油基钻井液应用中存在的问题分析及对策.pdf

8 4 石油与天然气化工 CHEMI CAL ENGI NEERI NG 0F OI L GAS 油基钻 井液应 用 中存在 的问题分析及对 策 刘振 东 中国石化胜利石 油工程有限公 司钻 井工 艺研 究院 摘 要 胜利油田罗家区块和乔庄地区沙三段 油、 泥页岩裂缝发育， 在该区块钻 井具有一定的风险 性 ， 使 用油基 钻 井液 可 以很 好地 解 决此 问题 。 目前 ， 油基钻 井液 已在 多 口井进行 了应 用。在 对 油基 钻 井 液性 能进 行介 绍 的 同时 ， 对在 渤 页平 1井 、 渤 页平 2井及 梁 页 1井的现 场应 用 中存在 的 一些 问题进 行 了 归纳分析 和探 讨 ， 并提 出 了相 应的 对策 。 关 键词 油基钻 井液 泥 页岩 现 场应 用 乳 液稳 定性 封 堵性 中图分 类号 T E 2 5 4 文 献标 志码 B D OI 1 0 ． 3 9 6 9 1 j ． i s s n ． 1 0 0 7 3 4 2 6 ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 1 8 P r o b l e m a n a l y s i s a n d c o u n t e r me a s u r e o f t h e a p p l i c a t i o n o f o i l b a s e d r i l l i n g f l u i d Li u Zh e n do ng Dr i l l i n g Te c h n o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e o f S h e n gl i Oi l En g e e r i n g Co mp a n y Li mi t e d，Si n o pe c ， Do ngYi n g，25 7 00 0，Chi n a A b s t r a c t D r i l l i n g i n L u o j i a b l o c k a n d Qi a o z h u a n g a r e a o f S h e n g l i Oi l f i l e d h a s c e r t a i n r i s k b e c a u s e o f t he c r a c k de v e l o pme nt o f o i l a nd m ud s h a l e ． U s i ng o i l b as e d r i l l i ng f l ui d c oul d s o l v e t he p r ob l e m we l 1 ． At pr e s e n t ，o i l b a s e d r i l l i ng f l u i d ha s b e e n a p pl i e d i n s e v e r a l we l l s i n t he s e r e g i o ns ． I n t h i s pa pe r ，t he a ppl i c a t i on s o f o i l ba s e d r i l l i ng f l ui d a r e s um ma r i z e d．So m e pr o bl e m s e x i s t i ng i n f i e l d a ppl i c a t i o n ar e c on c l u de d a nd a n a l y z e d，a n d s o m e c ou nt e r m e a s ur e s a r e pr o po s e d． Ke y wo r d so i l b a s e dr i l l i n g f l ui d，m ud s ha l e，f i e l d a pp l i c a t i o n，e m ul s i o n s t a bi l i t y，s e a l i ng pr o pe r t Y 胜利 油 田已完 成渤 页 平 1井 、 渤页 平 2井 及 梁 页 1 HF井 三 口页 岩 油 水 平 井 的钻 井 施 工 。从 现 场 应 用 情 况来 看 ， 除 了泥 页岩 井 壁 稳 定 性 给 钻井 液 施 工 带 来 的挑战之外 ， 油基钻井液本身的性能调控对现场施工 也有 一定 的影 响 。 