新型阳离子钻井液在辽东油田群的应用.pdf

第 3 O卷 第 5期 2 0 1 3年9月 钻井液与完井液 DRI LL I NG F L UI D COM P LE TI ON FL UI D V r0 1 ． 3 0 No ． 5 S e p t ．2 0 1 3 【 理论研究与应用技术 】 新型阳离子钻井液在辽东油田群的应用 付建 民 ， 韩雪银 ， 何瑞兵 ， 王洪伟 ， 丁晓洁 1 ． 中海石油 中国 天津分公司， 天津 ； 2 ． 中海石油能源发展监督监理技术分公司， 天津； 3 ． 中海油服油田化学事业部， 天津 付建民等 ． 新型阳离子钻井液在辽东油田群的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ．3 0 5 5 ． 8 ，l 2 ． 摘要辽东湾海域是中海石油的主力开发 区域之一，但由于其裸 眼井段长、地层差异大等特点，在钻井过程 中常出现钻具阻挂严重、倒划眼困难等复杂情况。因此，根据辽东区块水平井及地层特点，构建了新型阳离子钻井 液体系，研制出了与新型阳离子配伍的非阴离子降滤失剂，并在现场进行 了成功应用。对于平均井深大于2 9 0 0m 的井，应用该钻井液后，单井钻井周期减少了2 d左右，钻井作业效率平均提高 1 1 ％～1 7 ％ ；同时使该区块起下钻 阻卡难题得到了缓解，解决了该地区大斜度井及水平井着陆井段倒划眼起钻困难的问题，提高了作业时效。 关键词 阳离子钻井液 ； 辽东 区块 ； 现场应用 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 3 0 5 0 0 0 5 0 4 辽东湾海域是中海石油 主力开发区域之一 ，分 布着 J Z 2 5 - 1 、J Z 2 5 ． 1 S等多个油田群 ，储量可观，对 渤海油田产量贡献巨大。该区域油田的主力开发层 系为沙河街组和东营组 ，井深多在 2 5 0 0 ～3 5 0 0 m 之间，常采用 3 层井身结构。其中的 西3 1 1 ． 1 5 r n l n 井眼常钻进至井深 3 0 0 0 m左右的东营组或沙河街 组 中途完钻 ，由于裸 眼段长 、井眼携砂困难 、岩屑 床堆积 和地层差异大等 因素 ，造成在钻井时频繁憋 压和倒划眼频繁憋扭矩等复杂情况 ，严重时造成卡 钻事故 ，成为影响油田钻井效率的主要原因 [ 1 - 4 ] 。 1 前期钻井作业分析 1 ． 1 前期井钻井作业情况 在辽东油田群中，当井斜大于 6 0 。同时井深大 于 2 0 0 0 m 东营组 时， 该井情况便开始变得复杂 ， 其中底砾岩段、东营／ 沙河街组内砂泥岩夹层交界 处问题最为突出 ； 另外东营组井段越长 ，起钻效率 越低 ，钻具憋卡情况越严重 ，见表 1 。 1 ． 2 钻井复杂情况原因综合分析 对 比分析 已钻井 ，总结 出钻井过程 中发生 的井 下复杂情况与事故如下。 表 1 钻井时效 统计 井斜大于 6 0 。 1 P E M体系 氯化钾聚合物聚合醇体系 在 A平台使用，存在的问题有 中途完钻井深小于 2 3 0 0 m时作业顺利 ，井 深增加后复杂性则增加 ； 二开钻井过程 中返砂少 ，环空出现憋压 ； 第 1 趟短 程起下钻 ， 馆陶组及东营组砂泥岩互层倒划眼困难 ， 第一作者简介 付建民，工程师，1 9 8 1 年生，2 0 0 4毕业于中国石油大学 华东石油工程专业。地址 天津市塘沽区 渤海石油路 6 6 8号海洋石油大厦 B座 A3 0 1； 邮政编码 3 0 0 4 5 2；电话 0 2 22 5 8 0 1 5 3 7； E ． ma i l f u j mc n o o c ． e o m． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年9月 憋泵、憋扭矩严重 ，倒划眼时间长 ；中途完钻后倒 划眼时间长 ； 有 1 口井发生严重卡钻 ， 之后打捞侧钻 ； 有 1口井发生严重井塌，处理 7 d 。 2 P E C体系 有机正电胶体系 在 B平台使用， 存在 的问题有 抑制性较弱 ，流变性控制 困难 ，井 深超过 2 5 0 0 I T I 以后尤其严重 ； 维持作业 的稳定 时 间短 ，井深超过 2 5 0 0 m时维护难度较大 ； 倒划眼 阻卡问题和钻进憋压问题仍是老问题 。 