DN气田水平井造斜段钻井液体系优化.pdf

化学工程师 C h e m i c a l E n g i n e e r 2 0 1 6年第 0 4期 油i 圈 化 攀 D OI 1 0 ． 1 6 2 4 7 6 ．c n k i ． 2 3 - 1 1 7 1 R q ． 2 0 1 6 0 4 1 6 DN 气田水平井造斜段 钻井液体 系优化 黄友亮 1 , 2刘 兴 ． 一 ， 薛飞 。 1 ． 长江大学 石油工程学院。 湖北 武汉 4 3 0 1 O 0 ； 2 ． 油气钻采工程湖北省重点实验室。 湖北 武汉 4 3 0 1 O 0 ； 3 ． 中石化 华北石油工程有限公司 西部分公司， 河南 郑州 4 0 0 0 5 6 摘要 近些年， 水平井开发技术应用得越来越广泛。D N气田开发区水平井造斜段位于目的层上部， 其 岩性主要为泥岩， 极易水化膨胀 ， 分散 ， 造成地层掉块、 坍塌等井下复杂事故。本文主要在室内展开了不同浓 度 K C 1 ， K P A M、 C H M对钠蒙脱石矿的膨胀率实验 ，并将几种优选出来的抑制性进一步的就行了对 比选 出了 8 ％K C 1 为最佳抑制剂。 改进后的钻井液体系在该区块的应用情况表明， 该钻井液体系能很好的抑制泥页岩的 膨胀， 值得进一步的推广与应用。 关键词 水平井； 钻井液 ； K C 1 ； K P A M； C HM； 泥岩 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识码 A Ho r i z o n t a l we l l d r i l l i n g fl u i d s y s t e m o p timi z a ti o n o f DN fi e l d d e fl e c tin g s e c t i o n HUANG Yo u l i a n g ． L I U Xi n g ． XUE F e i 1 ． C o l l e g e o f P e t r o l e u m E n g i n e e ri n g i n Y a n g t z e U n i v e r s i t y ， Wu h a n 4 3 0 1 0 0 ， C h i n a ； 2 ．T h e K e y L a b o r a t o r y of O i l a n d G a s Dr i l l i n g E n g i n e e rin g i n Hu b e i P r o v i n c e 。 W u h a n 4 3 01 0 0， Ch i n a； 3 ． S i n o p e c ，t h e W e s t B r a n c h o f No a h Ch i n a P e t r o l e u m E n g i n e e ri n g C o ．， Z h e n g z h o u 4 0 0 0 5 6 ， C h i n a Ab s t r a c t I n r e c e n t y e a r s 。 h o ri z o n t a l w e l l d e v e l o p me n t t e c h n i q u e s h a s b e e n wi d e l y u s e d ． DN g a s fi e l d d e v e l o p me n t z o n e d e f l e c t i n g s e c t i o n o f h o r i z o n t al w e l l i s l o c a t e d i n t h e u p p e r l a y e r ，I t s l i t h o l o g y i s ma i n l y mu d s t o n e ， wh i c h i s h y d r a t i o n e x p a n s i o n ，e a s i l y d i s p e rse d ，f o r ma t i o n i mp e l l e r s a n d c o l l a p s