因此 ， 在 对 钻 井 液 配 方进 行 评 价 的 基 础 上 ， 对现 场应 用情 况进 行 了归 纳 ， 同 时 ， 对这 些 现 场应 用 中存 在 的一些 问题 进 行 了分 析 和探 讨 ， 目的 是 提 高油基 钻 井液 现场 适 应 性 ， 为 页 岩 油 藏 的 勘探 开 发 提 供更 好 的技术 方案 ] 。 l 油 基钻 井液应用概况 油 基钻 井 液 在 渤 页平 1井 、 渤 页 平 2井 及 梁 页 1 井进 行 了现场 应用 ， 表 现 出了 良好 的页 岩抑 制效 果 ， 润 滑能 力 以及井 眼清 洁 能力 。 1 ． 1 渤 页平 1井 渤 页平 1井是 中石化 集 团公 司部署 在 济 阳坳 陷沾 化凹陷罗家鼻状构造带的第一 口深层页岩油开发水平 井 ， 也是胜利油 田第一次针对非常规页岩油气藏采用 长 水平 段 开 发 的重 点 施 工 井 。该 井 采 用 三 开 井 身 结 构 ， 完 钻井 深 4 3 3 5 ． 5 4 m， 垂深 2 9 6 9 ． 7 5 m， 水平 段 长 1 1 7 4 ． 05 m 。 本 井 三 开 所钻 井 段 为 油 泥岩 、 油 页岩 ， 裂缝 发 育 ， 作 者简介 刘振 东 ， 高级工程师 ， 硕士 ， 2 0 0 6年毕业 于太原理工 大学高分子化学 与物理专业 ， 现任 职于胜利石油 工程有 限公 司 ， 从事钻井 液技术研究和现场服务工作 。E ma i l l z d 7 9 0 8 s i n a ． c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 4卷第 3期 刘振东油基钻井液应用 中存在 的问题分析 及对 策 8 5 极易出现坍塌掉块 。使用油基钻井液钻进期间， 钻屑 上 返及 时 、 均质 、 棱 角分 明 ， 无 掉块 返 出 ， 电测井 段井 眼 扩大率 ≤ 3 ， 后期 井 壁 失稳 后 ， 在 油气 显 示 活跃 条 件 下， 优质的钻井液保证了划过井段井壁的稳定性 ， 为后 期工程施工奠定下基础 。 1 ． 2 渤页 平 2井 渤 页平 2井作 为胜 利 油 田第 二 口页岩 油 水 平 井 ， 该井 三开 采 用油基 钻 井液施 工 ， 无任 何 复杂 事故 发生 。 该井井径规则 ， 井眼扩大率为 2 ． 3 ， 成功地解决三开 井段 泥 页 岩井 壁 不 稳 定 ， 长水 平 段 井 眼清 洁 等 难 题 。 该 井水 平位 移 1 3 2 9 ． 7 5 m， 水 平 段 8 8 1 ． 8 8 m， 平 均 机 械钻速达到 8 ． 2 2 m／ h ， 钻井速度较渤页平 1井有 了大 幅度 的提 高 。 1 ． 3 梁 页 1井 梁 页 1 HF井位 于 济 阳坳 陷 东 营 凹 陷利 津 洼 陷 带 南 坡梁 页 1 HF块 较 高 部位 。该 井 采 用油 基 钻 井 液 施 工， 于 2 0 1 2年 6 月 2 0日三开 ， 2 0 1 2年 8月 2 0日完钻 ， 完钻 井 深 3 9 6 1 ． 9 7 m， 水 平 段 长 6 2 6 ．2 m， 位 移 1 0 0 3 ． 1 6 m。该井 三 开施工 顺利 ， 无 任何 复杂 事故 ， 成 功地解决 了三开井段泥页岩井壁不稳定等难题。 2 应用 中存在 的主要 问题分析 2 ． 1 乳 液 稳定性 油基 钻 井液 在使 用 过 程 中 ， 必 须 确 保 乳 液 的稳 定 性。当钻遇水层引起地层水侵入， 或 当大量钻屑进入 钻井 液 ， 乳化 剂 和润 湿 剂在 钻 屑 表 面 的吸 附 导 致其 过 量消耗而未能及时加 以补充时 ， 便会 出现稳定性变差 ， 钻井液破乳电压下降， 钻井液性能 出现极大波动等问 题 。此 时 ， 需 要及 时 补充乳 化 剂和 润湿 剂 ， 并 注意 调 整 好油水 比， 尽快恢复原有稳定性。 2 ． 2 封堵 性 尽 管油 基钻 井液 具 有 很 强 的抑 制 性 ， 但 对 于 一 些 层理和微裂缝发育的硬脆性和破碎性地层， 钻井液较 低 的滤 失量 仍然 会带 来地 层 的不稳 定 因素 。硬脆 性 泥 页 岩含 有很 多 微 裂 缝 ， 在 高 围 压 下 ， 这 些 裂 缝 被 压 闭 合 。