3 第 1 代阳离子体系在 A平台使用，存在的 问题有 分散性强 ，有泥团出现，滤失量较大 ； 钻 井过程中返砂少，环空憋压现象仍然存在 ； 在井深 较深 、 作业时间较长的井应用存在稳定性差的问题 。 在锦州某 区块先后采用了 P E M、P E C、第 1 代 阳离子钻井液体系，钻进作业中复杂情况无明显改 善 ，钻进时钻井液循环当量密度随着钻进时间持续 上升，单井倒划眼时间长，憋压憋扭矩现象频繁 发生。对该 区块 岩屑进行黏 土矿 物分析可知 ，该 区块 东营组及沙河街组 地层黏土矿物绝对含量 为 2 9 ％7 3 ％。如表 2所示 ，黏土矿 物 以伊 蒙混层 、 高岭石为主。因此钻进该段地层时此类泥岩返出后 呈不成形的细末状 ，水化分散性极强。随着钻井作 业时间的增加，井壁泥岩持续水化分散， 使钻井液 流变性调控困难，携砂性降低并导致恶性循环，起 下钻阻卡严重并容易引起复杂事故 。 为解决该问题 ， 同时结合辽东作业实际情况 ，提出研发新型阳离子 钻井液来解决地层与现有钻井液之间的矛盾 。 表 2 锦州某区块岩屑样黏土矿物分析结果 思路主要有以下几点 。 1 新型 阳离子体 系性能要求。阳离子体系采 用具有适度分子量和高正电荷的新型阳离子抑制剂 C P I 英文全称 C a t i o n i c P o l y me r I n h i b i t o r ，来降低 黏土表面的负电荷，使黏土表面钝化，达到抑制黏 土水化膨胀 、分散的 目的，避免地层 的硬化 ；同时 加入少量 K C 1 ，压缩双电层，适度地降低黏土的活 化能力 ，使钻井液具有适度抑制性能 ，延缓井壁泥 岩地层的快速分散 ； 良好的封堵性减少钻井液滤液 侵入地层引发地层持续 的水化膨胀。 2 冲蚀 一 携带性的平衡。为保证携砂 ，钻进中 多采用较大排量 ，增大冲蚀作用，使井径扩大的速 率与蠕变缩径的速率达到动态平衡状态。但在大斜 度井眼时又要求钻井液具有较高的切力，这样才能 保持岩屑悬浮携带防止生成严重的岩屑床。钻井液 低黏度高切力的双向要求便需要兼得。 3 分散 ． 抑制性的平衡 。软泥岩地层钻进 ，由 于其水化分散能力特别强，要求钻井液具有一定的 抑制性 ，以减弱钻屑在钻井液中的分散和井壁泥岩 的水化、膨胀 ，通过抑制剂保证黏土的稳定性 ，并 在大分子包被剂的包被 和强抑制剂 的抑制作用下 ， 保持体系的适度抑制特性 ，保证流变性 的稳定 ；同 时通过控制阳离子和氯化钾的加量， 使钻出的岩屑 适度分散 ，通过循环带出井筒并清除掉 ，减少井壁 硬化造成的起钻憋扭矩现象。 4 配伍的非阴离子降滤失剂。传统的降滤失剂 主要 为阴离子类型 ，在电性上就与阳离子体系不匹 配， 易导致体系漏斗黏度急剧升高无法达到低黏度、 高切力的技术要求，而淀粉类降滤失剂又容易腐败 变质且效果并非最佳 ，因此使用一种非阴离子降滤 失剂 ，既能降低滤失量又与新型 阳离子体 系配伍 ， 且对钻井液的流变性影响不大。 通过室内实验确定 阳离子体系的配方如下。 3 ％海水 膨 润 土 0 ． 2 ％Na OH 0 ． 3 ％Na ， C O 1 ％～2 ％ 新 型阳离子 抑制 剂C P I I ． 5 ％ 降滤失剂 C P A I ． 5 ％RS ． 1 0 ． 0 5 ％～0 ． 1 ％ 提 黏 剂 XC 2 ％ 抑 制润滑剂 J L X c 重晶石 2 新型阳离子钻井液体 系的构建 3 新型阳离子钻井液性能评价 针对辽东油 田地质地层特征 ，研发新型阳离子 钻井液体系，要求具有 “ 低黏高切、低滤失量、强 3 1 膨润土含量对钻井液流变性的影响 封堵 、分散抑制平衡”等特点。该体系的技术研发 如表 3所示 ，阳离子钻井液在高膨润土含量的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷 第 5期 付建 民等 新型阳离子钻井液在辽 东油田群的应用 7 条件下老化后未出现增稠，体系的流变性能好。 突变现象，说明其流变性能是可控的。 表 3 膨润 土含量对 新型阳离子体 系性能的影响 表 5 膨润土粉侵入对钻井液性能的影响 8 0 、1 6 h 注 热滚条件 为 8 0℃、1 6 h ，在 4 O℃ F 测 定。 