了起 钻 效 率 。 关 键 词 GI D 钻 井 液 ； 包 坡 抑 制 剂 ； 井 眼 稳定 ； 防地 层 损 害 中 图 分 类 号 TE2 5 4 ． 3 文 献 标 识 码 A 渤 海油 L f ] 渤 巾地 区明化镇 组 泥岩 中黏土 含量 较 高 ， 黏 土矿 物 以伊 蒙混 层和伊 利石 为 主 ， 高岭 石 和绿 泥石较 少 ， 混 层 中蒙 脱 石 含量 较 高 ， 水 敏 性 泥 岩 较 强 。在钻 井过程 中 ， 钻屑 水化膨 胀严 重 ， 造 成泵 压上 升 、 扭 矩增 大 、 严 重 时还 会 憋漏 地 层 或 卡钻 。因此 ， 对水基 钻 井 液 进 行 改 性 。采 用 聚胺 P F UHI B 作 主要 的抑制 剂 ， 研 制 出了 GI D钻 井 液 。该 钻 井 液 具 有抑制 性强 ， 在高 温 高 密度 下 仍 具 有 良好 的流 变 性 和抗 温 稳 定 性 、 滤 失 量 低 和 润 滑 性 好 等 特 点 ， 在 B Z 2 8 2 S油 田钻井 巾取 得 了 良好 的应用 效果 。 1 GI D 钻 井 液 的作 用机 理 GI D钻 井 液 采 用 聚 胺 P F UHI B 作 主要 抑 制 剂 ， 利 用聚 胺 和 大 分 子 包 被 剂 P F P I H 的 协 同作 用 ， 达到 防止高 活性 泥页 岩水化 膨胀 和分 散 的 目的 ， 同 时体 系中加 有 非 离 子 聚 合 物 降滤 失 剂 P F P S I 和低 渗透 成膜 封堵 剂 P F I P F ， 可减 少滤 液侵 入 地 层 ， 有效 地保 护储 层 。 P F UHI B与 水作 用后 在产 生碱性 的 同时 ， 自身 解离 为 阳离 子化 合 物 ， 它 能 与 黏 土负 电性 颗粒 吸 附 抑 制黏 土 的 水化 分 散 。该 水 解 物 中胺 基 基 团 密 度 高 ， 保证 有 机 游 离 胺 良好 的 吸 附 性 能 和 抑 制 效 果 。 此外 聚胺 的弱碱 性及 弱离解 性能 使其 作用浓 度一 直 处于 平衡状 态 ， 使胺 的总 浓 度 中处 于 活 跃状 态 的离 解胺 浓 度能 长时 间保 持 浓 度 平 衡 ， 持 续 与 在 地 层孔 隙表 面黏 土 中最 活 跃 的水 化 基 团作 用 ， 吸 附覆 盖 在 表 面 ， 进一 步 防止受 到水 化膨 胀 因素 的影响 J 。 GI D钻井 液 以 P F UHI B、 P F P I H 的协 同作 用 来满 足 强 抑 制 性 的要 求 ， P F UHI B、 P F P I H 的 复 合抑 制 机理 可 认 为 是 2步 吸 附 机 理 。第 一 步 就 是 P F UHI B的离 子 交换过 程 ， 即溶解 在 钻井 液 中 的聚 胺 产生 低分 子胺 ， 这种 胺能 够 象钾一 样 穿过 黏土 层 ， 在相对 低 的浓度 下 ， 胺都 是有 效 的 ， 交 换可 以交 换 的 阳离 子和 带有 离子 的水 分 子 ， 从 而 抑 制 黏 土 的水 化 分散 ； 第 二 步 是 P F P I H 的 吸 附 包 被 作 用 ， 由 于具 有 长链 分 子 的 P F P I H 水 解 后 在 页 岩表 面 产 生 表 面吸 附 ， 而 不可能 象胺 一样 穿过 黏 土层 ， 而是 通过 包 被絮凝 作 用防止 黏 土颗粒 进 一步水 化 。这 种协 同作 用可 以完 全取 代 K C 1 与 P HP A 的协 同抑 制效果 ， 并 且 不会发 生 由于 K。 。 离 子 造成 的井 壁 硬化 而 造 成 的 起 下钻 阻卡 的 问题 。 