新型聚胺钻井液在都护4井泥岩段的应用.pdf
第 4 O卷 第 6 期 2 0 1 2年 1 1月 石 油 钻 探 枝 术 PE TR I E UM DRI I I I NG TECHNI QUES Vo 1 . 4 0 No . 6 NO V . , 2 0 1 2 钻井完井 d o i 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 1 0 8 9 0 . 2 0 1 2 . 0 6 . 0 0 7 新型聚胺钻 井液在都 护 4井泥岩段 的应用 张 瑜 ,张 国 , 徐 江。 , 高 伟 , 刘贵传 1 . 中国石化西南石油局湖南钻井公 司, 湖南长沙 4 1 0 0 0 4 ; 2 . 中 国石化石油工程技术研究 院, 北京 1 0 0 1 0 1 摘要 为 了解决新 疆塔 河油田泥岩段 缩径 阻卡 、 钻 头泥包及 井壁 失稳 问题 , 都 护 4井在二 开和三 开井段 应 用 了新型聚胺钻井液 。室 内试验表 明, 新 型聚胺 钻井液具 有强抑 制性 、 优 良的润滑性 能。都护 4井二 开井段应 用新 型聚胺钻 井液 , 有效解 决 了胶 泥岩段 阻卡 和钻 头泥 包难题 , 没有 出现任何复 杂情 况 , 钻 井周期 比邻 井都护 l井缩短 了 1 5 d 。三开 井段应 用新型 聚胺钻 井液, 解决 了大段复 杂膏泥岩段 泥 页岩 水化膨 胀造成 的井壁 失稳和 缩径 问题 , 井下正常 , 钻 井周期 比都护 1井缩短 了 5 0 d , 平 均井径扩 大率仅 为 4 . 3 7 。新 型聚胺钻 井液在都护 4井的成功 应 用表明, 该钻井液可以有效解决胶泥岩段阻卡和钻头泥包难题, 保证井下安全, 缩短钻井周期, 提高钻井效率。 关键词 聚合物钻井液 复杂泥岩段 抑性剂 钻 井液性 能 都护 4井 中图分类号 TE 2 5 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 ~ 0 8 9 0 2 0 1 2 0 6 0 0 3 3 0 5 Ap pl i c a t i o n o f No v e l Po l y a mi ne Dr i l l i ng Fl u i d i n M u d s t o n e S e c t i o n o f W e l l Du H 4 Z h a n g Yu , Zh a n g Gu o , Xu J i a n g , Ga o W e i 。 Li u Gu i c h u a n 。 1 . Hu n a n Dr i l l i n g C o mp a n y o f S o u t h we s t P e t r o l e u m Bu r e a u, C h a n g s h a, Hu n a n , 4 1 0 0 0 4 , C h i n a ; 2 . S i n o p e c Re s e a r c h I n s t i t u e o f P e r o l e u m E n g i n e r i n g, B e i j i n g, 1 0 0 1 0 1 , C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o r e s o l v e t h e p r o b l e ms o f h o l e s h r i n k a g e , b i t b a l l i n g a n d b o r e h o l e i n s t a b i l i t v i n mu d s t o n e s e c t i o n o f t h e X i n j i a n g T a h e Oi l f i e l d , a n e w p o l y a mi n e d r i l l i n g f l u i d w a s a p p l i e d i n s e c t i o n 2 a n d s e c t i o n 