伊朗M．I．S油田水平井泡沫钻井液技术.pdf

第 2 6卷 第 3期 2 0 0 9年 5月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LLI NG F LUI D COMPLE TI ON FLUI D Vo1 ． 2 6 NO ． 3 M a v 2 0 09 文 章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 3 0 0 2 5 0 4 伊 朗 M． I ． S油 田水平井泡沫钻 井液技术 孙 延 平 中国石油长城钻探工程有限公 司钻井液公司 ， 北京 摘要 伊朗 M． I ． s油 田是一个开采 了近百年 的油 田。该油 田地层压力异常低 、 裂缝发育 并含有高 浓度 的硫 化 氢气体。在该 油田的钻 井过程 中， 既要防止 因钻井液 密度过 高而 导致漏失 ， 又 要保 证钻 井液 的密度 足 以控制地层 中硫 化氢气体 的逸 出， 所 以决定在水平井段采用泡沫钻 井液。对泡 沫钻 井液配方进 行 了优选 ， 对其性 能进行 了评 价 ， 介绍 了现场施工 中对井漏、 井 眼轨迹 、 硫 化氢及 泡沫稳定 性的控 制技 术。泡沫钻井液在 3口水平 井 中的应用十 分成功， 水平段 的钻进顺利， 钻进过程 中没有 出现任 何阻、 卡和 井眼清洁 以及 MWD 信号传 输的 问题 ， 电测顺利 ， 3 口水平 井的 日产 量完全达到 了甲方 的要求 。 关键词 水平 井； 裂缝性油气藏； 泡沫钻 井液 ； 硫 化氢 中图分类号 TE 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 1 项 目概 况 伊 朗 M． I ． S油 田是 一 个有 着 上 百 年 开采 历 史 的油 田 ， 中东地 区有 史 以来 第一 口油 井 就位 于该 地 区。 自 2 0 0 5 年 起 ， C NP C和伊 朗 国家石 油公 司就 开 发 M． I ． S油 田进行 了谈判 ， 计 划在 该 地 区用 2年 的 时间钻成 3口直井、 1 2口水平井和 2口注水井。第 一 口直井 于 2 0 0 7年 开钻 ， 截 至 2 0 0 8年 月 1日， 已累计钻成 3口直 井 和 3口水 平 井 。从 试 油 结 果 看 ， 该 项 目的开发 前景 相 当好 。 2 地 层 岩 性 M． I ． S钻井项 目的井都将穿过 G a c h s a r a n组和 As ma r i 组 地层 。Ga c h s a r a n组地 层 由 8个小层 位 组 成 ， 分 别是 Me mb e r 1 ～ 7和 C a p Ro c k 。C a p Ro c k 为盖层 ， 是个关键层位 ， 硫化氢等有害气体就位于盖 层 下部 的地层 中 。Me mb e r 7 ～5小 层 为 灰 色／ 红 色 软 泥灰 岩 以及 硬 石 膏 ， 夹 少 量 灰 岩 ， Me mb e r 4 ～ 2 小层 为大段 盐层 ， 有 薄 的硬 石 膏 和 泥灰 岩夹 层 ， C a p R o c k小层 为硬 石膏 和沥青 页 岩 。 As ma r i 组 地层 是 M． I ． S油 田的主力 油层 ， 由 6 个小 层位组 成 ， 分 别 是 Z o n e 1 ～ 6 。