2 GI D钻井液 的室 内实验 通过 配方 优 选试 验 确 定 出 了 G I D 钻 井 液 的 基 本 配方 如下 。 3 0 o 海水 膨润 土 浆 0 ． 5 P F UI TR A0 ． 4 PF PLH 1 ．5 PF PSI 0 ．5 PF U H I B 2 PF I P F0 ． 2 PF XC石 灰 石 第一作者简介 苗海龙，工程 师， 1 9 7 7 年 生， 毕业于 天津 大学 材料 与科学 工程学 院， 现在 中海 油田服 务股份 有 限公 司工 作 。地 址 天 津 塘 沽 中海 油 田服 务 股 份 育 限 公 司； 邮政 编 码 3 0 0 4 5 8。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 2 期 苗海龙 等 G I D钻 井液在 渤 中油田 的研 究 和应 用 9 1 2 ． 1 流 变性 GI D钻 井 液 流 变 性 能 见 表 1 。 由表 1可 以 看 出 ， GI D钻井 液具 有较 高的切力 和动 塑 比 ， 表 明其 携 带钻 屑能力较 大 。 表 1 GI D钻 井 液 流 变 性 能 注 热 滚 条 件 为 1 0 0 C、 l 6 h 。 2 ． 2 抑制性 取 4 0 g B Z 2 6 ～ 3 2井 明化镇组 的钻 屑 ， 分 别加 入 海 水 、 G I D钻井 液 、 有机 正 电胶钻 井 液 P E C 和 K C I 聚合醇钻井 液 P E M 中 ， 在 1 0 0 ℃下热 滚 1 6 h后 ， 计 算 回收率 。一 次 回收 率 海 水 为 4 ． 6 2 ％， GI D 钻 井液为 9 4 ． 8 8 ， 有机 正电胶 钻井液 为 8 6 ． 3 8 ， K C 1 聚合醇 钻 井液 为 9 1 ． 7 V oo ； 二 次 回收 率 GI D 钻 井 液 为 8 0 ． 0 ％， 有 机正 电胶钻井 液 为 5 9 ． 8 0 ， K C 1 聚合 醇钻井液 为 7 6 ． 6 7 。 实验 结 果 表 明 ， G I D 钻 井 液 与有机 正 电胶 钻 井 液 和 KC 1 聚 合 醇 钻 井 液 相 比， G I D钻井液能 更好地 抑制渤 中地 区上部 泥 岩地层 水 化 。 2 ． 3滤 失封堵性 GI D钻井 液 的滤失 封堵性 的评 价主 要通 过检 测 GI D钻 井液 的 AP I 滤 失量 ， 高 温 高 压 滤 失量 ， 砂 床 滤失量 和高温 高压 砂 床滤 失 量 等指 标 来 评 价 ， 试 验 结 果见表 2 。 表 2 GI D钻 井液 的滤失封堵性 注 热滚条件 为 1 0 0℃、 1 6 h ； 砂 床粒径 为 0 ． 4 5 ～0 ． 9 0 mm； *测定 条件 为 1 0 0℃ 、 3 ． 5 MP a ； * *测 定条件 为 0 ． 7 M Pa、 30 mi n。 由表 2可 以看 出 ， G I D钻井液 的滤 失量 很低 ， 并 且封堵性 良好 ， 这 对减 少 滤 液对 地 层 的侵 入 和对 储 层的伤 害都有极为重 要 的意义 。 2 ． 4 抗污染能力 分 别测 量不 同钻屑 加量 对 GI D钻 井 液 的影 响 ， 结果 见表 3 。 表 3 GI D钻井液的抗钻屑污染能 力 注 *钻 屑 取 自 B Z2 6 3 2井 明 化 镇 组 ， 粒 径 小 于 0 ． 1 8 mm； 钻井 液在 1 0 0 C下 热滚 1 6 h后 测 定 性 能 。 由表 3可 以看 出 ， 钻 井 液 的 表观 黏 度 和 切 力 随 着 钻屑混 入量 的增 加 而逐 渐增 加 ， 但 混入 1 5 的钻 屑对其 性能 的影 响 还较 小 ， 这说 明 G I D钻 井液 具有 较好 的抗 钻屑 污染能 力 。 