3 o f W e l l Du ll 4 . La b o r a t o r y t e s t s h o ws t h a t t h e n e w p o l y a mi n e d r i l l i n g f l u i d s y s t e m h a s s t r o n g i n h i b i t i o n a n d g o o d l u b r i c a t i o n p r o p e r t y . I t s a p p l i c a t i o n i n s e c t i o n 2 o f W e l l Du ll 4 e f f e c t i v e l y s o l v e d s t i c k i n g a n d b i t b a l l i n g p r o b l e ms i n t h e mu d s t o n e s e c t i o n, p r e v e n t i n g a n y c o mp l i c a t i o n s , r e s u l t i n g i n t h e r e d u c t i o n o f 1 5 d a y s i n d r i l l i n g c y c l e t h a n o f f s e t W e l l Du ll 1 . I n s e c t i o n 3 o f t h e W e l l Du ll 4, i t h a s s o l v e d t h e p r o b l e ms o f b o r e h o l e i n s t a b i l i t y a n d t i g h t h o l e s c a u s e d b y c o mp l e x h y d r a t i o n s we l l i n g o f g y p s u m mu d s t o n e a n d s h a l e , t h e d r i l l i n g c y c l e t i me wa s 5 0 d s h o r t e r t h a n W e l l Du ll 1 , a n d a v e r a g e h o l e e n l a r g e me n t r a t e wa s o n l v 4 . 3 7 . Th e s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n o f n o v e l p o l y a mi n e d r i l l i n g f l u i d i n W e l l Du ll 4 s h o ws t h a t t h e d r i l l i n g f l u i d c a n e f f e c t i v e l y s o l v e t i g h t h o l e a n d b i t b a i l i n g i n mu d s t o n e r o c k s , e n s u r e t h e s a f e d r i l l i n g, r e d u c e d r i l l i n g c y c l e t i me , a n d i mp r o v e d r i l l i n g e f f i c i e n c y . Ke y wo r ds p o l y me r d r i l l i n g f l ui d;c o m pl e x mud s t on e f or ma t i o n; i nhi bi t or ;d r i l l i ng f l u i d p r o pe r t i e s ; W el l Dl 1 H 4 都护 4 井是 2 0 1 1 年 中国石化在塔里木盆地库 车凹陷都护圈闭布置 的一 口重点预探井 , 处 于典型 的山前构造带 。