延长气田强抑制强封堵胺基钻井液技术.pdf

第 3 1卷 第 3期 2 0 1 4年5月 铝井液与 完井液 DRI LLI NG FLUI D CoM PLETI ON FLUI D vo1 ． 31 No ． 3 M a y 2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 1 0 延长气 田强抑制强封堵胺基钻井液技术 刘刚 ， 徐同台 ， 毛亚军 ， 杨洁 ， 吴高祥 ， 何新语 1 ． 陕西延长石油 集团 有限责任公司油气勘探公司，陕西延安 ； 2 ． 北京石大胡杨石油科技发展有限公司，北京 刘刚等 ． 延长气田强抑制强封堵胺基钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 3 3 9 ． 4 2 ． 摘要针对延长气田地层特性、井壁失稳原因、储层特性等特点，开展了强抑制强封堵胺基钻井液研究。实验室 采用抑制膨润土造浆实验，优选出抑制效果与聚醚胺相同、成本较低的胺基抑制剂AI ． 1 。采用延长气田刘家沟组泥岩 进行的页岩滚动分散实验和膨胀率实验表明， AI 一 1的抑制性好，对钻井液性能影响小。采用 AI ． 1 作抑制剂，改性淀粉、 S P NH及 P A C ． L V作降滤失剂，Z HF D和 F T - 1 作封堵剂，优选出强抑制强封堵胺基钻井液。该钻井液的流变性能较好， 滤失量低，具有良好的泥饼质量、强的抑制性与封堵性能，对气层的损害程度低，对延长气田石盒子组、山西组、本 溪组等气层岩心的渗透率恢复值在 9 0 ％ 以上。该钻井液在延长气田3口井的使用，防止了井塌、井漏的发生，井径规 则，提高了钻井速度，减少 了对气层的损害。 关键词胺基抑制剂 ；强抑制强封堵钻井液 ； 井眼稳定 ；防止地层损害 ； 延长气田 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 4 0 3 ． 0 0 3 9 ． 0 4 延长气 田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡上。该气 田 从 2 0 0 3年投入钻探 ，钻井过程 中常受 到井塌 、井漏 的困扰 ，刘家沟组底部地层至山西组的坍塌掉块给钻 井带来严重威胁 ，造成井径不规则 、阻卡与憋钻 ，甚 至会引发卡钻等事故。通过对延长气田姚家坡 一 黑家 堡地区井壁失稳机理、井漏原因、储层特性的研究， 研发出了钻井液密度合理的强抑制强封堵胺基钻井 液。该钻井液既能稳定井壁、防止井漏 ，又能减少对 气层的损害，解决了高坍塌压力要求高钻井液密度防 塌与低气层孑 L 隙压力要求低钻井液密度这一对矛盾 [1-6 ]。 1 强抑制强封堵胺基钻井液配方研究 1 ． 1 胺基抑制剂优选及性能评价 近年来 ，为了稳定井壁 、保护油气层 、 保护环境 ， 国外钻井液公司一直在寻求能够在钻进页岩地层代替 油基钻井液的水基钻井液 。一种以聚醚胺为主剂的高 性能水基钻井液 已广泛应用于钻井。受国外该项技术 的启示 ，国内相继开展聚醚胺 的研制 ， 并应用于现场 ， 取得较好的效果。但由于此剂价格高，仅在很少井上 使用。如将此剂引入延长气田，必须解决成本控制问 题。为此优选出一种适用于延长气 田、且成本较低， 并具有强抑制性能的胺基抑制剂 A I 一 1 。AI ． 1 采用胺 基化合物为初始原料，选用含耐高温亲水基团的中间 体进行链接，保留了端基二胺的强抑制性，原料廉价 易得、反应简单，成本更低。由于不含起泡的醚键， A I ． 1 在钻井液中基本不起泡， 同时耐温性更好。此外 ， A I ． 1 在淡水中的抑制效果与聚醚胺相同。 1 ． 1 ． 1 胺基抑制剂的抑制性 在不 同浓度 的胺基抑制剂水溶液 中加入不 同量 的夏子街土 ，在 8 0 c I 热滚 1 6 h后测其流变性能 ，根 据流变性来评价胺基抑制剂的抑制性。为了评价和比 较胺基抑制剂 的抑制性 ，采用国内外不 同厂家生产的 9种产 品进行实验 ，结果见 图 1和图 2 。从 图 1 和 图 2可 以看出 ，0 ． 5 ％胺基抑制剂水溶液中加入 1 0 ％ 和 1 5 ％夏子街土粉后 ， A I ． 