当井 眼打 开 后 ， 由于 二 次 应 力 分 布 ， 上 述 裂 缝 张 开 ， 钻井液首先沿这些裂缝进入 ， 易造成近井壁带水化 坍塌。因此 ， 有必要提高钻井液的封堵性 ， 阻止钻井液 中水相对泥页岩的侵入 ， 避免 由此 带来 的泥页岩井壁 的不稳 定性 。 2 ． 3原 油污 染 当钻 遇油 层 时 ， 原 油会 溶于 油基 钻井液 ， 对 油基 钻 井液 流变 性有 较 大影 响 ， 导致 钻 井 液 流 变 性 变 差 。渤 页平 1 井钻进时 ， 发生了原油侵入的情况 ， 导致钻井液 黏切 上 升 ， 性 能波 动较 大 ， 对钻井 液 的井 眼清 洁能力 产 生 了一定 的不 良影 响 。 因此 ， 在 采 用 油基 钻 井 液 钻 开 稠油 层 时 ， 必 须重 视原 油污 染 的预 防和处 理工 作 。 2 ． 4油 基钻 屑及 钻 井液 回收处 理 油 基钻 屑及 钻井 液 的排放会 对 周 围环境 造成 严重 破 坏 。 因此 ， 必 须 对 钻 屑 和 钻 井 液 做 到 有 效 的 管 控 。 现场应 建立 一套 完 整 的 回收 处 理 工 艺 ， 达 到 油 基 钻井 液安全环保 的要求 。 3 对策探讨 3 ． 1乳 液稳定 性 问题 油基钻井液在使用过程 中， 必须确保乳液 的稳定 性 。 目前 ， 衡量 乳 液稳定 性 的主要 指标 是破 乳 电压 。 从 图 1可 以发 现 ， 破 乳 电压 随 井 深 呈 上 升 趋 势 。 其原 因是 ， 因为水眼不断的剪切作用使得破乳 电压不 断升高。图 1中， 梁页 1 HF井破乳电压的下降是因为 发生 漏失 后 大量补 充新 配制 钻井 液导 致 的 。 之 井深 ／ m 图1 破乳 电压 随井深变化 Figu r e 1 Cu r v es o f e muls ion b r e a k i n g v o l t a g e ． c h an g i n g wi t h well d ep t h 导 致破 乳 电压 变化 的 因素 除 了剪切 时 间 ， 钻井 液 中加入亲水 固体也是一个重要原 因， 如加重等施工往 往会使乳液稳定变差。其原 因是 ， 当大量亲水固体进 入钻井液时， 亲水 固体会吸附乳化剂和润湿剂 ， 从而导 致其过量消耗， 使乳液稳定性变差。为保证 油基钻井 液 的乳 化稳 定性 ， 需 要及 时补 充乳 化剂 及润 湿剂 ， 并 注 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 4 卷第 3 期 刘振东油基钻 井液应用 中存在的 问题分析及对 策 8 7 畅 。梁页 1井利用纳米封堵材料将钻井液高温高压滤 失量 一直 控 制得 非 常低 ， 性 能 稳定 ， 阻 止 了水对 页岩 的 侵 入 ， 保 证 了井壁 稳 定 。该 井 钻进 至 3 5 2 6 m 时 ， 工 程 实 施短起 下 作业 时 出现漏 失 ， 堵漏 过程 中井 壁稳 定 ， 未 出现任何掉块、 坍塌 等情 况 ， 表 明钻 井液具有 强封堵 性 。从图 5也可以看到， 钻井液高温高压滤失量一直 处于 2 ～ 3 mL之 问 ， 反 映 了油 基 钻 井 液 的 强 封 堵 能 力 。 井 深／ m 图5梁页1 井高温高压滤失量变化曲线 F i gu r e 5 Cha ng e c ur v e o f HTHP flit e r l o ss i n Lian gy e 1 wel l 3 ． 3 油 基钻 井液钻 遇 原油 发 生污染 问题 钻遇 油层 时 ， 原 油 会溶 于油 基钻 井液 ， 导致 钻 井液 流变性 变差 。因此 ， 在 采用 油基 钻井 液钻 开油层 时 ， 必 须 重 视原 油污 染 的预 防和处 理 工作 。渤 页平 1 井 在钻 进至 4 2 6 4 ． 8 6 m 后， 多次 出现油气侵现象 ， 地层油气 不断侵入钻井液 中， 造成钻井液黏切 上升 。故油基钻 井液 配方 必须 有较 好 的抗 原 油 污染 的 能力 ， 在研 究 钻 井 液配方 时 ， 这是 很重 要 的一点 。从 室 内研 究来 看 ， 研 制 的油 基钻 井液 可 以抗 1 8 的 原 油 污染 ， 抗 原 油 污 染效 果 比较理 想 见表 3 。 表 3 钻井液抗原油污 染性 能评 价 Tabl e 6 Per f or man c e e va l u at ion o f dr i I I i n g f l uid r es i s t a nc e t o r aw oi I pol lu t ion 配方 m P Pa V／ ．