由邻井钻井资料 可知 该井二开井 段会钻遇库车组造浆性能好的棕红色软泥岩地层和 胶泥岩 , 该段泥岩可塑性强、 极易吸水 , 会造成缩径、 阻卡和钻头泥包 ; 三开井段会钻遇大段膏泥岩和盐 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 4 1 1 ; 改回 日期 2 O 1 2 一 l O l O 。 作者简 介 张瑜 1 9 7 4 , 男, 湖南长沙人 , 1 9 9 9年毕业 于石油 大学 华东 钻 井工程 专业 , 新疆指挥 所主任 , 工程 师 , 一直从 事钻井 工艺技术研 究与应 用。 联 系方式 1 8 6 1 1 8 9 5 1 6 7 , z h a n g g u o . s r ip e s i n o p e c . C O I n 。 基金项 目 中国石油化工股份 有限公 司科技攻 关项 目“ 新型聚胺 钻 井液体 系研 究及应用” 编号 P 0 9 0 0 4 部分研 究内容 。 石 油 钻 探 技 术 膏层, 膏泥岩水化膨胀能力, 易掉块垮塌和缩径 , 造 成井壁失稳和阻卡问题 , 盐膏层会发生蠕变 , 造成缩 径 、 卡钻。 目前 , 国内外钻井 过程 中钻遇复杂泥岩 段 , 一般采用油基钻井液、 聚合醇钻井液 、 阳离子聚 磺钻井液等, 但是油基钻井液存在成本高 、 环保要求 高等问题 , 聚合醇钻井液 、 阳离子聚磺钻井液等抑制 性不足。新型聚胺钻井液具有强抑制性和良好 的润 滑性 , 成本低 , 环境友好 , 性能易 于控制等优点_ 卜 引。 因此 , 都护 4 井在二开和三开井段 时使用 了新型聚 胺 钻井 液 。 1 新型聚胺强抑制剂主要机理 新型聚胺钻井液由强抑制剂、 强包被剂、 润滑清 洁剂 、 降滤失剂及流型调节剂以及辅助处理剂组成 。 该钻井液的主处理剂新型聚胺强抑制剂 J A一 1 是 一 种水溶性具有强抑制性的页岩抑制剂 。该抑制剂 的分子链中由于引入 了胺基官能团, 使其具有独特 的分子结构 , 而这种独特的分子结构使其能很好 的 镶嵌在黏土层间, 使黏土层紧密结合在一起 , 从而降 低黏土吸收水分的趋势[ 4 ] 。新型聚胺抑制剂 中的胺 分子通过金属 阳离子吸附在黏土表面 , 或者是在离 子交换 过 程 中取代 金 属 阳离 子形 成 对黏 土 的束 缚 一方面通过抑制黏土 的水化作用 , 减少黏土 的 塑性 , 以降低钻头泥包 的可 能性 ; 另一方面通 过吸 附 , 在钻具表面形成一个 疏水的油膜 , 有效 防止钻 头泥 包 引。 2 室 内试验 2 . 1 X J A - 1 的性 能评 价 由于新 型聚胺 钻井液采用新型聚胺强抑制剂 Ⅺ A_ 1 提高其抑制性 , 因此首先对 J A一 1 的抑制性 进行了评价 。 图 1 不 同液体 6 0 0转读数与膨润土加量的关 系 Fi g . 1 Re l a t i o ns hi p o f 6 00 r p m r e a d i n g s a n d b e nt o n i t e d o s a g e s i n di f f e r e n t f l u i d s 从 图 1 可 以看出, 3 J A _ 1 水溶液加入 5 5 9 / 6 膨 润土时的 6 0 0 转读数只有 5 0 , 而 7 9 / 6 KC 1 水溶液加 入 5 5 膨润土时的 6 0 0转读数 已经高达 3 0 0 , 这说 明 A 1 具有很强的抑制膨润土造浆的能力 。 2 . 1 . 2 抑制页岩分散能力 将塔河油 田三叠系和石炭系巴楚组地层泥页岩 6 ~1 O目岩屑分别放人 1 J A一 1 水溶 液、 7 9 / 6 K C1 水溶液和清水 中进行滚动 回收试验_ 7 ] , 结果见 图 2 试验条件为在 1 2 0℃温度下滚动 1 6 h 。 ■ 三叠 系岩屑 ■ 石炭 系巴楚组 岩屑 图2 岩屑滚动回收率试验结果 Fi g . 2 Ro l l i n g t est r esul t s o f c ut t i ng s r e c ov e r y 从图 2可以看 出, J A一 1 可 以大幅度提高强水 敏岩屑和中度水敏岩屑 的滚动回收率 , 从而抑制岩 屑的水化分散 , 防止井壁失稳。 