1 抑制剂的各项流变参数最低 ， 其次是 7 ，随后是 1 和 2 ，其余的胺基抑制剂流变 参数均较高 ； 3 ％ 胺基抑制剂溶液中加入 2 0 ％夏子街 土粉后，l 、5 、7 和 A I 一 1 溶液的流变参数较低，差 别不大 ，加入 3 0 ％夏子街土粉后 ，流变数值从 低到 高依次为 7 A I 1 1 5 ，1 、5 和 A I l 抑制 剂的表观黏度均小于 1 4 mP a S； AI 一 1 抑制性仅次于 7 ，与国外的 l 产品相接近，但 A I 一 1的成本 比 7 与 第一作者简介 刘刚，工程师，现任陕西延长石油 集团 有限责任公司油气勘探公司钻井工程部总工程师。地址 陕西省延安 市枣园路陕西延长石油 集团有限责任公司油气勘探公司 ； 邮政编码7 1 6 0 0 0； 电话 0 9 1 1 2 9 8 0 3 9 9； E - ma il x p l g 5 2 3 1 6 3 ．t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钻井液与 免井液 2 0 1 4年 5月 1 抑制剂低得多。 垂 蕃 2 5 翟 1 0 妻。5 7 0 6 O 5 0 4 0 3 O 2 0 1 0 O 蒸馏水 5 7 1 a 1 O ％夏子街土 蒸馏水 5 7 8 AI - 1 b 1 5 ％夏子街土 图 1 0 ． 5 ％ 不同胺基抑制剂水溶液的抑制性 5 0 喜 4 0 3 0 2 0 枣 5 0 4 0 3 0 2 0 l O 0 P 5 7 8 从1 a 2 0 ％夏子街土 7 从l 3 O ％夏子街土 图 2 3 ％不同胺基抑制剂水溶液的抑制性 1 ． 1 ． 2 胺基抑制剂与无机盐抑制效果对 比 选用 A I 一 1 、K C 1 、N a C 1 不同抑制剂配制成水溶 液 [7 -8 ] ，用 回收率法评价其抑制效果，结果见表 1 。 从表 1 可以看出 岩屑在 3 ％ Na C 1 溶液中一次回收率 稍 为增高 ； 而在 I ％KC I 或 0 ． 5 ％胺基抑制剂溶液 中， 抑 制性 明显提高 ，一次 回收率高 达 9 5 ％ 以上 ，1 6 h 膨胀率分别降低 8 ％、8 ． 2 1 ％ ； 然而胺基抑制剂的二 次清水 回收率高达 9 6 ． 7 ％，大大高于岩屑在 KC 1 溶液 中二次清水回收率。 表 1 胺基抑 制剂与无机盐抑制效果实验 注 实验温度为 8 0 o C； 实验用粒径为 2 ． 0 0 ～3 ． 2 0 mm的 延 2 8 8 ． 1 井刘家沟组地层岩心，用 0 ． 4 5 mm筛回收 ； 一次回 收率为在钻井液中热滚 1 6 h ，二次回收率为在 自来水中热滚 4 h； 膨胀率用延 2 8 8 1 井刘家沟组岩心过 0 ． 1 5 4 mm筛的岩粉。 1 ． 1 ． 3 胺基抑制剂对钻井液性能的影响 胺基抑制剂加量对钻井液流变性 、滤失量性能的 影响见表 2 。从表 2可以看出 在强抑制强封堵胺基 钻井液中加入 0 ． 3 ％～ 1 ． 0 ％ 胺基抑制剂 ，对钻井液 流变性 、滤失量 、封堵性能影响都不大。 表 2 胺基抑制剂对钻井液性能的影响 9 0℃、1 6 h 注 钻井液配方 基浆 3 ％预水化膨润 土浆 0 ． 3 ％ KP AM 1 ％ DFD一 1 4 0 2 ％ S P N H0 ． 2 ％ P AC L V 0 ． 2 ％Na OH 1 ． 5 ％QS ． 2 4 ％Z H F D 0 ． 1 ％XC D 2 ％F T - I X％AI 一 1 石 灰 石 ， 加重至密度为 1 ． 1 5 g ／ c m ； p H值为 1 0 。 1 ． 2 封堵 剂 为 了封堵 泥 岩 与砂 岩 裂 隙，在胺 基 钻井 液 中 加 入 Z H F D封堵 剂 与沥青 类 产 品 F T _ 1进行 高 温高 压 砂 床封 堵 实验 ，结 果 见表 3 。从 表 3可 以得 出， 3 ％～4 ％ Z H F D与 2 ％～3 ％ F T - 1复 配 能 封 堵 粒径为 0 ． 2 8 ～0 ． 4 5 1 T i m 与 0 ． 4 5 ～0 ． 9 0 mm 的砂床 ，最 佳 加 量 为 4 ％Z H F D与 2 ％％F T - 1复 配 ，0 ． 2 8 ～O ． 4 5 m m高温高压砂床滤失量降到 3 ．4 m L ／ 1 h ， 0 ．2 8 ～0 ．