一种硅酸盐钻井液的研究及在靖边气田的应用.pdf

2 0 1 3 年 1 月 第 2 8卷第 1 期 西安石油大学学报 自然科学版 J o u r n a l o f X i a n S h i y o u U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n J a n ．2 0 1 3 Vo l _ 2 8 No ． 1 文章编号 1 6 7 3 - 0 6 4 X 2 0 1 3 0 1 - 0 0 7 6 - 0 4 一 种硅酸盐钻井液的研究及在靖边气 田的应用 王京光， 黎金明， 赵向阳， 王勇强， 李华伟， 吴超 川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 长庆分院钻井液所 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室， 陕西 西安 7 1 0 0 1 8 摘要 针对长庆地区靖边气田水平井钻 井中遇到的地层造浆、 垮塌、 钻头泥 包等问题 ， 分析钻井液的 技术难点， 选用一定模数的硅酸盐与有机抑制剂复配， 研 制 出强抑制无土相 防塌硅 酸盐钻 井液体 系． 确定 了体 系基本配方并对体 系的性 能进行 了评价． 在靖平 3 30 1井和靖平 3 4 1 1井等 多口井 进行 了现场应用， 取得 了良好的效果． 室内外实验结果表明， 体 系抑制性、 防塌性 、 润滑性良好． 关键词 防塌 ； 钻 井液； 硅酸盐； 有机抑制剂 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识码 A 长庆地区靖边气 田水平井斜井段施工中钻遇多 个相对不稳定 的泥页岩互层 、 煤层以及煤 、 泥页岩混 层 ， 地层造浆 、 垮塌 、 钻头泥包 、 煤层掉块垮塌等井下 复杂情况长期困扰着水平井斜井段正常施工． 通过 室内实验优选出防塌性能强 、 水溶性好 的泥页岩抑 制剂 G 3 0 4 - N F I “ ， 分析了防塌作用机理 ， 并优选 出与 之复配后防塌效果好 的防塌抑制剂 P H P A， 以这两 种处理剂为主 ， 结合降滤失剂 、 增黏剂 、 流型调节剂 、 润滑剂等其他处理剂 ， 确定了钻井液体系的配方 ， 评 价了体系性能 ， 形成一套具有长庆特色的强抑制无 土相防塌硅酸盐钻井液体系的工艺技术 ． 该体系已经先后在靖平 3 3 -01井 、 靖平 3 4 1 1井 等多 口水平井现场试验 ， 取得了良好的应用效果． 试 验中钻井液体系主要克服 了以下技术难点 ①斜井 段井壁不稳定及钻遇煤层等出现的井塌； ② 泥页岩 混层吸水膨胀及泥岩造浆造成的 P D C钻头泥包现 象； ③斜井段的井眼净化和润滑降摩、 防卡． 1 技术难点 由于泥页岩容易吸水膨胀 引起井壁失稳 ， 煤层 具有各 向异性的层理和纹理结构 ， 抗拉强度较弱 、 易 于坍塌等不利 因素 引， 使 得井壁失稳 问题成 为制 约正常快速钻井 、 钻井提速的一个难题 ， 甚至影响到 油田的开发速度和效益． 在该地 区先后使用 了研制 的多种钻井液 ， 但 由于防塌抑制性弱未能完全解决 坍塌问题． 为此 ， 迫切需要一种成本低 、 抑制 防塌和 井眼净化能力强、 腐蚀性低的钻井液体系 J ． 2 泥页岩抑制剂的优选 由于硅酸盐的模数大小对其溶解性能及防塌抑 制性影响较大， 一般表现为模数越大 ， 溶解性能越差 但防塌抑制性越强 J ， 因此对其模数开展了相关实 验 ， 优选出溶解性能和防塌抑制性均较为理想 的硅 酸盐产品 G 3 0 4 ． N F T ． 实验数据见表 1 ． 由表 1可知 ， G 3 0 4 一 N F T的溶解时间随模数增大 而增大， 岩屑回收率随模数先增大后减小， 原因是模 数为 3 ． 1 0～ 3 ． 4 0的 G 3 0 4 ． N F T溶解性较差 ， 在体系 中分散性不 好， 影响 了防塌抑制性 能． 根据实验结 果 ， 选出适宜模数为 2 ． 8 O一 3 ． 0 0 ． 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 5 ． 1 0 基金项目 中石油集团公司项 目“ 非常规资源钻井提速技术研究” 编号 2 0 1 2 T -02 0 1 -00 5 作者简介 王京光 1 9 8 1 一 ， 男， 硕士， 工程师， 主要从事钻井液 、 完井液的研究． E - m a i l w j g 0 3 9 3 1 6 3 ． c o m 王京光等 一种硅酸盐钻井液的研究及在靖边气田的应用 一7 7 一 表 1 G 3 0 4 - N F T的模数测试结果 Ta b ． 1 Mo d ul u s o f G3 0 4- NFT 注1 2 0℃ X1 6 h热滚后测试 岩屑 回收率， 岩屑为直罗组泥岩岩屑 3 钻井液体 系配方研究 选 用 G 3 0 4 一 N F T分 别 与 K C 1 、 P H P A、 K P A M、 N H C 1 、 C WD 一 1 、 C S J 一 1 、 S I 一 1 等 7 种抑制剂进行复配， 根据岩屑回收率的大小对 6种抑制剂进行筛选． 