2 . 1 . 1 抑制黏土造浆试验 2 . 1 . 3 抑制页岩膨胀试验 在清水、 3 J A一 1 水溶液和 7 K C 1 水溶液中 加入 5 安丘二级膨润土 , 搅拌 2 0 mi n , 在 7 0℃温 度下滚动 1 6 h 后 , 采用六速黏度计测试浆液 6 0 0转 时的读数 , 测试完 , 再加入 5 安丘二级膨润土 , 在 7 0℃温度下滚动 1 6 h后再测试浆液 6 0 0转 时的读 数 , 如此反复直到浆液黏度太大测不出读数为止l 6 ] , 结 果见 图 1 。 利用 NP - O 1页岩膨胀仪测试 安丘二级膨 润土 压制岩心在 7 KC 1 水溶液 、 1 xJ A~ 1 水溶液和清 水中的膨胀率l_ 3 ] , 结果见 图 3 。 从图 3 可以看出, 安丘二级膨润土压制岩心在 1 J A- 1 溶液中的膨胀率最低 , 说明 J A一 1 能有效抑 制泥页岩膨胀 , 防止泥页岩水化膨胀引起 的缩径 , 并 能预防泥页岩水化垮塌 、 剥落掉块 , 保证井下安全。 瑚 m 如 。 籁蝼辱 睾 。 。 第 4 O 卷 第 6期 张瑜等. 新 型聚胺钻 井液在都护 4井泥岩段 的应用 时间/ mi n 图 3 页岩膨胀率试验结果 Fi g. 3 Te s t r e s u l t s o f s ha l e s we l l i n g r a t e 2 . 2 钻井液性能评价 选用 目前应用较广泛 、 抑制性较好的聚合醇钻 井液、 油基钻井液 、 阳离子聚磺钻井液和 I C ] / 聚合 物钻井液与新型聚胺钻井液进行性能对比_ 8 。 新型聚胺钻井液配方为 4 . 0 膨润 土0 . 5 J A _ 1 0 . 2 包被剂 0 . 2 聚合物 主降滤失剂 2 . O 9 / 6 辅助降滤失剂0 . 5 流型调节剂3 . 0 抗盐 抗温降滤失剂1 . o oA润滑清洁剂2 . O 封堵剂。 聚合 醇钻 井液 配 方 为 4 . O % o 膨 润 土 o . 3 Na 2 C 0 。 3 . 0 聚合醇4 . o % 0 S MP 一 2 1 . 0 L V- P AC0 . 3 KP AM0 . 5 Na OH1 . O 润滑 剂 。 油基钻井液配方为 3 6 0 mL白油3 . 0 有机 土o . 3 9 / 5 流型调节剂 3 . O 主乳化剂 0 . 5 辅 乳化剂0 . 8 润湿剂4 0 mL氯化钙盐水 5 . 0 降滤失剂2 . 0 碱度调节剂 。 阳离 子 聚 磺 钻井 液 配 方 为 4 . 0 oA 膨 润 土 0 . 2 CP AM 0 . 1 KPAM 0 . 5 NW 一 1 0 . 6 J r r _ 8 8 8 1 . 0 S D N一 1 2 . 0 9 / 6 WF T一 6 6 6 2 . 0 S MP - 2 2 . 0 9 / 5 S P NH0 . 3 C a 01 . 0 液 体润 滑剂 。 Kc 1 / 聚合 物 钻 井 液 配方 为 4 . o oA膨 润 土 0 . 2 K0H 0 . 2 Na 2 C03 0 . 3 KP AM 5 . 0 KC | 3 . O 沥青防塌剂1 . 0 抗盐抗钙降滤失剂 3 . O %S MP - 2 2 . 0 S P NH1 . 0 液体润滑剂 。 2 . 2 . 1 抑 制 页岩分散 试验 在新型聚胺钻井 液、 聚合 醇钻井液 、 油基钻 井 液 、 阳离子聚磺钻井液和 i c ] / 聚合物钻井液中分别 加入 4 0 g塔河油 田三叠系地层 泥页岩 6 ~l O目岩 屑进行滚动 回收试验 , 结 果见表 1 。试验条件 为在 1 2 0℃温度下滚动 1 6 h 。 表 1 不 同钻 井液 页岩 回收 率试验结果 Ta bl e 1 Te s t i ng r e s ul t s o f s ha l e r e c o v e r y wi t h di f f e r e nt d r i l l i n gflui d s 由表 1 可知 , 新型聚胺钻井液的岩屑 回收率最 高, 高于油基钻井液和其他水基钻井液的岩屑回收率。 