4 5 mm高温高压砂床渗透失水量降到 1 ．8 m L ／ 3 0 m i n； 0 ． 4 5 ～0 ． 9 0 ml T l高温 高压 砂床 滤失 量 降到 4 ． 4 mL ／ 1 h ，0 ．4 5 ～0 ． 9 0 m m高温高压砂床渗透失水量降到 3 ．2 mL／ 30 mi n 对 ． 窖 南 石 知 爵 基． s 石 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第3 期 刘刚等延长气田强抑制强封堵胺基钻井液技术 4 1 表 3 封堵 剂在 不同时间下的封堵性能 砂床滤失量 ／ r n L F T - 1 ／ ZHF D， ％ ％ 5 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 砂床渗透失水量 ／ mL 5 l 0 2 0 3 0 m1 n m 1 n m l n m l n ml n m l n ml n m 1 n m 1 n m l n m 1 n 注 采用粒径为 0 ． 4 5 ～0 ．9 0 mm的砂床，其他粒径为 0 ． 2 8 ～0 ． 4 5 mm的砂床。 1 - 3 降滤失剂 为了降低钻井液滤失量，降低泥饼渗透率，选用 改性淀粉、S P N H及 P A C L V作为降滤失剂，加量分 别为 1 ％、2 ％、0 ． 2 ％。 1 ． 4钻井液 配方 通过实验研发出适用于延长气 田抗温达 1 1 0 o C的 强抑制强封堵胺基钻井液配方如下。 基 浆 3 ％ 预 水 化 膨 润 土 浆 0 ． 3 ％K P AM 1 ％ D FD一1 402％ SPN H 0． 2％ PAC． LVO． 2％ N aOH 1 ． 5 ％QS - 2 4 ％Z H F D 0 ． 1 ％XC D 2 ％F T - 1 0 ． 5 ％AI - 1 石灰石 加重至钻井液密度为 1 ． 1 5 g ／ c I I l 3 2 强抑制强封堵胺基钻井液性能评价 延长气 田所钻遇的石盒子组 、山西组 、本溪组气 层属于低压 、特低孑 L 特低渗储层 。为了减少对气层的 损害 ，要求采用低密度钻井液钻进。但处于同一裸眼 井段的石千峰组与石盒子组地层坍塌压力 当量密度高 于 1 ． 1 4 g ／ c m 。为 了稳定井壁 ，保护气层必须解决此 矛盾 。强抑制强封堵胺基钻井液具有强抑制 、 强封堵 、 低的表面张力 ， 实现 了对不同孔喉、 裂缝地层的封堵 ， 控制了钻井液进入气层 的深度 ，从而对延长气 田各组 气层均具有 良好 的保护作用 。 选取延 2 7 2 、延 2 8 9 井石盒子组 和试 8井岩心对 胺基钻井液分别在 9 O℃和 1 1 0 o C 下进行了渗透率恢 复值实验。气层岩心采用模拟地层水饱和。表 4 为强 抑制强封堵胺基钻井液气层保护实验结果。从表 4 可 以看出，该钻井液对延长气 田各组气层岩心渗透率恢 复值均在 9 2 ％以上，对气层损害程度极低。 表4 强抑制强封堵胺基钻井液气层保护实验 注 钻井液污染压力为 3 ．5 MP a ，污染时间为 1 2 5 mi n ， 气体流量为 3 0 0 0 mL ／ mi n 。 3 现 场应 用 强抑制强封堵胺基钻井液在延长气 田延 3 3 7 S ． 4 、 延 3 2 9 3 、延 2 5 2 ． 2井等 3口井上进行了试验应用 ，3 口井均为定 向井 ，最大井斜角分别为 2 3 ． 9 8 。 、3 3 ． 3 5 。 与3 2 ． 7 5 。 。 一开采用 西3 1 1 ． 1 mm钻头钻至井深 5 0 0m， 下人 2 4 4 ． 5 m m表层套管 ； 二开采用 西2 1 5 ． 9 m il l 钻头钻至完钻 ，下入 1 3 9 ． 7 mm油层套管。 试 验井二开均采用 KC 1 聚合物无 固相钻井液钻 进至刘家沟组顶部，改为小循环钻进，并将井浆逐渐 转化为胺基钻井液。转换后 ，按钻井液配方配制胶 液进行维护，保持钻井液中胺基抑制剂含量为 0 ． 5 ％， 加入钻井液滤失剂 、润滑剂 、封堵 剂 Z HF D、F T - 1 、 细 目钙 ，提高钻井液抑制性与封堵性 。该钻井液具有 强的抑制性与封堵性 ， 钻井液性能稳定 ， 起下钻顺利 ， 测井一次成功 ，并取得 以下效果 。 1 提高了钻井速度。