e c a u s e d u n d e r g r o u n d c o mp l i c a t e d a c c i d e n t s ． I n t h i s p a p e r ，d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n o f KC 1 ， KP AM， CHM t o s o d i u m mo n t mo r i l l o n i t e q u a r r y we r e s t u d i d t h e e x p a n s i o n r a t e e x p e ri me n t ．S e v e r a l o p t i mi z a t i o n o f i n h i b i t o r y f u r t h e r l i n e c o mp a r e d t o s e l e c t 8 ％K C1 a s t h e b e s t i n h i b i t o r ．T h e i mp r o v e d d ri l l i n g fl u i d i n t h e o n - s i t e a p p l i c a t i o n s h o w t h a t the d ri l l i n g fl u i d s y s t e m c a n r e s t r a i n t h e e x p a n s i o n o f t h e mu d s h a l e we l l ， wo r t h y o f f u r t h e r p o p u l a riz a t i o n a n d a p p l i c a t i o n ． Ke y wo r d s h o ri z o n t a l w e l l ； d ri l l i n g fl u i d ； KC 1 ； KP AM； CHM； mu d s t o n e D N气 田开发区 ， 面积 3 7 4 5 ． 5 7 k m， 该地 区主要 含气目的层为上古生界和下古生界 ，储层具有低 压、 低孔 、 低渗、 自产能力低等特点， 因水平井具有 生产条件优越 、 效益产生显著 、 油层较长 、 泄油面积 较大等优势【 ， 特别是对于低压、 低孑 L 、 低渗储层 ， 水 平井在提高单井产量 ， 延长开采时间， 提高采收率 等方面优越性更为显著。 该区块水平井的造斜段主要在目的层上部， 即 石干峰组、 石盒子组和山西组。石千峰组 的棕褐、 灰 绿、 棕红色泥岩和石盒子组的棕褐色泥岩极易引起 水化膨胀、 分散， 使地层易剥落、 坍塌、 掉块。针对这 一 现状， 必须提高该区块钻井液体系对泥页岩地层 收稿 日期 2 0 1 5 1 2 3 0 作者简介 黄友亮 1 9 9 1 一 ， 男， 在读硕士研究生， 研究方向 岩石力学。 导师简介 楼一珊 1 9 6 5 一 ， 博士生导师， 教授， 从事岩石力学相关研究。 的抑制性 。即提高钻井液对泥页岩地层 的抑制性 ， 防止地层坍塌是实现该区块安全高效钻井的前提。 1 室内钻井液体 系实验 1 ． 1 实验样品选取 引起泥页岩地层失稳 的粘土矿物主要是蒙脱 石和伊利石【 。选择标准化实验用新疆钠蒙脱土进 行线性膨胀率实验， 这是因为新疆实验用钠蒙脱土 属于钠蒙脱石原生矿， 是水化膨胀能力最强、 也最 具代表性的蒙脱石矿物【 。 D N气田造斜段的地层特征，决定着该地区钻 井施工的主要技术难点是泥岩地层的水化膨胀、 分 散。通过对该地区近年来所钻井的调研发现， 该区 块在造斜段采用的钻井液体系主要为天然高分子 聚合物钻井液体系和钾铵基聚合物钻井液体系。前 2 0 1 6 年第O 4 期 黄友亮等 D N气田水平井造斜段钻井液体系优化 者 配 方 为 4 ％钠 土 0 ． 3 ％～ 0 ． 5 ％I N D 3 0 0 ． 5 ％一 l ％ N A T 2 0 0 ． 5 ％一 1 ％N F A 2 5 1 ％一 2 ％P G C S 1 ； 后者配方 6 ％～ 7 ％钠土 0 - 3 ％ 0 ． 