2 . 2 . 2 抑制 页岩膨胀试验 将安丘二级膨润土压制岩心放在新型聚胺钻井 液、 聚合 醇钻井 液、 油基钻 井液 、 阳离 聚磺钻 井和 KC 1 / 聚合物钻井液中, 测试其膨胀率 , 结果见图 4 。 e K c 1 / 聚合物钻井液 一阳离子聚磺钻井液 35 30 25 2 0 槲 誊 1 5 10 5 1 0 O 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 时间/ mi n 图 4 不 同钻 井液抑制页岩膨 胀试 验结果 Fi g . 4 Te s t r e s u l t s o f di f f e r e nt dr i l l i n g flui d s f o r c o n t r o l l i n g s ha l e s we l l i n g 从图 4可以看出 , 安丘二级膨润土压制岩心在 油基钻井液的膨胀率 最小 , 在新型 聚胺钻井液 中的 膨胀率与在油基钻井液中的膨胀率接近, 小于在其 他 水基 钻井 液 中 的膨 胀 率 。这 表 明 , 新 型 聚胺 钻 井 液具有优异的抑制性能 , 有利于降低水化应力 , 减小 胶泥岩缩径的风险。 2 . 2 . 3润 滑性试 验 采用 E P极压润滑仪测试新 型聚胺钻井 液、 聚 合醇 钻井 液 、 油 基钻 井 液、 阳离子 聚磺 钻 井液 和 KC 1 / 聚合物钻井液的润滑性能, 这 5种钻井液 的极 压润 滑 系 数 分 别 为 0 . 0 3 0 5 , 0 . 1 3 0 9 , 0 . 0 2 8 1 , 0 . 1 5 3 3和 0 . 1 0 5 6 。 由此可知, 新型聚胺钻井液的润滑系数小于其他 如 加 m 0 醉酱蛰 石 油 钻 探 技 术 水基钻井液, 接近油基钻井液, 表明其润滑性能优 良。 2 . 3 综合性能评价 对不同密度新型聚胺钻井液的综合性能进行 了 评价 , 结果见表 2 。 从表 2可 以看出, 新型聚胺钻井液老化前后流 变性稳定 , AP I 滤失量和高温高压滤失量都较低 , 而 且高密度新型聚胺钻井液的沉降稳定性好。 表 2 新型聚胺钻 井液综合 性能 Ta b I e 2 P e r f o r ma n c e o ft h e n o v e l p o i y a mi n e d r i U i n f l u i d 注 老化条件为 1 5 0℃ 1 6 h 。 总之 , 新型聚胺钻井液具有强抑制性 , 能抑制泥 岩的水化分散和水化膨胀 , 流变性好 , 滤失量低 , 高 密度沉降稳定性好 , 润滑性能优 良, 可以有效预防胶 泥岩段水化膨胀造成 的缩径 、 阻卡 。 3 现场应用 3 . 1 现场 维护及 处理 措 施 3 . 1 . 1 二 开 井段 1 以 K P AM、 DB F 一 2 等配制 高浓度聚合物胶 液, 以维护钻井液性能。胶液 中包被剂的质量分数 应不低于 0 . 7 , 使钻井液具有较好的包被性 , 防止 岩屑分散 。 2 在进入胶泥岩段之前及 时在胶液 中补充加 入 O . 5 ~1 . 0 9 / 6 J A_ 1 , 以保证钻井液具有足够的 抑制性 。加入足量的润滑剂和清洁剂等 , 防止塑性 强 的胶 泥岩 水化 膨胀 引起 的阻卡 和钻 头泥包 。 3 钻遇下部地层的膏泥岩和胶泥岩段 时, 应及 时调整钻井液密度。 3 . 1 . 2三开 井段 1 康村组地层 和吉迪克组上部地层以褐色泥 岩为主 , 问夹 细砂岩 , 在胶液 中补充加入包被剂 与 J A_ 1 防止钻屑水化分散 , 改善钻井液的流变性 。 2 钻入盐膏层后, 及时调整钻井液的密度 , 预 防盐层及膏泥岩的蠕变 , 并防止钙侵 。提高密度后 补加润滑剂 , 防止发生粘附卡钻。 3 在库姆格列木群组地层钻遇含砾砂岩 、 粗砂 岩 , 钻进期间及时补充沥青类 Y K - H、 Q S - 2 、 P B - 1 等 具有封堵功能的材料强化泥饼质量, 降低含膏段井壁 的渗透性, 增强封堵性能, 降低高密度钻井液滤失量 , 形成致密泥饼 , 及时补充润滑剂防止压差卡钻 。 