Z o n e 1地 层 为 灰岩 、 白云 岩和灰 泥石 灰岩 以及泥 质颗 粒岩 ， 裂缝 发 育； Z o n e 2地层为灰岩 ， 下部含少量硬石膏且裂缝 发 育 ； Z o n e 3地 层 为 泥 灰 岩 和 不 连续 的灰 岩 夹 层 ， 以及 一些 黑 灰 色页 岩 和泥 质灰 岩 ； Z o n e 4地 层 为硬 石 膏 夹层 rg度 小于 3 m 、 碳酸盐 岩 以及灰 岩 ； Z o n e 5 地 层 为 鲕粒 状 灰岩 ， 裂缝 发育 ； Z o n e 6地 层 为灰 岩／ 白云岩 ， 有黑灰 色页岩夹层。1 2口水平井 的水 平 井段 一般 都位 于 Z o n e 2地层 中。 3 钻井 液技术难 点 根据先期完成的 3口直井 、 地层岩性资料 以及 水 平井 钻井 的技术 要 求 ， 预计 该 油 田水平 钻 进 井 段 存 在 以下 钻井 液技 术难 点 。 1 钻井液漏失。As ma r i 地层不但压力很低 最 低达 0 ． 4 3 MP a ／ 1 0 0 m ， 而且 裂 缝 十分 发 育 ， 连 通 性 也很好 ， 易发 生钻井液漏失 。在 已完 钻的 3口水 平井 中， MI S C ／ N 3 2 0 H一 7井 的 钻 井 液 漏 失 量 为 3 5 2 ． 7 m 。 ，MI S C ／ N 3 2 1 H一 5井 的 漏 失 量 为 1 4 0 5 m。 ， 而 MI S C ／ N 3 2 2 H一 2井 的漏 失量 达 到 了 4 3 1 8 m3 。 由 于水平井不允许 使用堵漏剂 ， 且 MWD的使用 又不允 许钻井液 的密度 降得过低 ， 这就 给钻井 液施工 带来 了 极大的挑战。最后确定使用泡沫钻井液。 2 硫化 氢 的污染 。1 9 6 4年在 M． I ． S油 田钻 探 的 3 0 6 A 井 由于钻 穿 了含高 浓度 硫 化 氢 的侏 罗 系地 层 ， 导致发生地下井喷， 大量含硫化氢的天然气向上 侵入 As ma r i 地层 。据测定 ， As ma r i 油层顶部伴生 气 中硫化氢含量高达 1 ． 0 1 0 mg ／ L以上 ， 这些硫 化氢一旦从井 中逸出 ， 其后果将是灾难性的 。 在已 第一作者简介 孙延平， 高级工程 师， 1 9 6 4年 生， 现在 中石油长城钻探公 司从 事钻井液 工程工作 。地 址 北京 市朝 阳区安 立路 1 0 1 号 ； 邮政编 码 1 0 0 1 0 1 ； 电话 0 1 0 5 9 2 8 5 8 3 9 ； E ma i l s u n y p p y a h o o ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 9年 5月 完 钻 的 6口井 中， 3口井 有 明显 的硫 化氢逸 出现 象 。 3 井 眼 轨 迹 的 控 制 。 由 于 泡 沫 钻 井 液 影 响 MWD脉冲信号 的传输， 因此预决定在造斜段使用 有 线测斜 的方 式进 行 井 眼轨 迹 控 制 ， 但这 会 造 成 钻 井成本的大幅上升， 从经济上来讲不太可行 。因此 最 终还 是确定 通过 提高泡 沫钻 井液 的现场应 用性 能 来降低其对 MWD脉冲信号传输的影响。 4 泡沫钻井液配方优选 以评价 泡 沫 钻井 液 的密 度 和稳 定性 为 主 ， 评 价 流变性 为辅 ， 分别 在实 验 室 和现 场 对 泡 沫钻 井 液 的 配 方进行 了优 选 。 4 ． 1 室内实验 室 内实验 结果见 表 1和表 2 。 表 1 泡 沫 钻 井 液 配 方 及 密 度 1 l o．3 0 0 ．1 O O． 60 2 0 0 2 1 o ．5 0 0 ．1 o 0． 34 2 0 0 3 1 0．25 0． 35 o ．1 5 0． 