2 ． 5 储层保护性能 选用 长 5 ． 1 2 0 c m、 直 径 为 2 ． 4 8 8 C F I 1的 2 岩心 孔 隙体 积为 4 ． 0 c m。 ， 孔 隙度 为 l 6 ． 0 8 ， 气 测 渗透 率 为 4 1 2 ． 9 0 1 0 _ 。 m ， 污 染前 渗 透 率 为 2 2 5 ． 3 6 6 1 0 一 r n 。 进 行 动 态 污 染 试 验 ， 驱 替 压 力 为 3 ． 5 MP a ， 围压 为 6 MP a ， 测 量温 度 为 1 2 0_C， 结 果见 图 1 。 由图 1可 以看 出 ， 9 0 mi n后动 滤失 量保 持 为 0 ． 9 mL左右 ， 这表 明 GI D钻 井液具 有 很好 的封 堵性 ， 并 且 能够有 效地 阻止 钻 井 液滤 液进 入 地层 ， 减少 对 储 层 的液相 伤害 。 1 ． 0 O．9 0 ． 8 咖1 O ． 7 粪 。 一6 0 ． 5 0 ． 4 O- 3 图 1 GI D钻 井 液 动 滤 失 量 随 时 田 】 的 变化 岩 心被 污染后 ， 岩心 渗 透 率 恢 复值 随驱 替 孔 隙 倍 数 的变化情 况见 图 2 。由图 2可 以看出 ， 岩心被截 去 0 ． 5 c m后 ， 渗透率恢复值比初始渗透率恢复值提 高 很 多 ， 最 高 渗 透 率 恢 复 值 大 于 9 5 ， 这 也 说 明 GI D钻井液具有 良好的封堵效果和储层保护能力。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 3月 薹 嚣 注入体iI R ／ P V 图 2 岩心渗透率恢复值随驱替孔隙倍数的变化 3 GI D钻井 液的现场应 用 B Z 2 8 2 S和 B Z 3 4 1 油 田均 位 于渤 海 南 部海 域 ， 钻井 揭示 的地层 自上 而下 依次 为平 原 组 、 明化 镇组 、 馆 陶组 。岩 性 主要 为 黄 褐 色 黏 土 与 灰 色 粉 砂 岩 互 层 ， 褐色 泥岩 与灰 色 粉 砂 岩 、 泥 质 粉 砂 岩 互 层 ， 其 中 明化镇 组泥 岩属 于强水 敏岩性 ， 具 有 易水 化 膨胀 、 分 散和 易黏结 成块 等特 点 。 在前 期 B Z 3 4 1油 田钻井 过程 中 ， 虽然 取得 了较 大 的成功 ， 但 也面 临 一 些 问 题 ， 首 先 是 钻 屑结 块 ， 造 成憋钻 具和堵 返 出 口等 现象 ， 其 次 是钻 进 过 程 中造 浆严重 ， 钻井 液性 能维 护 困难 。因此 ， 在 B Z 2 8 2 S油 田使 用 了 GI D钻 井液 ， 目前 已经 完 成 了 5口井 的钻 井作 业 。 从作 业情 况来 看 ， 原 有 的 问题 很 大 程 度 上 都 得 到 了解 决 ， 此 5口井 平 均 最 大井 斜 超 过 5 0 。 ， 但 钻 进 顺 利 ， 滑动 、 旋转 钻 进 速 度 较 快 ， 基 本 没 有 出 现钻 屑 结块 的现象 ， 而 且 携 砂 效 果 好 、 钻 井 液 性 能稳 定 ， 并 且起 钻效率 比 B Z 3 4 一 l油 田也 有 了大 幅 度 提 高 。现 场 维护 钻井 液密 度 为 1 ． 1 6 ～ 1 ． 1 8 g ／ c m。 ， 塑 性 黏度 为 l 5 ～ 2 5 mP a S ， 动切力 为 9 ～ 1 4 P a ， 静 切力 为 2 ～ 5 ／ 5 ～1 0 P a ／ Pa ， 滤失量 为 3 ～5 mI 。 