5 ％K P A M O ． 1 ％～ 0 ． 3 ％N a O H 0． 2 ％ 一0 - 3％ K PAN0 ． 5 ％ ～1 ％ NH4 一P AN1 ． 5 ％ ～ 2％ 防塌剂 1 ％～ 2 ％s M P 1 ％一 2 ％S P N H 2 ％一 3 ％超细碳 酸钙 。 常用的页岩抑制剂主要有聚合物类【 、 无机盐 类、 沥青类和腐植酸类⋯。但使用最多， 与其它处理 剂匹配较好的主要是 。这是因为 与蒙脱石间 层的镶嵌作用，对蒙脱石具有良好的抑制作用， 其 次这类处理剂如 K C 1 ， 价格较便宜。含有 I 的聚丙 烯酸钾 ， 它既具有大分子的包被作用， 又具有抑制 作用 ， 综合效益好 ， 在钻井液处理剂中被广泛使用。 C H M阳离子聚丙烯酰胺钠蒙脱石成分里阴离子的 微粒发生中和作用 ， 絮凝作用很好。笔者将对这些 泥页岩抑制剂进行室内实验， 首先进行不同浓度的 抑制剂对样品的膨胀率评价实验， 然后优选出合适 的浓度进行抑制剂的选择 ， 最终优选出最适合该地 层 的泥页岩抑制剂类型及添加浓度。 2 不同泥页岩抑制剂抑制效果评价 2 ． 1 不同浓度 KC l 对标准实验钠基膨润土 的抑制效果实验 K C 1 是使用最广泛的泥页岩抑制剂，在钻遇泥 页岩地层 ， 井下 出现复杂时， K C 1 是最先想到的一种 泥页岩抑制剂。 通过室内展开不同浓度 K C 1 对钠膨 润土的膨胀率评价实验见图 l 。 祷 渣 时 l司 图 1 不 同浓度 K C 1 对样 品的膨胀率对 比 F i g ． 1 C o mp a ris o n o f t h e s a mp l e o n d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s 0 f KC 1 o n t h e i n fl a t i o n r a t e 由图 1 可知， K C 1 对标准实验钠土的抑制效果 与其加量是成正相关的。 当所加 K C 1 为 3 ％时， 膨胀 率随着时间呈现出有一直上升的趋势。当 K C 1 加量 为 5 ％时， 随着浸泡时间的增加 ， 膨胀率上升 5 2 ．3 ％ 时， 趋于稳定 ， 再随着浸泡时间的增加， 膨胀率也变 化不大。 当 K C 1 加量达到 8 ％时， 当膨胀率达到 1 0 ％ 以后膨胀率逐渐上升， 达到 1 2 ．5 ％后， 随着浸泡时间 的增加， 膨胀率上升极缓慢， 逐步趋于平衡。实验结 果表明 K C 1 对钠基膨润土具有良好的抑制作用 ， 这 是由于 与蒙脱土的层间距吻合 ，恰好起到良好 的镶嵌作用。 2 ． 2 不同浓度 K P A M 聚丙烯酸钾 对钠膨 润土的线性膨胀率实验 K P A M 聚丙烯酸钾 对于钾铵基钻井液体系以 及钾铵基聚磺钻井液体系是必不可少的处理剂， 它 具有增粘、 包被、 抑制作用 ， 通过该处理剂单剂在不 同浓度下对钠基膨润土的膨胀率评价实验， 有助于 提高抑制性配方中对该剂加量的确定。 斛 蛰 时I司 图 2 不同浓度 K P A M对样品的膨胀率对比 F i g ． 2 Co mp a ri s o n o f the s a mp l e o n d i ff e r e n t c o n c e n t r a t i o n s o fl AM o n the i n fl a t i o n r a t e 由图 2可知 ， 随着 K P A M含量 的增加 ， 对钠膨 润土的线性膨胀率呈现出上升的趋势， 说明其量越 大， 抑制性越差。 这是由于K P A M 聚丙烯酸钾 是高 分子聚合物， 浓度越高时， 粘度越大， 更多高分子链 吸附在粘土表面，使 I 不易进入到粘土间层的内 部而起镶嵌作用， 抑制水化膨胀。因而对高分子聚 合物的加量应适 当， 在现场使用过程中要根据实 际 情况提高加量。 2 ． 3 不 同浓度 C HM 对钠基蒙脱土的线性 膨胀率实验 由于 D N气田所用钻井液体系中的天然高分子 聚合物钻井液与非离子型钻井液体系具有相似的 特性 ， 笔者通过展开对 c H M 阳离子聚丙烯酰胺 对 那蒙脱石矿的线性膨胀率实验的评价， 为提高天然 高分子聚合物的抑制性打下 良 好的基础。