实 验结果如图 1 所示． KC I P HP A K P A M N H 。 C I C WD - 1 C S J 一 1 S I 一 1 清水 抑制剂 图 1 G3 0 4 - N F T与其他抑制剂复配实验结果 Fi g ． 1 Th e fi r s t r e c o v e r y r a t i o o f d i f f e r e nt c o mp l e x i n hi b i t o rs 结果 表 明， P H P A、 K P A M、 K C I 与 G 3 0 4 ． N F T复 配后能够显著增强钻井液的抑制性， 其中P H P A与 G 3 0 4 ． N F T的复配效果最好， 一次回收率明显提高， 达到 9 2 ． 5 ％． 因此 选择 P H P A与 G 3 0 4 一 N 丌 进行复 配作为体系的防塌增效剂以提高抑制性． 在“ 2 ％ G 3 0 4 一 N F T 0 ． 3 ％P H P A” 主配方 的基 础上 ， 开展了流型调节剂、 提黏剂 、 聚磺处理剂、 润滑 剂等处理剂筛选， 然后通过大量的配伍实验优选出 钻井液体系的基本 配方 2 ％ G 3 0 4 一 N F r 0 ． 3 ％P H ． P A 0． 2 ％ P AC Hv 0 ． 1 ％ xCD 0． 3％ P AC L V 3％ 一】 ． 4 钻井液体系性能评价 4 ． 1 p H值对体 系性能的影响 考察 p H值对 G 3 0 4 ． N F T钻井液体 系性能的影 响． 首先采用 2 5 ％ H C I 降低 p H值 ， 测试 p H值对体 系流变性 的影响． 当确定了体系能够容忍的最低 p H 值后再用 2 0 ％ N a 0 H溶液增大体系 p H值， 观察体 系流变性的恢复情况． 实验结果见表2 ． 实验表明 ， 当 p H值低于 l O时， G 3 0 4 ． N F T就会 大量聚合 ， 变为 凝胶 ， 最终 失去 流动 性． 通过添 加 N a 0 H增大 p H值使其保持在 1 3 左右， 絮凝解除， 黏 表 2 p H值对体 系的影响 Ta b． 1 I n flu e n c e o f p H v a l u e o n t h e p e r f o r ma n c e o f th e d r i l l i ng l i q u i d s y s t e m 度开始下降， 流变性基本恢复． 因此在现场应用 中应 保持合理的 p H值 ， 防止流变性变差． 4 ． 2 G3 0 4 - N F T体 系的降黏实验 实验发现当 p H值较低时， 体系存在黏度大幅 增加的可能， 因此有必要进行降黏实验． 通过大量的 降黏剂优选实验， 发现硅氟降黏剂 S F一 1 5 0能够明 显降低体系热滚前后的黏度， 实验结果见 图 2和 图 3 ． 由图 2 _3所示实验结果可知 ， 无论是否热滚 ， S F一1 5 0均能有效降低体系的黏度， 降黏效果优于 其他类型的降黏剂． S F一 1 5 0加量在 0 ． 3 ％ ～ 0 ． 5 ％ 较合 适 ． 4 ． 3 体系的抗钙性能 硅酸盐可以和钙离子反应生成硅酸钙 ， 从而使 体系失去流动性 ， 因此钙离子对硅酸盐体 系的影响 极其重要． 向体系中加入氯化钙 ， 对 比加入氯化钙前 后体系的流变性、 p H值、 滤失量等指标， 考察体系的 抗钙侵性能． 通过对比实验发现， 对体系的流变性、 p H值等指标影响不大， 将氯化钙溶液滴人体系中无 分层、 沉淀等现象， 但是滤失量有增大的趋势． 滤失 量实验结果见 图4， 滤失量测试时间为 3 0 m i n ． 图4是加入氯化钙后体系的滤失量变化．当钙 ∞ ∞ ∞ ∞ 加 摹＼ 瓣 日 王京光等 一种硅酸盐钻井液的研究及在靖边气田的应用 2 体系防塌性强 ， 泥岩 、 煤层无掉块 ， 无垮塌 现象． 将使用聚磺钻井液的5口井与使用硅酸盐钻 井液的 6口井的平均最大井径扩 大率进行对 比， 见 图8 ． 结果表明， 使用硅酸盐体系 N F F 的井径规则， 井壁稳定， 再次证明硅酸盐钻井液体系的抑制防塌 效果好． 。 { 6 8 E 原 体系 2 ． 4 5 5． l 2 ’ 一NF T体系 霉 - l 34．22 ● l _ _ - - - - - 石 盆 子 组 山 西一 本 溪 组 井段 图8 应用新旧体系井段井径扩大率对比 Fi g ． 8 Co m p a r i s o n o f b o r e h o l e d i a me t e r e nl a r g e m e n t r a t e u s i ng n e w dr i l l i n g l i q u i d s y s tem wi t l l us i n g o l d d r i l l i n g l i qu i d s y s t e m 3 体系润滑性 良好． 