如 图 3所 示 ， 在井 深 9 5 0 m 以前 使 用海 水 膨 润 土浆 钻 进 ， 平 均 井径 在 4 0 6 ． 4 mm 左 右 ， 井深 9 5 0 m 以后 转 化 为 GI D钻 井 液 ， 井 径 明显 变 小 ， 并且 比较 规则 ， 平 均井径 为 3 3 0 ． 2 mm， 由此 可见 ． G I D钻 井液 具 有 良好 的抑 制性 ， 能够 有效 地抑 制泥 岩水 化 。 取 长 为 5 ． 0 1 c m、 直 径 为 2 ． 5 1 c m、 空 气 渗 透 率 为 1 6 7 9 ． 4 7 1 0 m 、 孑 L 隙体 积 为 5 ． 9 2 c m 、 孔 隙 度 为 2 3 ． 8 9 的 B Z 2 8 2 S天 然 岩 心 ， 使 用 现 场 GI D 钻井 液污 染 ， 进行 渗 透率 恢 复 值 试 验 。试 验 时 间分 别 为 1 、 5 、 1 0 、 1 5 、 3 0 、 6 0 、 9 0 、 1 2 0 、 1 2 5 rai n时 ， 动滤 失 量 分别 为 0 ． 6 、 0 ． 8 、 1 ． 2 、 1 ． 4 、 1 ． 8 、 2 ． 3 、 3 ． 1 、 3 ． 6 、 3 ． 7 mL； 截去 0 ． 5 c m 的渗透 率恢 复值高 达 9 7 ． 7 7 。从 试 验结 果 可 以看 出 ， G I D钻 井 液 具 有 良好 的 封 堵 效 果 和储 层 保护效 果 。 ．是 昭 n J J I ， I 1 ．． 小Ⅱ 。 J I 。 l j I l h i J 1 ． 州 y r 1 l 1lI - 瑚啊阻】 _ ．⋯ I 。． 1 ，’ 。 r l 。 盯可 ” T T ～ I f V l l- 一 l一 - ． - 一 f． { l一 - I I 井深， m 注 1 i n 一2 5 ． 4 mm。 图 3 使用 GI D钻井液 后的井径 曲线 4 结论 通 过优 化 改 进 ， 使 GI D钻 井 液 不 断 完 善 ， 形 成 了适 用于 高活 性 泥 页 岩钻 进 的 高性 能 聚胺 钻 井 液 ， 该钻 井液 具有 如下 特点 。 1 ． GI D钻井 液 采用 了 P F UHI B和 PF P LH 的 复 合抑 制机 理 ， 对 高 活性 泥 页 岩 具 有 很 强 的包 被 抑 制效果 ， 能 够有 效地 抑制 泥岩 的水 化膨 胀和 分散 。 2 ． G I D钻井 液具有 良好 的封堵 性 、 低 滤 失性 以及 储层保 护效果 ， 无论是 室 内配 制还 是现 场取 回的钻井 液 ， 对岩心的伤害都处于较低的水平， 其渗透率恢复 值在截去 0 ． 5 c m 后 能达 到 9 5 左 右 ， 这 说 明 GI D钻 井液能很 好地封堵地层 ， 具有优 异的储层保 护效果 。 3 ． G I D钻井 液组 成 简单 、 性能 稳定 ， 维 护 处理 相 对 方便 ； 携砂 性能 好 ， 能够 满足 大斜 度 井 钻进 的携 砂 要求 ； 并且 能有 效地 抑制 泥岩 的水 化 膨 胀 和分散 ， 避 免钻头泥包和钻屑黏连成块， 同时也有效地提高了 起 钻效 率 。 参 考 文 献 [ 1 ] 王荐 ， 舒福 昌， 吴彬 ， 等． 强抑 制聚胺钻 井液体 系室 内研 究[ J ] ． 油 田化学 ， 2 0 0 7 ，2 4 4 ，2 9 6 3 0 0 收稿 日期 2 0 0 8 1 2 2 3 ； HG F 0 9 2 A 8 ； 编辑 张炳芹 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m