s Y P P a ／ 6 ／ 3 G P e a l ／ E v s ／ F L m HT L HP／ 原始配方 1 0 原油热滚前 原始配方 l o ％ “ 原油热滚后 原始配方 1 5 原油热滚前 原始配方 1 5 Ⅲ 原油热滚后 原始配方 1 8 原油热滚后 另 外 ， 现场 可采 用基 油稀 释 的办法 调节 黏切 ， 并通 过加入适当的乳化剂及润湿剂来保证钻井液流变性和 乳 化稳 定性 。渤 页平 1井 在 井 深 4 2 3 6 ． O 0 m 至下 套 管 期 间 ， 多 次发 生地 层流 体 的侵入 ， 对 钻井液 性 能产 生 了一定 的影 响 图 6和 图 7 。 之 随 时间变化 的测量 次数 图6 渤页平1 井油气侵期间破乳电压变化曲线 Figu r e 6 Curve o f e mu l s i o n- br ea king v ol t a ge c han g e du r i n g i n r us h of o i l a nd g a s i n Bo Y e P1 wel l 随时 间变化的测量次数 图7 渤页平1 井油气侵期间钻井液黏度变化曲线 F i g u r e 7 Cu r v e o f v i s c o s it y a n d o i l w a t e r r a t i o c h a n g e du r i n g i nr us h of oi l a nd ga s i n BoY e- P1 wel l 为恢 复 钻井 液性 能 ， 保 证 其 具 有 较 好 的 流 动性 和 井 壁稳 定效 果 ， 加 入 质量 分 数 为 3 0 的 C a C I 盐 水调 整钻井液油水比， 增加钻井液体系中的乳滴含量 ， 使其 能够在泥页岩微裂缝处形成有效的封堵层 ， 减少滤失 量 。同时补 充基 浆 ， 溶 解原 油 中 的胶 质 沥青质 成 分 ， 防 止这些组分影响体系的整体稳定 。根据需要 ， 补充适 当的乳化剂及润湿剂 ， 保证钻井液 的乳化封堵 效果 和 润湿性 ， 提高钻井液体系 的乳液稳定性 。如图 6和图 7所 示 ， 破 乳 电压 、 黏度 变 化 比较 平 稳 ， 保 持 在 一个 比 较 合理 的范 围内 。说 明在 整 个 处 理 过 程 中 ， 钻 井 液体 系表现 出了优异 的抗 污染 性 能和井 壁稳 定效 果 。 3 ． 4 油基 钻屑 及钻 井 液 回收 处理 问题 ] 虽 然现 在使 用 的 是 白油 基 的低 毒 油基 钻 井 液 ， 但 2 nU 8 6 4 2 ∞ ＼ 勰 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 88 石 油 与 天然 气 化工 CHEMI CAL ENGI NEERI NG OF OI L GAS 钻井液 中的芳烃物质对环境仍有 污染 。因此， 需要对 油基 钻 屑和 钻井 液进 行 处 理 ， 保 证 其 使 用 过 程 的 安 全 环保 。 目前 ， 在现场可以通过钻屑及钻井液全 回收处 理的办法解决钻井液的环境友好性问题 ， 也可 以使用 油 基钻 屑 的随 钻处 理装 置 ， 通 过对 钻 屑 的清 洗 ， 达 到安 全排放 的标准 ， 同时， 对油基钻井液进行 回收处理， 重 复利用， 这样可 以大大提高油基钻屑的处理速度， 简化 油基 钻井 液处 理工 艺和 操作 程序 见 图 8 。 一 图8 油基钻井液全回收处理工艺 Figu r e 8 Re c y c l i n g pr oc e s s o f oi l ba s ed dr il l i n g fl u i d 4 结 论 1 剪切作用及钻屑等亲水 固体侵入会导致油基 钻井 液 乳液稳 定 性 变 差 。此 时 ， 可 通 过 添 加 适 量 的乳 化剂 和 润湿 剂来 恢复 乳液 稳定 性 。 2 纳 微相 颗 粒 对 泥 页岩 有 较 好 的封 堵 作 用 ， 可 通过加入该种封堵剂提高钻井液 的封堵能力， 保证井 壁 的稳 定性 。 3 在油基钻井液配 制时， 可通过添加封堵剂和 降滤失剂将滤失量降至较小 ， 以减少钻井液在现场应 用 时滤 液对 泥 页岩 的侵 入 。 