例如 ， 靖平 3 3 - 1 井泥饼光 滑致密 ， 钻进过程 中泥饼 摩阻系数控 制在 0 ． 0 5 2 4 以内， 扭矩控制在 8 k N m以内． 6 结论 1 研制 出的泥页岩抑 制剂 G 3 0 4 一 N F T具有水 溶性好 、 抑制性强的优点． 2 优选 出 的 P HP A与 G 3 0 4 一 N F T复配后能够 显著增强钻井液防塌抑制性． 3 确定 了以“ G 3 0 4 一 N F TP H P A” 为主钻井液 体系的基本配方． 该体系配伍性良好， 性能稳定， 抑 制性强 ， 抗污染能力较好． 4 在靖边 气 田多 口水平井应用表 明， 该体系 具有很强的稳定井壁能力及井 眼净化能力 ， 有效防 止了 P D C钻头泥包 ， 防塌效果显著． 5 该 体 系对 p H 值 较 为敏 感 ， 需 要 进 一 步 研究． 参 考 文 献 [ 1 ] 吕开河， 朱金智． 高密度饱和盐 一稀硅酸盐钻井液技 术[ J ] ． 石油钻采工艺， 2 0 0 3 ， 2 5 3 1 6 1 8 ． L V Ka i - h e ． ZHU J i n z h i ． Hi g h d e n s i t y s a t u r a t e d s a l t s o d i - t u n s i l i c a t e d ri l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y[ J ] ． O i l D r i l l i n g P r o d u c t i o n T e c h n o l o gy， 2 0 0 3 ， 2 5 3 1 6 1 8 ． [ 2 ] 丁锐， 李健鹰． 稀硅酸盐钻井液防塌性能的影响因素 [ J ] ． 石油学报， 1 9 9 9 ， 2 0 4 1 0 1 1 0 4 ． DI N G R u i ， L I J i a n y i n g ．F a c t o r s o n t h e h o l e s t a b i l i z i n g p r o p e r t y o f d i l u t e d s i l i c a t e d ri l l i n g fl u i d s[ J ] ． A c t a P e t r o l e i S i n i c a ， 1 9 9 9 ， 2 0 4 1 0 1 1 0 4 ． [ 3 ] 罗健生， 徐绍成 ， 王雪山， 等． 硅酸盐钻井液对泥页岩 地层井 眼稳定 性影响研究 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 6 ， 2 3 2 1 7 2 0 ． L UO J i a n s h e n g ， XU S h a o c h e n g ， WANG Xu e s h a n， e t a 1 ． I n flu e n c e o f s i l i c a t e b a s e d ri l l i n g fl u i d o n we l l b o r e s t a b i l i t y o f s h a l e [ J ] ． D ri 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 6， 2 3 2 1 7 2 0 ． [ 4 ] 成效华， 马慧． 硅酸盐钻井液技术在牛斜 1 1 4井中的 应用[ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 5 ， 2 2 5 3 8 - 4 0 ． C HE NG Xi a o h u a， MA Hu i ． Ap p l i c a t i o n o f s i l i c a t e d ri l l i n g n u i d i n n i u x i e l 1 4 we l l 『 J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ Co mp l e t i o n F l u i d ， 2 0 0 5 ， 2 2 5 3 8 -40 ． [ 5 ] 蓝强， 邱正松． 硅酸盐钻井液实验研究[ J ] ． 钻井液与 完井液， 2 0 0 7 ， 2 4 1 2 0 2 2 ． L A N Q i a n g ， Q I U Z h e n g s o n g ． L a b o r a t o t y s t u d i e s o n s i l i - c a t e d ri l l i n g fl u i d s[ J ] ． D ri 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 2 0 2 2 ． 责任编辑 董瑾 ∞ 蚰 ∞ ∞ ∞ ∞ 加 m 0 、 褂 欺 磺露