3 . 2 应用效果分析 3 . 2 . 1 二 开并段 都护 4井二开井段 1 5 0 0 3 3 0 0 m 钻进期 间 钻井液性能整体平稳 , 未出现剥落掉块现象 , 返出钻 屑棱角分明、 非常完整 见图 5 , 说 明新型聚胺钻井 液能有效抑制黏土的水化分 散。该井 段未 出阻 卡 和钻头泥包 现象 , 与设 计相 比, 二 开提 前 1 0 d完 钻 , 与都护 1井二 开井段相 比, 提前近 1 5 d 。该井 段的井 径 扩大 率 与都 护 1井二 开井 段 相 比降低 5 O 见 图 6 。 图 5 都护 4井井深 3 0 9 0 m处 的岩屑 F i g . 5 P i c t u r e o f c u t t i n g s a t a d e p t h o f3 0 9 0 m i n W e l l Du ll 4 3 . 2 . 2三 开井段 都护 4井三开井段存在大段复杂膏泥岩段 , 为 有效预防泥页岩水化膨胀造成的井壁失稳和缩径阻 卡问题 , 使用了新 型聚胺钻井 液。该井 三开返 出岩 第 4 O卷第 6 期 张瑜 等. 新 型聚胺钻 井液在都 护 4井泥岩段 的应用 3 7 6 0 0 55 O 5 0 0 45 0 4 0 0 1 0 00 1 5 0 0 2 00 0 2 5 00 3 0 00 3 5 0 0 井深/ m 图 6 都护 4井与都护 1井二开井段 井径 曲线 Fi g. 6 Ca l i pe r c u r v e s of s e c t i o n 2 o f W e l l Dull 4 a n d Du H 1 屑完整 , 起下钻顺利 。在厚度 2 0 0 1 3 3 . 盐膏层钻进过 程中钻井 液 中的 C a 高达 2 0 0 0 mg / L、 C 1高达 4 0 0 0 0 mg / L, 但钻井液性能整体平稳 见 图 7 , 确 保三开顺利钻穿盐膏层 。三开钻井周期 4 6 d , 比设 计缩短 4 1 d , 比都护 l 井缩短 5 0 d , 大大缩短了钻井 周期 。三开井径规则 , 井身质量优 良, 平均井径扩大 率仅为 4 . 3 7 见 图 8 。 4 0 0 0 4 3 0 0 4 6 0 0 4 9 0 0 5 2 0 0 5 5 0 0 \ R 井深m 图 7 都护 4井三开井段钻井液的塑性黏度与动切 力 Fi g . 7 Pl a s t i c v i s c o s i t y a nd yi e l d v a l u e o f dr i l l i n g flui d i n s e c t i o n 3 of W e l I Du H 4 35 O 3 4 0 自3 3 0 翌3 2 0 3】 0 30 0 . 、 3 3 0 0 3 6 0 0 3 9 0 0 4 2 0 0 4 5 0 0 4 8 0 0 5 1 0 0 5 4 0 0 井深I m 图 8 都护 4井三开井段井径 曲线 F i g . 8 C ali p e r c u r v e o f s e c t i o n 3 i n We l l D u H 4 4 结论与建议 1 新型聚胺钻井液具有很强的抑制性, 抑制黏 土造浆的能力较强 , 能显著提高页岩滚动回收率 , 降 低页岩膨胀率 , 抑制性强于其他抑制性钻井液。 2 新型聚胺钻井液可用于复杂泥岩地层 , 解决 复杂泥岩井段井下故障频发的问题 。 3 新型聚胺钻井液具有极强的抗盐抗钙能力 , 可用于盐膏层 , 能确保顺利钻穿盐膏层。 4 建议在塔河油 田复杂泥岩井段 推广使用新 型聚胺钻井液。 参考文献 Re f e r e ne e s [ 1 ] 屈沅治. 泥页岩抑制剂 S I A T的研制与评价 E J ] . 石油钻探技 术 , 2 0 0 9 , 3 7 6 5 3 5 7 . 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