57 2 0 0 4 2 o． 25 0． 30 0 ．1 5 o． 62 2 0 0 5 2 0 ． 25 0．3 0 o ．5 0 o ． 37 2 50 6 2 o ． 30 0．3 0 0 ．1 0 0 ． 56 2 50 7 3 o ．5 0 o ．1 o 0 ． 53 3 0 0 8 3 O．8 0 0． 1 0 o ．5 3 3 0 0 9 3 0 ．3 0 o ．3 0 o． 1 o 0 ．6 8 2 00 1 O 3 0 ．3 0 0．3 5 o ．1 0 o ．5 2 3 00 1 1 4 0 ． 30 o．3 0 0 ．1 0 o ． 52 3 00 1 2 5 0 ．2 0 o ．2 0 0． 1 O o ． 44 3 00 注 固体处理剂加量为质量／ 体积百分 比， 液体处理剂加 量为体 积／ 体积百分 比； 7 、 8 、 1 O 、 1 1 和 1 2 钻 井液各加 入 o ． 1 Na OH 以调节其 p H值 ； V。 为未发泡时钻井液 的体 积 。 从表 1和表 2可 以看 出， 随着 发 泡剂 加 量 的增 加 ， 泡沫钻井液的体积增加量变大 4 和 5 ； 聚合 物 H、 厂 一 P AC和生 物 聚合 物 的 加 入有 助 于泡 沫 的 稳定 ， 且按一定 比例复配的聚合物稳定泡沫的能力 比单一 的聚合物强 7 、 8 和 1 0 ， 9 实验数据丢 失 ， 无法对 比 ， 如单独加入 0 ． 8 生物聚合物 不如 加入 0 ． 3 HV P AC 和 0 ． 3 5 生 物 聚合 物形 成 的 泡 沫稳定 ； 还 可 以看 出 ， 膨 润土对 泡沫 的稳定起 着决 定性 的作用， 其适宜加量为 3 ． 0 ～4 。 0 ， 这 与实 际作业过程中观察到 的现象一致 ， 即当钻井液中不 加膨 润 土 只加 入 HV P AC、 生 物 聚 合 物 、 发 泡剂 以 及其它 必要 的添加 剂时 ， 泡沫 既不均 匀 ， 稳定 性也很 差 。膨 润土稳 定泡 沫 的作 用与其 能在 泡沫表 面形成 一 层具 有一 定强 度 的保 护膜 有 关 ， 这 层 薄膜 对 泡沫 表面水 分 的固定 能力要好 于实 验 中使 用 的聚合物 。 在 实 验过 程 中还 观 察 到 ， 搅 拌 必须 达 到一 定 时 间 ， 泡 沫才能 大量 形 成并 稳 定 。这 一 点 在后 来 的现 场应用 中也 得到 了验 证 加 入 发 泡剂 后 的一 段 时 间 内， 钻井液密度并不下降， 一定时间以后钻井液的密 度才能 够 降下来 。所 以 ， 泡 沫 钻井 液 中发泡 剂 的量 不但要维持一定的水平 ， 而且要及时补充。 表 2泡沫钻井液的性能 泡沫 稳 定 性 方 Pv YP Ge l mP a s P a P a ／ P a 注 实验时用低 速搅拌钻井液 ， 搅拌 时间为 3 ～4 h 。 4 ． 2 现场实验 在实验室实验的基础上利用现场材料进行了实 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 3期 孙 延平 伊 朗 M． I ． S油 田水 平井 泡沫钻 井液技 术 2 7 验。在材料的使用上兼 顾了现场可用材料的种类 ， 用 L V P AC代替 了 HV P AC， 并 同时加 入 了钻井 乳 化剂 D ME。实验结果 见 表 3和表 4 。 由表 3和表 4 可 以看 出 ， 加 有 乳化剂 的泡沫钻 井液 密度 更低 ， 泡 沫 很稳 定 。 