也门裂缝性基岩油气藏钻井液技术.pdf

第3 4 卷 第 1 期 2 0 1 2年 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PRODUCTI ON TECHNOLOGY Vo 1 ． 3 4 No ．1 J a n ．2 0 1 2 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 2 0 1 ～0 0 4 60 4 也 门裂缝性基岩油气藏钻井液技术 郭 京 华 夏 柏如 王 长生 田 凤 1 ． 中国地质 大学工程技 术学院 ， 北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 中国石化 国际石油勘探 开发 有限公 司， 北京 1 0 0 0 8 3 ；3 ． 中原油田公司采油四厂， 河南濮阳4 5 7 0 0 1 引用格式郭京华， 夏柏如， 王长生， 等 ． 也门裂缝性基岩油气藏钻井液技术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 1 4 6 4 9 ． 摘要也门基岩的孔隙度和渗透率低 ， 裂缝是其主要油气渗流通道， 多采用大斜度定向井和水平井开发， 井漏是钻井面临 的主要潜在风险， 固相颗粒侵入是油气藏损害的主要因素。室内通过对比固相含量和动塑比， 筛选出加重剂氯化钠和碳酸钙， 流型调节剂Du o ． V i s ， 进而优选出2种无膨润土钻井液配方， 密度范围 1 ． 0 1 1 ． 4 0 g ／ c m ， 动塑比 1 ． 0 ～ 2 ． 0 P a ／ mP a S 。另外， 针对漏 失问题 ， 提出了几种防漏堵漏技术， 一是用酸溶性的桥堵剂暂堵；二是用化学交联堵漏浆或是触变性水泥浆封堵；三是以可循 环无固相微气泡 Ap h r o n 钻井液作为备选钻井液， 满足低压地层钻井需要。也门基岩钻井液流变性能优良， 处理剂能够完全 酸溶或水溶， 具有低固相或无固相的特点， 对油气藏伤害轻微。现场应用 3 2口井， 包括 9口水平井， 取得 了较好的应用效果。 关键词基岩；裂缝 ；钻井液；无膨润土；可酸化固相 中图分 类号 T E 2 5 4 文献标识码 A Dr i l l i ng flu i ds f o r f r a c t ur e d b a s e me nt r e s e r v o i r i n Ye me n G U O J i n g h u a 1 ,2 XI A B a i r u ，WA N G C h a n g s h e n g ， T I A N F e n g 1 S c h o o l o fE n g i n e e r i n g＆ T e c h n o l o g y ， C h i n a U n i v e r s i ty o fG e o s c i e n c e s ， B e U i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ； 2 ． S i n o p e c I n t e r n a t i o n a l P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d P r o d u c t i o n C o r p o r a t i o n ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ； 3 ． T h e 4 t h P r o d u c t i o nP l a n t o f Z h o n g y u a n Oi l F i e l d , P u y a n g4 5 7 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e r o c k s a r e h a r d wi t h v e r y l o w ma t ri x p o r o s i t y a n d p e r me a b i l i ty i n Ye me n f r a c t u r e d b a s e me n t r e s e r v o i r ． T h e ma i n fl o w c h a n n e l s o f o i l a n d g a s a r e fra c t u r e s ． F o r g e t t i n g h i g h d a i l y p r o d u c t i o n ． t h e d e v i a t e d a n d h o ri z o n t a l we l l s we