从表 5可 以得出，采用强 抑制强 封堵胺基钻 井液所钻 的延 3 2 9 ． 3与延 3 3 7 S ． 4 井 比同一井队在同一井场所钻的延 3 2 9 ． 1 与延 3 3 7 S 一 1 井机 械钻速提 高 2 1 ％～2 0 ％ 延 2 5 2 2与延 2 5 2 3井 由于使用钻头类型不同 ，无法对 比 ，钻井周期缩短 1 ． 5 ～ 1 6 d； 完井周期缩短 6 ～3 4 d 。 表 5 试验井与邻井钻井速度对比 井号 钻井液 机 射 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 钻井液与 完井液 2 0 1 4年 5月 2 减少了井下复杂情况。使用胺基强抑制强封 堵钻井液所钻的井与同一井场所钻的井相 比，减少 了 井下复杂情况。使用胺基钻井液 的延 3 3 7 S ． 4井 ，井 下情况正常，而同一井场延 3 3 7 S ． 1 井完井电测完发 生严重井塌 ，划 眼长达 1 0 0 h 。延 2 5 2 ． 2井采用密度 为 1 ． 1 4 g ／ c m 3 稍高于地层坍塌压力当量密度 胺基 强封堵钻井液顺利钻到井深 2 5 3 6 1T I ，井壁稳定，起 钻顺利，起完钻因暴雨发生泥石流，封井停钻 1 3 d ， 由于钻井液长期浸泡，岩石强度下降， 坍塌压力系数 上升至 1 ． 1 9 ，钻井液密度无法平衡石盒子组升高的地 层坍塌压力，造成石盒子组井塌，下钻至井深 2 4 3 9 IT I 遇阻划 眼，由于聚胺强封堵钻井液具有强 的抑制性 与封堵性 ，井塌不算严重 ，划眼不十分困难 ，1 5 h恢 复正常钻井 ； 但同一时期在同一地区因泥石流停钻 的 井，均发生井塌，划眼3 ～5 d 才恢复正常钻进。 为了防止刘家沟、石千峰 、石盒子组裂缝发育地 层井漏 ，在试验井 中采用以防为主的对策。进入刘家 沟组 ，开始使用 Z H F D封堵剂 ，该剂 颗粒直径小于 0 ． 1 5 4 1T I 1T I ，能通过振动筛，因而能在钻井液中起到 防塌、防漏作用。当裂缝宽度大于封堵剂所能封堵的 宽度，如在钻井过程中发生井漏，则可在井浆中采用 随钻加入 Z H F D、单封 ／ 复合堵漏剂 、细 目钙 、土粉 进行随钻堵漏 ，效果明显 ，没有因井漏影响钻进 ，而 同一井场邻井发生失返井漏，均采用停钻堵漏。 3 井径规则。如表 6 所示，采用强抑制强封堵 胺基钻井液所钻的 3口井，刘家沟组以下地层平均井 径扩大率均小 于 1 1 ％。而该地 区已完钻 1 3 2口井刘 家沟以下地层平均井径扩大率大于 2 2 ％。 表 6 延长气田试验井二开井段平均井径扩大率 *目． 不同地层的平均井径扩大率 ／ ％ 十 ～ ⋯ 刘家沟组 石千峰组 石盒子组 y25 2 - 2 2． 7 5 y 3 2 9 3 6 ． 5 2 y 33 7S- 4 7． 8 7 已钻 1 3 2口井平均 1 6 ． 5 3 4- 3 0 5． 5 8 l 1 ． 1 2 2 2 ． 4 9 3． 8 8 8 ． 9 8 8 ． 76 2 4 ． 0 4 4 结论 1 ． 强抑制强封堵胺基钻井液具有 良好 的流变性 能，低的滤失量，良好的泥饼质量，强的抑制性 一 次 ／ 二次回收率均不小于 9 5 ％， 1 6 h 膨胀率为 3 ． 2 3 ％ ， 强的封堵性， 对气层损害率低 对石盒子组、 山西组、 本溪组岩心气测渗透率恢复值渗透率大于9 0 ％ o 2 ． 强抑 制强封堵 胺基钻井 液在延 2 5 2 2井 、延 3 2 9 3井与延 3 l l s ． 4井使用 ，取得较好效果。钻井液 转化简单 ，加入胺基抑制剂后 ，钻井液性能稳定 ，起 到了稳定井壁 、减少井漏、提高钻井速度 、减少对气 层损害的 目的。 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 ． Wa n g J i a n ，F u F u c h a n g ，Wu B i n，Xi a n g Xi n 舀i n ． S t r o n g i n h i b i t i o n o f p o l y a mi n e fl u i d s y s t e m i n d o o r r e s e a r c h [ J ] ． Oi lfie l dC h e m t r y ，2 0 0 7 ，2 4 4 2 9 6 ． 