表 3现 场 泡 沫 钻 井 液 的 配 方 配膨 润 土生 物 聚LV P AC 发 泡 剂DM E 烧 碱纯 碱 方 合物／ 1 8 5． 0 0 ．1 5 0 ．1 5 0． 10 0 ．1 0 0 ．2 0 ．6 1 3 1 ． 0 3 7 ． 0 4 ． 0 1 ． 5 ／ 3 ． 0 1 2 ． 0 1 4 1 ． 0 3 1 3 ． 0 7 ． 0 3 ． 0 ／ 6 ． 0 1 1 ． 0 1 5 0 ． 8 8 1 7 ． 0 1 3 ． 0 4 ． 0 ／ 9 ． 0 1 1 ． 0 比较 稳 定 1 6 0 ． 7 6 2 3 ． 0 1 8 ． 0 4 ． 0 ／ 1 1 ． 0 1 1 ． 0 稳 定 1 7 0 ． 6 8 2 3 ． 0 1 2 ． 0 3 ． 0 ／ 5 ． 0 1 1 ． 0 稳 定 1 8 0 ． 5 8 3 6 ． 0 2 2 ． 0 4 ． 0 ／ 7 ． 0 1 1 ． 0 稳 定 5 现 场 作 业 和 应 用 效 果 5 ． 1 井漏 的控制 由于水 平井 段 不允 许 使 用堵 漏 剂 ， 所 以 只 能通 过降低钻井液密度来控制钻井液漏失， 因此 确定使 用泡沫 钻井 液 。根 据 已完钻 的 3口水 平井 的钻井 资 料可知 ， 由于地层压力相当低且裂缝十分发育 ， 而钻 井液密 度又 不能 降得太 低 ， 因为钻 井液 密度 太低 ， 会 影响 MWD信号 的传输 以及对 地层 中硫化氢 的控 制 ， 所以完全防止钻井液漏失是不可能的。因此 ， 只 要钻 井液 漏失不 造 成 其 它井 下 复 杂 情 况 ， 就 不 用 特 别严格地控制。 泡沫 钻井液 在 M． I ． S地 区 的应用 中， 很 大 程度 地降低 了漏失量和漏失速率 ， 不但节约了钻井液成 本， 而且也很好地保护 了油气藏。泡沫钻井液 中只 有膨 润土 是 固相 ， 所 以其 加 量 不 能小 于 5 ， 且 应 以 基础液体的量计算 ， 不能以泡沫的体积计算 ， 否则 固 相含量会太低 ， 不利于对油气层的保护。 5 ． 2 硫化氢的控制 由于硫 化 氢浓 度 很 高 ， 所 以 为 了控 制硫 化 氢 的 逸 出， 需要同时做好 3方面的工作 其一是要控制好 泡沫 钻井液 的密 度 ； 其二是 提 高钻井 液 的 p H 值 ； 其 三是使 用 除硫化 氢剂 如 碱式碳 酸锌 。 由实验 室实 验 结果 可知 ， 提 高 钻井 液 的 p H 值 对 泡 沫 的稳 定 性 并 无不 良影 响 ， 因 此 在 现 场 作 业 中保 持 钻 井 液 p H 为 1 2 ～ 1 3 。 5 ． 3 井 眼轨 迹的 控制 现 场钻 井 液 作业 实 践 表 明 ， 只要 控 制好 泡 沫 钻 井液处理剂 的加量和使用方法 ， MWD的信号传输 所受 到 的影 响几乎 可 以忽略 不计 。一 是加入 发泡 剂 要及 时 ， 并 且要 均匀 且缓 慢地 加入 ； 二是 钻井 液 的静 切力要提高到适当的水平 ； 三是某些磺化类处理剂 如磺化褐煤 尽量不要使用。如果在维护处理钻井 液时 做到 以上 3点 ， 空 气 在 钻井 液 中就 会 分 散 得 十 分均匀 ， 形 成 的泡 沫 十 分 细小 。用 这种 泡 沫 钻 井液 来传输 MWD信 号， 其效 果虽不如水基 ， 但完全能 够满足 现 场井 眼轨迹 控制 和导 向 的要 求 。泡沫 钻井 液技术 的成 功应 用节 约 了大量 钻井成 本 。 5 ． 