r e d r i l l e d ． Du rin g d ril l i n g o p e r a t i o n s ， l o s t c i r c u l a t i o n wa s the m a i n p o t e n t i a l d o wn h o l e h a z a r d ， a n d s o l i d p a r t i c l e i n v a s i o n wa s t h e ma i n f o r ma t i o n d a ma g e f a c t o r ． B y c o m p a r i n g t h e s o l i d s c o n c e n t r a t i o n a n d t h e r a t i o o f y i e l d p o i n t t o p l a s t i c v i s c o s i ty Y P ／ P V ， s o d i u m c h l o r i d e a n d c a l c i u m c a r b o n a t e we r e s e l e c t e d a s we i g h ri n g a g e n t s ， a n d Du o - Vi s wa s s e l e c t e d f o r v i s c o s i fi e r ． As a r e s u l t ， t wo k i n d s o f b e n t o n i t e f r e e d ri l l i n g fl u i d s we r e d e v e l o p e d wi th t h e mu d we i g h t r a n g e o f 1 ． 0 1 - 1 ．4 0 c m’ a n d the YP ／ P V r a n g e o f 1 ． 0 - 2 ． 0 P a ／ mPa S ． Fo r p r e v e n t i n g a n d s t o p p i n g t h e l o s t c i r c u l a t i o n ， s o me t e c h n i q u e s we r e p r o p o s e d ， a mo n g wh i c h t h e fi r s t o n e wa s t e mp o r a r y s e a l i n g wi t h a c i d s o l u b l e b r i d g e b l i n d i n g ma t e r i a l ， a n d t h e s e c o n d o n e wa s p e r ma n e n t s e a l i n g wi t h c h e mi c a l c r o s s l i n k e d s l u r r y o r t h i x o t r o p i c c e me n t s l u r r y ． F u r t h e r mo r e ， Ap h r o n wa s a b a c k u p d r i l l i n g fl u i d s for e x tre me l o w p r e s s u r e f o r ma t i o n ． T h e d r i l l i n g fl u i d s f o r Ye me n b a s e me n t f o r ma t i o n s h a d g o o d r h e o l o g y a n d t h e a d d i t i v e s we r e t o t a l l y a c i d s o l u b l e o r wa t e r s o l u b l e ， S O t h e y c o n t a i n e d l o w s o l i d c o n c e n t r a t i o n o r e v e n n o s o l i d ， r e s u l t i n g i n s l i g h t o r n o r e s e r v o i r d a ma g e ． T h e fl u i d s we r e s u c c e s s f u l l y u s e d i n 3 2 we l l s ， i n c l u d i n g 9 h o ri z o n t a l we l l s ． Ke y wo r d s b a s e me n t ； f r a c t u r e ； d r i l l i n g fl u i d s ； b e n t o n i t e - f r e e ； a c i d s o l u b l e s o l i d s 随着勘探新理论、 新技术的不断涌现， 基岩油气 藏越来越受到重视， 成为增储上产的主战场， 北美、 南 美、 中东、 东南亚等地都形成了一定规模的产能 n 。 ]。 中东的也门盆地具有丰富的油气资源， 中石化拥有 基金项目国家科技重大专项项目 “ 中东中亚富油气区复杂地层深井钻完井技术” 编号 2 0 0 8 Z X 0 5 0 3 1 - 0 0 4 部分研究内容。 作者简介郭京华， 1 9 7 1 年生。1 9 9 6年毕业于中国石油大学 华东 应用化学专业， 主要从事石油钻探技术研究与管理工作， 在职博士研 究生 ， 高级工程师。电话 1 5 0 1 1 0 0 1 5 6 9 。 E ma i l g u sh 7 1 1 6 3 ． c o m。 郭京华等也门裂缝性基岩油气藏钻井液技术 4 7 的几个区块就是典型的基岩油气 田。基岩油气藏通 常用裸眼完井 方式 ， 多采用 大斜度定 向井甚至水平 井开发 ， 井眼轨迹设计成沿着断层或裂缝方 向延伸 ， 力求钻穿更多的裂隙和裂缝， 获得更高的单井油气 产量。因此 ， 基 岩油气藏钻井液必须具备完井液的 低伤害性 ， 水平井钻井液的井眼清洁能力 。笔者根 据基岩油气藏的特点， 分析了钻井液对该类油气藏 的损害机理， 结合室内实验和现场应用， 介绍了适用 于也门裂缝性基岩油气藏的钻井液体系。 1 也门基岩油气藏的特点 也 门基岩地层主要是变质岩或火成 岩 ， 通过成 像测井和岩心分析认为 ， 地层岩石致密 ， 孔喉连通性 差， 基质孔隙度和渗透率很低， 孔隙度 0 ～ 7 ． 8 9 ％， 平 均 3 ． 2 8 ％， 渗 透率 0 ～ 0 ． 6 5 7 mD， 平 均 0 ． 0 3 9 mD。研 究认为 ， 基岩地层油气储集 空间以溶洞 、 溶孔 、 裂缝 为主， 裂缝是主要油气渗流通道， 钻穿的裂缝越多， 油气产量越 高。也 门基岩油气藏勘探早 期发现 ， 在 原直井井眼基础上的侧钻井， 单井 日 产量能提高 4 ～ 7 倍 ， 因此 ， 大斜度大位移井和水平井广泛用来开发基 岩油气藏。 2 裂缝性基岩油气藏的损害机理 裂缝性基岩油气藏损害主要表现在应力敏感 性和固相颗粒运移堵塞 J 。应力敏感性与钻井液 本身的性质无关， 与钻井液密度及作业时的压力波 动有关 。井 眼钻开后 ， 原地应 力平衡状 态打破 ， 裂 缝在上覆岩层压力、 孔隙压力、 钻井液静液柱压力 的共 同作用下 重新建立 了平衡 ， 钻井过程 中的压力 波动 ， 会 引起裂缝状态发生改变 ， 裂缝张开度减小 ， 严重时甚至闭合。可运移 的固相颗粒主要来 自于 3 个方面 一是钻井液本身的固相 加重剂 、 钻屑 ， 膨 润土， 堵漏剂、 未溶解的有机处理剂等 ；二是因为 钻井液与地层水不配伍 ， 生成沉淀物；三是储层中 的膨胀黏土颗 粒或方解石 、 钙长石等其他非膨胀颗 粒 。可运移颗粒 随钻井液或滤液侵入储层 ， 部分沉 积在缝 隙通道 中， 形成 流体 流动 的阻碍物 ， 或是完 全堵塞缝隙。 3 钻井液技术研究 屏蔽暂 堵技术 很好地解 决 了固相颗粒侵 入对 孔隙型储层的伤害问题， 但是， 由于缝隙系统的复杂 性， 屏蔽暂堵剂的粒级选择非常困难 ， 导致这项技术 很难在基岩地层推 广应用 。因此， 为满足基岩油气 藏勘探开发需要， 钻井液技术要具备 3 方面的特点 一 是固相含量尽可能低 ， 最好是无 固相， 以免固相颗 粒侵入裂缝伤害储层 ；二是处理剂必须是水溶性或 是酸溶性 ， 为以后消除钻井液污染 ， 改善储层渗流状 况创造条件；三是流变性能要求高， 悬浮和携带钻 屑能力强， 满足钻大斜度定向井和水平井的需要。 3 ． 1 钻井液处理剂筛选 3 ． 1 ． 1 加 重剂根据地层压力 ， 也 门 3个区块基岩 地层的最大钻井液密度分别为 1区块， 1 ． 1 0 g ／ c m ； S 2区块 ， 1 ． 2 0 g ／ c m ；7 1区块 ， 1 ． 3 5 g ／ c m 。氯化钙饱 和溶液的密度为 1 ．3 9 g ／ c m 3 ， 从密度值来看适合用做 加重剂 ， 但是 由于钙离子易于和有机处理剂生成沉 淀 ， 无法获得合适的流变性能， 因此氯化钙排除在外 。 图 1 是计算 出的分别用碳酸钙、 氯化钠和碳酸钙、 重 晶石加重黄原胶溶 液后 的固相含量， 图中虚线处的 密度值为 1 ． 3 5 g ／ c m3 。从图 1可以看出， 用氯化钠和 碳酸钙 N a C I C a C O 加重， 密度值低于 1 ．2 0 g ／ c m 时， 固相含量为 0 ， 密度值 1 ．2 0 ～ 1 ．3 5 g ／ c m ， 固相含量 不超过 1 1 ％， 是 3种加重方法 中最低 的。