3 0 0 ． 【 2 】 王建华， 鄢捷年， 丁彤伟 ． 高性能水基钻井液研究进展 [ J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 1 7 1 7 5 ． W a n g J i a n h u a，Ya n J i e n i a n， Di n g To n g we i ． Ad v a n c e s i n h i g h p e r f o r ma n c e wa t e r b a s e d d r i l l i n g fl u i d s [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 0 7 ，2 4 1 7 1 7 5 ． [ 3 ] 鄢捷年 ． 用于替代油基泥浆的抑制性水基钻井液的研究 进展 [ J ] ． 国外钻井技术 ，2 0 0 7 ，1 2 6 5 9 ． 6 6 ． Ya n J i e n i a n ．P r o g r e s s o f u s e d i n r e p l a c e o i l b a s e d m u d s i n h i b i t e d wa t e r - b a s e d d r i l l i n g fl u i d s [ J ] ． F o r e i g n Dr i l l i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 7 ，1 2 6 5 9 - 6 6 ． [ 4 ] 钟汉毅 ，邱正松 ，黄维安 ，等 ． 胺类页岩抑制剂特点及 研究进展 [ J ] ． 石油钻探技术，2 0 1 0 ，3 8 1 1 0 4 ． 1 0 8 ． Z h o n g Ha n y i ，Qi u Z h e n g s o n g ，Hu a n g We i a n ，e t a 1 ． A mi n e s h a l e i n h i b i t o r c h a r a c t e ri s t i c s a n d r e s e a r c h p r o g r e s s [ J ] ． Oi l Dr i l l i n g T e c h n o l o g y，2 0 1 0，3 8 1 1 0 4 - 1 0 8 ． [ 5 ] As t o n M S ．E l l i o t t G P．Wa t e r b a s e d g l y c o l d r i l l i n g mu d s s h a l e i nh i b i t i o n me c h a n i s ms [ R ] ． S P E 2 8 8 1 8 ，1 9 9 4 ． [ 6 ] Mo n t i l v a J ，Oo r t E V，B r a h i m R，e t a 1 ． Us i n g a l o w- s a l i n i t y h i g h - p e r f o r ma n c e wa t e r -b a s e d d r i l l i n g flu i d f o r i mp r o v e d d r i l l i n g p e r f o r ma n c e i n L a k e Ma r a c a i b o l [ R ] ． S P E 1 1 0 3 6 6 ． 2 0 0 7 ． [ 7 ] 储政 ． 国内聚胺类页岩抑制剂研究进展 [ J ] ． 化学工业与技 术 2 0 1 2 ，3 3 2 1 ． 4 ． Ch u Zh e n g．Pr o g r e s s of do m e s t i c p o l ya mi n e s h a l e i n h i b i t o r [ J ] ． C h e mi c a l l n d u s t r y a n d T e c h n o l o gy ，2 0 1 2 ，3 3 2 1 - 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