通过室内 展开不同浓度 C H M对钠蒙脱石的膨胀率实验绘制 出图 3 。 2 0 1 6 年第 o 4 期 黄友亮等 DN气田水平井造斜段钻井液体系优化 1 9 情况得到了以下结论 1 K C 1 对钠基膨润土具有良好的抑制作用， 且 随浓度的增加其抑制作用更好。本次不同浓度 K C 1 对标准实验钠基膨润土的抑制效果评价实验表明， 8 ％ K C 1 对样品的抑制性最佳。 2 随着 K P A M 聚丙烯酸钾 加量的增加， 对钠 基膨润土的膨胀率上升， 即抑制性下降。在现场选 择时候应该根据地层选择合适的浓度。 3 c H M 阳离子聚丙烯酰胺 对钠蒙脱石矿的 膨胀率与浓度的关系不是线性的。当浓度超过一定 值时， 过大的阳离子浓度反而会抑制絮凝作用的进 行。 4 通过室内对优选出来的合适浓度的几种抑 制剂对蒙脱石的抑制效果表明 8 ％K C 1 对蒙脱石的 晶层间具有良 好的镶嵌效果最佳。 5 本实验只是针对某一种抑制性的效果进行 评价 ，建议下一步开展几种抑制剂共同作用的研 究 ， 这有利于我们优选出更好的泥页岩抑制剂。 参考文献 [ 1 ] 梁桂煌， 王真毅， 冯毓品． 水平井钻井技术及其在石油开发中的 应用[ J ] ． 技术研究， 2 0 1 5 ， 3 ． [ 2 ] 谢水祥 ， 等． 破解塔里木盆地群库恰克地区井壁失稳难题的钻 井液技术[ J ] ．天然气工业， 2 0 1 1 ． 3 1 1 0 6 8 7 2 ． [ 3 ] 孙红娟 ， 等． 新疆某地钠蒙脱石的季铵盐处理与插层复合物制 备[ J ] _非金属矿， 2 0 0 2 ， 2 5 3 1 0 1 3 ． [ 4 ] 史俊， 等． 硅化腐植酸钠 G F N 一 1 的研制[ J ] ．钻井液与完井液,2 0 0 7 ， 2 4 4 1 2 1 4 9 2 ． 上接第 1 5页 参考文献 [ 1 ] 魏举鹏， 曹宝格， 李华斌， 等． 疏水缔合聚合物三元复合体系的静 动态吸附行为[ J ] ． 钻采工艺， 2 0 0 5 ， 6 9 3 9 6 1 0 ． [ 2 ] 李柏林，张莹莹， 代素娟， 等． 大庆萨中二类油层对三元驱油体系 的吸附特性[ J ] ． 东北石油大学学报， 2 0 1 4 ， 6 9 2 9 9 ； 1 0 1 1 ． [ 3 ] 张栋， 吴文祥． 二元复合驱油体系静态吸附规律研究[ J ] ． 当代 化工， 2 0 1 5 ， 9 2 0 7 8 2 0 8 0 ． [ 4 ] 张丽波， 蔡红岩， 王强， 等． 三元复合驱体系各组分静态吸附规律 [ J ] ． 油气地质与采收率， 2 0 1 4 ， 2 3 2 3 4 ； 5 0 ； l 1 3 ． [ 5 ] 李道 山． 三元复合驱表面活性剂吸附及碱的作用机理研究 [ D ] ． 大庆石油学院， 2 0 0 3 ． [ 6 ] 唐钢． 三元复合驱驱油效率影响因素研究[ D] ． 西南石油学院， 2 0 o 5． [ 7 ] 王景良，孙岩， 宋育贤． A S P 复合驱机理的研究与展望[ J ] ． 国外 油 田工程， 2 0 0 1 ， 8 1 5 1 9 ． [ 8 ] 周彦霞， 卢祥国， 王宝江等 ． 强碱三元复合驱色谱分离及其影响 因素以大庆油区喇嘛甸油田为例[ J ] ． 油气地质与采收率， 2 0 1 5 。 5 7 4 7 8 ． [ 9 ] 李磊． T a l c ／ G B ／ E P D M g - 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Ba s e d ／ HZS M- 5 Ca t a - l y s t s u n d e r Co n d i tio n s o f At mo s p h e r i c Pr e s s u re and S u p e r s o n i c J e tE x p a n s i o n [ J ] ． J o u rna l o f P h y s i c a l C h e m i s tr y C , 2 0 1 1 ． 1 1 5 1 6 9 5 4 一 】 6 9 6 2