3 ． 2 防塌抑制性 1 防膨效果评价。阳离子钻井液滤液 的防膨 率为 9 4 ． 3 ％，其抑制性能满足要求。 2滚动 回收率评价 。如表 4所示 ，阳离子钻 井液有很高的滚动回收率。 表 4 不同钻井液体系的滚动回收率 3 ． 3 抗污染能力 1 膨润土 污染评 价。如表 5所示 ，在体 系 中 加入 5 ％ 的膨润土粉后 ，体系的流变性能变化较小 ， 仍能保持良好的流态性 ，易于现场的调控。 2 钻屑污染评价。如表 6 所示，体系在无膨 润土相和 3 ％ 膨润土含量时 ，随着钻屑的污染量从 3 ％增加到 5 ％，流变性相对稳定，能保持较低的表 观黏度和较高的动切力值 ； 当膨润土含量增加到 5 ％ 时，体系 的流变性能呈逐渐增加趋势 ，但没有出现 表 6 体 系抗钻屑侵污能力评价 8 0 、1 6 h 3 体系抗重复污染性能评价。如表 7 所示，体 系在无膨润土相和 3 ％膨润土含量时 ，滚前黏度有 所增加 ，但增加幅度不大，且在老化后黏度还有一 定的下降 ， 下降后的钻井液性能仍然保持良好的状 态 ，满足 }见场 的钻井需求 ； 当体系配浆膨润土含量 达到 5 ％后，钻井液的黏度增加比较明显，但在老 化后其黏度下降，保持 良好 的流态和携砂能力 。 3 ． 4 体系抗温性能 阳离子 钻井液 的抗 温性能见表 8 。 由此可知 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 9月 该体系有良好的抗温性能，抗温能力达到 1 2 0℃， 满足该油田钻井作业要求。 表 7 体 系抗重复污染性能评 价 注 热滚条件为 8 0℃、1 6 h ，在 2 5℃下测定。 表 8 阳离子钻井液的抗温性能 3 ． 5 油气层保护效果评价 室内选取渗透率约为 l 岬 左右的人造岩心 2 块 ，按照 S Y ／ T 6 5 4 0 --2 0 0 2 钻井液完井液损害油 层室内评价方法 评价阳离子钻井液的储层保护效 果 ，结果见表 9 。 表 9 阳离子钻井液体系储层保护效果评价 实验结果表明 ，该体系的封堵效果很好 ，对高 孔高渗岩心动态滤失量很低 ，可防止外来流体侵入 地层 ； 其渗透率恢复值可达到 9 0 ％以上，说明该 钻井液对储层保护效果良好。 4现 场应 用 新型阳离子体系在 J Z 2 5 ． 1 S A ／ B、 L D 5 2 等平 台超过 2 0口井中使用，取得了良好效果。通过作 业井时效对 比发现 使用 阳离子钻井液后 ，钻井液 的性能相对稳定 ，固相容量大幅增加 ，易于维护调 整 ，携砂能力也得到明显 的改善 ，钻进和起下钻过 程 中的憋卡减少 ，虽然偶有憋压现象但处理容易 ， 没有再发生卡钻事故。因此在使用该钻井液后 ，提 高了起下钻作业效率和钻井作业的安全性 。 表 1 0 为现场部分井的作业统计，通过与该区 块的作业井对 比可知 ，辽东油 田采用阳离子钻井液 体系后 ，整个钻井作业时效都有一定程度的提高。 表 1 0 新型阳离子钻井液在辽东油田群的应用 阳离子钻井液与其他钻井液现场应用井 的统计 见 表 1 l 。 表 1 1 阳离子体 系与其他体 系现场应用井统计 前期平均2 2 4 4 P E M 8 ． 7 2 2 3 0 0 0 ． 2 4 2 ．7 5 新型阳离子 2 2 3 9 阳离子 8 ． 4 8 前期平均 2 7 8 0 P E M／ P E C 1 4 ． 5 6 2 7 0 0 1 ．O 6 7 ．2 8 新型阳离子2 6 8 9 阳离 子1 3 ． o 0 前期平均 2 8 5 2 P E M／ P E C 1 3 ． 8 2 2 9 0 0 2．3 5 1 7 ． 0 0 新型阳离子 2 9 1 0 阳离子l 1 ． 4 7 前期平均 3 1 5 7 P E M／ P E C 1 6 ． 6 3 3 1 0 0 1 ． 8 6 l 1 ． 1 8 新型阳离子 3 1 3 0 阳离子 1 4 ． 7 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年9月 3 5 2 5 ～4 5 3 4 ． 7 7 r f l ，水平段为 l 0 0 9 ． 