4 泡沫稳定性的控制 从 3口水 平 井 的钻 井 经 验 中 可得 出 ， 为 了保 持 泡 沫 的稳 定性 ， 首 先要 保证 钻井 液具 有一定 的切 力 ， 钻井 液 的漏斗 黏度 控 制 在 1 8 0 ～ 2 5 0 S ， 切 力 维 持 在 5 ～8 ／ 1 5 ～1 8 P a ／ P a比较合 适 。该条 件 下 的泡 沫 细 密而 且均 匀 ， 能 满 足 MWD 信 号 传 输 、 钻 井 液 的 密 度控 制及 井 眼清 洁 的要 求 。因 为 ， 若 钻 井 液 的切力 太低 ， 泡沫表面液体的黏度 比较低 ， 形成的泡沫就比 较粗且 脆 ， 而且 泡 沫 的大小 也 不 均 匀 。这 种 泡 沫很 容易破裂 ， 其密度也不稳定 ， 最高密度和最低密度之 间的差别达 5 0 之多 ； 也影响 MWD的信号传输。 其次 ， 要保持泡沫的稳定性 ， 膨润土的使用是必 不 可少 的 。观察 在现场 实验 中配 制 的无土 泡沫 和含 土泡沫可以看出， 加有膨 润土 的泡沫明显 比不加膨 润土的泡沫细腻且均匀， 而且能够稳定 7 2 h以上， 不加 膨润 土 的泡沫 很快 就有水 析 出 。 再次， 最好 以小流量均匀地将发泡剂加入到循 环 的钻 井 液 中。发泡 剂加 量过 大会 造成 钻井 液密度 的大 幅波动 ， 而 且所形 成 的泡沫 也 比较粗 大 ； 加 量过 6 6 6 6 6 ● ● ● ● ● O O O O O 2 2 2 2 2 ● ● ● ● ● O 0 0 O O O 8 1 O ● ● O O O 8 1 O ● ● O 0 5 5 5 5 11 1 1 l ● ● ● ● O O O O 5 5 5 5 ；I ● ● ● ● 0 O O 0 O O O O 0 ● ● ● ● ● 5 u 5 u 5 3 4 5 6 7 1 1 l 11 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 9年 5月 小 ， 难以控制钻井液密度 。所以， 必须根据具体的钻 井 作业进 程 ， 调 节发 泡剂 的加量 ， 最好 在加 发泡剂 之 前首 先测 定钻 井液 的切 力 或 漏 斗黏 度 ， 如果 这 2个 参数不合适 ， 要及时调整 。此外 ， 搅拌器的不停搅拌 对 泡沫 的形成 和稳定 也起 着至关 重要 的作用 。 5 ． 5 其 它 泡 沫钻 井液 在 3口水 平 井 中 的应 用 十分 成功 ， 水 平段 的 钻进 顺 利 。在 钻 进 过 程 中没 有 出 现任 何 阻 、 卡 以 及 井 眼 清 洁 问题 和 MWD 信 号 传 输 的 问 题 ， 电测顺 利 。试油结 果表 明 ， 3口水 平 井 的 日产 量 完全 达 到了 甲方 的要 求 。 6 结论 1 ．由于 M． I ． S油 田的 地 层 压 力 过 低 ， 地 层 裂 缝 十分发 育 ， 泡 沫钻井 液无 法 防止漏失 的发生 ， 但是 泡沫钻井液降低了钻井液 的漏失速率和漏失量 ， 满 足了该油田水平井钻井要求 ， 既节约了成本， 也在一 定程 度上保 护 了油 气层 。 2 ．只要泡 沫钻 井液 的流 变性 控 制得 当 ， 就能 得 到细 腻而均 匀 的泡沫 ， 从 而实 现 钻井 液 密度 的有 效 控制和 MWD信号的成功传输 。 3 ． 对 于含 量很 高的硫 化氢 ， 仅 靠 除硫 化氢 剂是 无法实现安全作业 的， 必须综合使用钻井液液柱压 力 、 钻 井液 的高 p H 值 和除硫化 氢剂 技术 ， 才 能有 效 地 避 免和控 制硫化 氢对人 员 和设备造 成伤 害 。 