氯化钠 能 溶于水 ， 碳酸钙能溶 于酸 ， 这 2种产 品价格低廉 ， 无 论是从经济性还是从技术性考虑 ， 氯化钠和碳酸钙 都是理想的加重剂。 图 1 不同加重方 法中的钻 井液 固相含 量 3 ． 1 ．2 流型调节剂 如何保持优良的流变性能是无 膨润土钻井液面临的一个重大难题， 生物聚合物黄 原胶具有独特 的流变性 能和高温稳定性 ， 成为处理 剂研 究 的热点 。室 内实验 了生物 聚合 物 D u o V i s 在氯化钠水溶液中的流变性能。 主 要 仪 器Z N N D 6型 六 速 旋 转 黏 度 计； X G R L 一 4 型高温滚子加热炉。 主要药剂D u o ． V i s 和杀菌剂 C i d e ， 钻井液服务 商 MI 公司产品；工业用盐。 实验方法配制 3 5 0 mL不同浓度的氯化钠盐 水， 加入 0 ． 1 ％ ～ 0 ．2 ％ 的纯碱， 去除钙离子， 加人烧碱 4 8 石油钻采工艺 2 0 1 2年 1月 第 3 4卷 第 1 期 调节 p H值为 9 ， 缓慢加入 O ． 3 5 ％ 的 Du o ． Vi s ， 搅拌均 匀 ， 用滴管加 2滴杀菌剂 ， 然后高速搅拌 l rai n ， 中速 搅拌 3 0 mi n ， 测量 1 2 0 老化 1 6 h前后 的流变性能。 图 2是老化后 的性能 曲线。可 以看 出， 随着氯 化钠加量 的增加 ， 表观黏度 A V缓 慢升高。氯化钠加 量低于 1 0 ％时， 随氯化钠加量的增加， 动切力 y 尸降 低 ， 塑性黏度 PV升高 ；氯化钠加量超过 l 0 ％ 时， 随 氯化钠加量的增加 ， Y P缓慢升高 ， PV保持稳定。动 切力 和塑性黏度的 比值 动塑 比， Y P ／ P 是衡量钻 井液携砂能力的一个重要指标 ， 水平井钻井液合理 的动塑 比在 0 ． 5 P a ／ mP a S以上 ⋯ ， 从 Y P ／ PV曲线 可 以看 出， 0 ． 3 5 ％ 的 D u o V i S 在氯化 钠盐水 中的动 塑 比为 1 ． 1 3 ～ 1 ． 6 7 P a ／ mP a S 。 实验 结 果 表 明， Du o Vi s 是一种优 良的盐水流型调节剂， 配制的溶液具有 低塑性黏度， 高动切力的特点， 能提供适当高的动塑 比， 有利于井眼清洁。 萋 图 2 Du o V i s 在氯化钠 盐水 中的流 变性能 3 ． 1 ． 3 降滤失剂 基岩油气藏对钻井液滤失量没有 统一的指标要求 ， 需根据区块渗透率的大小 ， 决定是 否降低滤失量。为选择合适的降滤失剂， 室内考察 了几种常用降滤失剂 P A C 聚阴离子纤维素 、 P o l y S a l 改性淀粉 、 L v C MC 羧 甲基纤维素钠盐 水溶 液 的 AP I 滤 失量 ， 结 果发现 ， P AC和 L v C MC水 溶 液的滤 失量很难降至 l 0 mL以下 ， 而 P o l y S a l 水溶 液的滤 失量可 以降到 6 ～ 8 mL 。这 与处理剂的降滤 失机理 不 同有关 { ， P A C和 L v ． C MC溶 解后 主要 依靠增加液相的黏度来降低滤失量， 而 P o ly ． S a l 部 分未溶解 的颗粒能够形成滤饼 ， 在没有外来颗粒形 成滤饼 的情 况下， P o l y S a l 在降滤失方面具 有一定 的优势。 3 ． 2 钻井液典型配方 研制出了 2种无膨润 土钻井液 无固相盐水钻 井 液， 密度 范同 1 ． 0 l ～ 1 ． 2 0 g ／ c m ；可 酸化固相盐水 钻井液， 密度范围 1 ．2 0 ～ 1 ．4 0 g ／ c m 。这 2种钻井液 成分相似， 表 1 是典型的钻井液配方。在无固相盐 水钻井液 中， 盐是唯一的加重剂 。在可酸化 固相盐 水钻井液中， 盐是主加重剂 ， 先加盐至 1 ． 2 0 g ／ c m ， 然 后再加碳酸钙至需要 的密度值。 表 1 基岩钻井液的配方组合 4 防漏堵漏技术 4 ． 1 常规堵漏技术 渗漏 ， 漏失速度小于 4 m ／ h ， 采用细颗粒碳酸钙 堵漏剂， 用量 1 2 5 k g ／ m ；中等程度的漏失， 漏失速度 为 4 ～ 1 6 m ／ h ， 中粒与细粒碳酸钙复配 ， 比例为 1 1 ， 用量均为 6 3 k g ／ m。 ；漏失速度大 于 1 6 m ／ h或完全 失返 ， 用颗 粒状和片状堵漏剂 复配 ， 各堵漏剂 用量 为 细粒碳酸钙 6 3 k g ／ m ， 中粒碳酸钙 5 8 k g ／ m。 ， 粗 粒 碳酸 钙 4 3 k g ／ m ， 片状堵 漏剂 Ma g ma F i b e r F 5 8 k g ／ m 。