7 7 1 T I ，地层多 为砂砾岩性 ，平均机械钻速为 6 ． 2 1 m／ h 。 2 ． 该泡沫钻井液体系对抗高温 、抗油有显著的 效果 。 3 ． 在该 区块钻井时 ，对排砂池需要做特殊的防 渗及上盖 用 网格布罩住 处理 ，用化学法在消泡 池消泡 ，实现泡沫的可控性 ，以免泡沫泄露污染了 环境 。 4 ． 建 议今后在 钻遇易坍塌地层 时可 以考虑 用 含黏土等材料的硬胶泡沫体系或充气泡沫钻井液体 系 ； 为减少泡沫钻井成本 ，可 以多个井 同时用一个 排沙池 排砂池 。 参 考 文 献 [ 1 ] 蓝强 ， 杨景利 ，李公让 ． 新 型可循 环泡沫钻井液用发泡 剂性能研究 [ J ] ． 石油钻采l丁艺， 2 0 1 2 ，3 4 3 2 8 3 1 ． [ 2 ] 王萍，李英， 张斌，等．泡沫钻井用热辐射物理消泡装 置研制 [ J ] ． 石油矿场机械， 2 0 1 2 ， 4 1 8 6 6 6 8 ． [ 3 】 许启通， 孙举 ， 刘彬 ． 国内泡沫钻井流体应用与研究进 展 f J ] ． 中外能源， 2 0 1 2 ， 1 7 1 4 3 ． 4 5 ． 【 4 】 蓝强，张敬辉，李公让，等．泡沫钻井液的析液作用 机理研究进展 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ，2 8 4 6 7 71 ． [ 5 】 王俊涛， 杨景利 ． 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●⋯ ， ● ⋯ ● ⋯ ●⋯- ●⋯- ■ ● ⋯ ●⋯- ● ⋯ ●⋯ ● ⋯ ●⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ● ⋯ ●⋯- ● ⋯- ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ - ●⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ●⋯ ● ⋯ ●⋯- ● ⋯ ●“ 上接第8 页 由此可知 ，采用阳离子钻井液 ，对于平均井深 大于 2 9 0 0 1 T I 的井 ，单井钻井周期减少了 2 d左右 ， 平均提高钻井作业效率 1 1 ％～1 7 ％ ；同时该区块起 下钻阻卡难题 已经得到了很大程度地缓解 ，解决了 该地 区大斜度井及水平井着陆井段倒划眼起钻 困难 的问题 ，提高了作业时效 ，为后续油 田群 的开发提 供了良好的技术保障。 5结论 和建 议 1 ． 根据辽东区块水平井及地层特点创新性提出 了 “ 平衡抑制”机理 ，构建了新型 阳离子钻井液体 系。 研发了与新型阳离子配伍的非阴离子降失水剂， 并在现场成功应用 ，提高了现场作业时效。为后期 开发活性软泥岩井提供了很好的借鉴，为辽东地区 实施 “ 优快”钻完井作业提供了一种新的技术思路。 2 ． 新型阳离子钻井液在绥中 ／ 旅大区块具有很 强推广应用价值，对提高大斜度井和水平井钻井时 效具有积极意义。 参 考 文 献 [ 1 ] 张克勤，何纶，安淑芳 ，等 ． 国外古．1生能水基钻井液介 绍 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 3 6 8 ． 7 3 ． 【 2 】 屈沅治 ，赖晓晴，杨宇平 ． 含胺优质水基钻井液研究进 展 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 3 7 3 ． 7 5 ． [ 3 】 汪军英，李益寿，李云志，等 ． 阳离子钻井液在吐哈温 西区块的研究与应用 [ J 】 ． 钻井液与完井液， 2 0 0 8 ， 2 5 3 3 9． 42． [ 4 ] 艾贵成，牛春，李菁，等 ． 高密度低黏度阳离子钻井液 技术的研究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 7 ， 2 4 6 8 一 】 O ． 收稿 日期2 0 1 3 0 2 ． 1 1 ；H GF 1 3 0 5 N2 ；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m