4 发生油气侵时 ， 可通过加入 Ca C 1 盐水调整 钻井液油水 比， 采用基油稀释的办法调节黏切 ， 并加入 适 当 的乳化 剂 及润 湿剂 来保 证钻 井液 流变 性 和乳 化稳 定 性 。 5 建议 用更 先进 的方 法研 究 泥 页 岩水 化 稳定 性 机 理 ， 以指 导 泥页岩 储层 的勘 探 开发 ， 实现 泥 页岩 地层 的优 质快 速钻 井 。 参 考 文 献 [ 1 ]舒福 昌，岳前升 ， 黄红玺 ，等．新型无水全油基钻井液E J ] ．断块油 气 田，2 0 0 8 ， 1 5 3 1 0 3 1 0 4 ． [ 2 ]安文忠 ，张滨海 ，陈建 兵．Ve r s a C l e a n低毒油 基钻井 液技 术[ J ] ． 石油钻探技术 ，2 0 0 3 ，3 1 6 3 3 3 5 ． E 3 3岳前升 ，向兴金 ，李中．油基钻井液的封堵性 能研究 与应用[ J ] ．钻 井液 与完井液 ， 2 0 0 6 ，2 3 5 4 0 4 2 ． [ 4 ]HE RZ HAF T B，ROUS S E AU L，NE AU L，e t a 1 ．I n f l u e n c e o f t e mp e r a t u r e a n d c l a y s ／ e mu l s i o n mi c r o s t r u c t u r e o n o i l b a s e d mu d l o w s h e a r r a t e r h e o l o g y [- J ] ．S P E J o u r n a l ， 2 0 0 3 ，8 3 2 1 1 2 1 7 ． E s ]0 B RYAN P L，B OURGOYNE A T．J r ． S we l l i n g o f o i l b a s e d d r i l l i n g f l u i d s r e s u l t i n g f r o m d i s s o l v e d g a s [ J ] ．S P E Dr i l l i n g E n g i n e e r i n g，1 9 9 0，5 21 4 9 1 5 5 ． [ 6 ]陈永红 ， 刘光全 ，许毓．化学破乳法处理废 弃油基泥浆室内实验研 究[ J ] ．石油与天然气化工 ，2 0 1 2 ， 4 1 5 5 2 2 5 2 5 ． [ 7 ]夏家祥 ， 刘宇程 ， 徐俊忠 ，等．声化破乳一 离心分离处 理废弃油基 钻 井液实验研究[ J ] ．石油与天然气化工 ， 2 0 1 3 ，4 2 3 3 0 6 3 1 0 ． 收稿日期 2 0 1 4 0 8 0 5 ； 编辑 冯学军 天然气研究 院应邀参加 比利 时 S o l v a y公司组织 的油 田化学技术研讨 会 2 0 1 5年 4月 9日， 应 比利 时 S o l v a y公 司邀 请 ， 中 国石油西南油气田公 司天然气研究院派员参加 了其在 成 都组 织 召开 的油 田化 学技 术研 讨会 。来 自西 南油 气 田公 司 、 川 庆钻探 工程 有 限 公 司的相 关单 位 以及 国 内 从 事 油 田化 学 剂 生产 与服 务 的 多 家公 司 与 S o l v a y公 司就 压裂 、 酸化 、 采 气等 方 面的 问题进 行 了技 术 交流与 探 讨 。 S o l v a y公 司首 先 介 绍 了近 年 来 在 油 田 化 学技 术 方 面取得 的新 进展 和研 发 的新 产品 。作 为一 家跨 国大 集 团公司， S o l v a y公司在石油天然气行业主要从事表 面活性 剂 、 压裂 酸化 添 加 剂 和 天 然 气脱 硫 添加 剂 的研 发与生产 ， 为国内外各 大石油服 务商提供化 学药剂支 持 ， 特别是在黏弹性表面活性剂、 胍胶 、 合成聚合物、 阻 垢剂、 杀菌剂、 氧化剂等油田化学剂方面处于业界领导 地 位 。 研 讨 会 上 ， 与 会各 方就 滑 溜水 、 线性 胶 、 交联 冻胶 、 转 向酸 以及 防乳破 乳 、 结垢 等 方 面 涉及 的各 种 油 田化 学剂新 产品 、 性 能评 价 新 方 法 以及 室 内模 拟 条 件 与 现 场 生产 的适 应性 等进 行 了深入 而 广泛 的 交流 。 天然气 研究 院熊颖报 道 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m