堵漏工 艺， 渗漏 时， 每钻进 2 ～ 3 h泵人 2 m 堵漏浆 ， 起钻前， 再泵人适量堵漏浆静止堵漏 ， 其他 类型 的井漏， 按实 际情况选择静止堵漏或关井承压 堵漏。 4 ． 2 非常规堵漏技术 对恶性漏失 ， 可用特殊的堵漏材料 F o r m． A． P l u g I I 一种化学交联堵漏剂 和触变性水泥浆作为应急 备选材料。这 2种材料对漏失通道是永久性封堵 ， 对油气藏 的损害无法逆转 ， 除非是常规堵漏失败， 或 是井下情况危急 ， 井控有需要 ， 一般不轻易采用。 4 ． 3 低压地层防漏钻井液 可循环无固相微气泡钻井液 A p h r o n 钻井液 的密度范围为 1 ． 0 ～ 1 ． 0 5 g ／ c m ， 具有一定的防漏堵漏 能力， 适合低压易漏基岩油气藏。A p h r o n 钻井液中 的微小气泡具有多重保护膜 ， 泡沫稳定性很强 ， 可以 承受最高达 2 7 MP a 的高压 ， 能够像常规钻井液 一 样通过泥浆泵循环。在低压地层钻进时 ， 气泡随 钻井液侵入裂缝， 由于地层孔隙压力低于井筒内的 静水柱压力， 气泡会膨胀变大， 聚集的气泡堵塞漏失 通道， 阻止钻井液进一步侵入地层。表 2 是 A p h r o n 钻井液 的配方组成。 郭京华等也门裂缝性基岩油气藏钻井液技术 4 9 表 2 A p h r o n钻井液的配方组合 各种处理剂 的加入要遵循一定 的顺 序 ， 先用纯 碱将水 的总硬度降至 2 0 0 mg ／ L以内， 再加入 M I C i d e ， 循环均匀， 然后依次通过加料漏斗加入 G o D e v i l I I ， Ac t i v a t o r I ， Ac t i v a t o r I I ， B l u e S t r e a k ，最 后 加入 Ap h r o n i z e r A， A p h r o n i z e r B， P l a s t i c i z e r ， 这样配 制 出的气 泡稳定性强 。Ap h r o n钻 井液在也 门 中部 H a a ma wt 地 区应用 2口井 ， 取得 了较好 的防漏效 果， 但是由于配制成本较高， 这种钻井液作为一种技 术保障， 为低压恶性漏失地层备用。 5 现场应 用 现场应用 3 2口井 ， 定 向井 占总井数 的 9 1 ％， 其 中 水平井 9口， 钻井液密度最高为 1 ． 3 3 e C c m3 。从应用情 况来看 ， 所研制的钻井液具有较好的低转速黏度和动 塑比， 六速旋转黏度计 3 r ／ ra in 下的值最低为4 ， 动塑比 维持为 1 ．0 2 ． 0 P a ／ mP a s ， 与室 内实验数据非常吻合。 钻井过程 中井壁稳定 ， 井眼清洁 ， 井底无沉砂 ， 起下钻 畅通 ， 平均机械钻速 1 ． 9 3 - 2 ． 7 8 m ／ h ， 应用效果较好。 基岩 地层 钻 进 ， 井漏 和井 涌 是 主要 的井 下 复 杂 情 况 。He n i n ． 1 S T井 是 在 原 直 井 He n i n 一 1井 0 2 4 4 ． 5 m m套管 中的开窗侧钻井， 最大井斜 7 2 ． 7 。 。 该井钻进过程 中油气显示非常活跃 ， 井深 3 1 2 5 m， 遇到了严重的油气侵 ， 钻井液密度从 1 ． 1 8 g ／ c m 提高 到了 1 ． 2 5 g ／ c m3 o 钻至井深 3 3 4 1 m， 出现了严重漏失 ， 钻井液只进不出 ， 井筒 内液面下降后诱发井涌 ， 按照 既定的常规堵漏技术方案， 采用颗粒和片状复配的 堵漏浆 ， 成功解决了井漏问题 ， 后来根据油气活跃程 度， 下调了密度值， 圆满完成了钻井任务。H e n i n ． 1 S T井在基岩地层钻进过程中共漏失钻井液 3 5 0 m ， 完井测试阶段 ， 没有进行任何酸化处理 ， 返排 出 1 9 0 m 。 钻井液， 测试获得了高产油气流。 6 结论 1 无 固相盐水钻井液和可酸化 固相盐水钻井液 都具有完井液 的低伤害性 、 水平井钻井液的优 良流 变性能， 这 2 种钻井液密度范围互补， 满足了也门不 同压力条件下的基岩油气藏钻井工程需要。 2 基岩油气藏堵漏作业的目的是暂时封堵漏失 通道 ， 要选择 可酸化的堵漏材料 ， 根据漏失程度 ， 优 化堵漏材料 的颗粒与形状组合 ， 从而有利 于快速形 成封堵层 ， 降低堵漏作业风险。 参考文献 【 l J ANI R BI D S i r c a r ． H y d r o c a r b o n p r o d u c t i o n f r o m fr a c t u r e d b a s e me n t f o r ma t i o n s[ J j． C u r r e n 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