致谢 在 M． I ． S钻 井液服 务项 目的起 动过 程 中， 董大 康 、 李永林和杨章 国 3位 同志与作者 一起做 了大量 的工作 ， 正是 由于他们的工作 ， 才使得该项 目成 功运行 在 此， 作者 谨 对 3位 同 志表 示诚 挚 的感 谢 。 收稿 日期 2 0 0 9 0 1 1 2 ； HG F 0 9 0 3 W1 1 ； 编辑 汪桂娟 上 接 第 2 4页 3 ． 3 复杂情况及事故 A3 2井钻 至 井 深 2 1 2 5 m 完钻 ， 起 钻 至套 管 鞋 循环 时发 生钻 井 液 气侵 。下 钻 至井 底 循 环 ， 最 大 后 效气 为 9 8 ， 经过 5 h循 环 排 气 同时 加 重 钻井 液 密 度至 1 ． 2 5 g ／ c m。 ， 将 井控制 住 。 3 ． 4 效果评价 1 封堵 、 抑 制性 。在旅 大 1 0 1油 田 3口井 的钻 井过 程 中 ， 成膜 封堵钻 井液性 能 非 常稳定 ， 包 被抑 制 性能 好 ， 泥岩岩 屑 形状 规 则 ， 振 动筛 、 除砂 器 出砂 很 多 ； 起 下钻 未遇 阻 卡 ， 套 管 顺 利下 到 井 底 ， 说 明成 膜 封堵 钻井 液携 砂性 能 和 封 堵 性 能好 ， 有 效 地 抑 制 了 泥岩 膨胀 。 2 防塌性 。根据测 井 曲线 ， A3 1 S 井 三 开井 眼 最 大扩大率为 3 ， 说 明成膜封堵钻井液的造壁性强 ， 泥饼 质量 好 ， 能 阻止 钻 井 液 滤 液进 入 地 层 。在 整 个 钻井过程 中均无井壁掉块返出 ； A3 l s井 电测顺 利， 仪器未遇阻卡 ， A3 2和 A3 1井 L WD测井起下钻顺 利 ， 说 明该钻井液有较好的防塌性能。 3 润滑 性 。3口调 整井 均 为定 向井 ， 在 东 营 组 泥 岩地层 滑 动 调 整 轨 迹 时 ， 平 均 机 械 钻 速 达 到 1 O m／ h ， 且 滑动 摩阻很 小 ， 说 明该 钻井 液不 但 具有 良好 的润滑 性 ， 而且 岩 屑 携带 干 净 ， 在井 斜 达 到 5 6 。 时 井 壁没有形成岩屑床。 4 油层 保护 。成膜 封堵 钻井 液 主要复 配 添加剂 是由成膜剂、 抑制剂 、 聚合物增黏剂和对储层孔喉具 有 暂堵作 用 的油保 剂 特 殊 粒子 组 成 的胶 体 体 系 ， 克 服 了普通 钻井 液 中黏 土 粒 子对 储 层 的损 害 ， 能 够最 大 限度降低 固相 对储层 损 害 。根据 已进行 的 2口井 的完井 情况 看 ， 产 量均 比较理 想 ， 说 明该钻井 液 比较 好地 保护 了油层 。 5 环境 保护 性能 。成膜 封堵 钻井 液所 用处 理剂 均无 生物 毒性 ， 符 合 国家环保 要求 ， 达 到 了 国家 海洋 排放要求 ； 该体系处理剂均无荧光 ， 满足了地质录井 要求 。 4认 识 与 建 议 1 ．成膜 封堵钻井 液 C B F 维 护简单 ， 悬浮 携砂 、 润滑 防塌 能力强 ， 对泥 页岩有很 好 的抑 制效 果 ； 造壁 性强 ， 滤失 量小 ， 保护 油气层 性能 好 ； 是一 种低 毒 、 高 效钻 井液 。 2 ．成膜封堵钻井液 C B F 稳定性好 ， 在批钻作 业时若循环利用 ， 可以有效地降低成本。 参 考 文 献 [ 1 ] 徐 同台， 赵忠举． 2 1世纪初 国外钻井液 和完井液技术． 石油工业 出版社 ， 2 0 0 4 收稿 日期 2 0 0 8 0 9 2 3 ； HGF0 9 0 3 W9； 编 辑 汪 桂 娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m