油基泡沫钻井液密度特性研究与应用.pdf

第 3 8卷第 3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 油基泡沫钻 井液密度特性研究与应用 王广财1 雍富华 曹元平z 聂才明 李永林 杨万成 杨荣奎 1 ． 中国石油吐哈油田公司工 程技术研 究院2 ．中国石油吐哈油 田公司监督中心 摘要油基泡沫钻井液可解决 强水敏地层 的井壁稳定 、 易漏地层 、 低压储层 、 枯竭地层的储 层保护 ， 对提高低压油气藏开发效果具有重大现实意义 。本文 利用S H M一 0 1 型钻井液高温高压密 度特性模拟实验装置 ， 测定了压 力、 温度对油基泡沫钻井液密度的影响 ， 研究表明 其密度随温度 升高而降低 ， 随压力升高而增加 ， 并且压力达 1 0 ． 5 MP a 以上时 ， 钻井液密度上升趋势趋于平缓 。通 过室内实验数据 ， 建立了油基泡沫钻井液密度与井深的关系 。现场应用结果表明 ， 油基泡沫钻井 液具有 良好的储层保护效果。图4表2参6 关键词 油基泡沫低 压油气藏 密度预测 储层保护 井壁稳 定 对于低渗低压地层和枯竭油气藏 ，欠平衡钻井 是保护储层提高采收率的有效措施之一。对于这类 油气藏采用欠平衡钻井的重要方式是气体钻井 ， 这 是 因为气体钻井能够大幅度降低循环流体 的密度 ， 有利于提高钻井速度 ， 而且由于液柱压力很低 ， 钻井 流体渗入储层的深度大大减少 ，可最大程度地减少 循环流体对储层的污染 。气体钻井必然需要一系列 注气和注液设备 ，所使用的稳定泡沫钻井流体只能 一 次性使用 ， 更加大钻井成本 。 由于欠平衡压力钻井 的密度特性受温度和压力影响显著 ，直接影响到井 眼内静液柱压力分布以及井下安全等， 因此， 高温高 压条件下的密度特性模式实验研究对欠平衡压力钻 井很 重要” 叼 。 油基泡沫钻井 液技 术以油相抑制 页岩 水化 膨 胀 、 地层造浆 ， 防止储层发生水敏而伤害储层 ， 以泡 沫降低钻井液密度 ， 封堵防漏 ， 以微泡沫 为连续相 实现泵送 。该技术已成为钻探高温 深井 、 大斜度定 向井 、 水平井 、 各种 复杂井段和储 层保护的重要手 段 [ 1 模拟实验结构装置 1 ． 1 实验 仪器 结构 组成 实验采用S H M一 0 1 型钻井液高温高压密度特性 模拟实验装置测试仪 图1 ， 海安县石油科研仪器有 限公司 测定油基泡沫钻井液 的质量体积比， 该模拟 实验装置用于测定钻井液在不同温度 、压力下的密 度 。可实现钻井液升降温程序控制 、升降压程序控 制 、 体积 自动计量 ， 温 度高 ， 加热 降温速度快 ， 压力 大 ， 可模拟5 0 0 0 ～ 6 0 0 0 m井深。 图1 S H M一 0 1 型钻井液高温高压密度特性模拟实验装置 测试 仪结构 图 高温高压密度特性模拟实验装置主要由注入系 统 、 模型系统 、 计量系统 、 自动控制系统 、 数据采集与 处理系统组成 。注入系统由注入泵、 中间容器 、 管 阀 件组成 ， 可将各种流体按一定流量注入到模型内 模 拟系统 由动滤失岩心夹持器 、 恒温箱 、 环压泵 、 回压 系统等组成 ； 计量系统包括压力测量 、 温度测量 、 流 量计量等 ；自动控制系统由计算机 自动控制注入泵 作者简介王广财 ， 男， 1 9 8 5 年 出生 ， 工程师 ； 2 0 0 9 年7 月毕业于长 江大学， 油气井工程专业 ， 工 学硕 士学位 ， 现在 吐哈 油田工程技术研究院 主要从事钻完井液技 术研 究及现 场技 术服务 工作 。电话 0 9 9 5 8 3 7 1 1 9 6 。 E ma i l wa n g g u a n g c a i t h p e t r o c h i n a ． c o m．c n 8 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 5 年 7月出版 的流量 ， 环压泵 、 自动跟踪内压 ， 恒温箱加热恒温等 ； 数据采集处理由各种数据采集卡 、 计算机 、 打印机 、 采集处理软件组成 ， 可适时采集压 力、 温度 、 流量等 参数 ， 并对数据进行运算处理。 1 ． 2油 基泡 沫钻 井液 配制 1 基浆配制 在 1 L 水 中加入 2 g 碳酸 钠 和4 0 g 钠 膨 润 土 ， 1 2 0 0 0 r ／ m i n 下 高速搅拌2 0 m i n，室温 下 密闭养护 2 4 h ， 即得4 ％淡水基浆 。 2 油 基泡沫 钻井 液配 制 取4 份基 浆 ． 在搅拌 的条 件下 ， 将2 ． 3 5 L 原 油 、 1 7 g 转换剂和1 1 g 稳泡剂加入基浆 中， 待搅拌均匀后 分别将3 ． 5 m L、 1 0 ． 5 mL 、 1 4 m L 和2 4 ． 5 m L 发泡剂加入 溶液 中 ， 然后分 别用高 速搅 拌器搅 拌5 m i n ， 待微 泡钻井液密度均匀后 ， 得到密度为0 ． 7 8 g ／ e m 3 ． 0 ． 5 2 g ／ c m 3 、 O ． 4 4 g ／ c m 和0 ． 3 4 g ] c m 3 的微泡沫钻井液。 1 ． 3实验 方法 1 配制标准比例的钻井液 ， 并称量。 2 关 闭恒速恒压泵进液阀 ， 先打开气瓶气源 ， 再打开活塞进气排液阀将测试釜活塞压到釜底端。 3 关闭气瓶气源， 打开测试釜上端放空阀进行 压力／ MP a a 密度为O 3 4 g ／ c m 钻井液实验曲线 放 空 。 4 将已称好质量的钻井液倒入盖上封头。 5 打开加压泵进液阀， 用泵加压 ， 开始实验 。 6 在实验过程录入界面上输入温度与压力的 组合。 7 点击自动测量健 ， 计算机 自动控制仪器按所 确定的温度压力组合程序 自动进行测试 ，并计算相 应温度压力条件下钻井液的密度值 。 2 室内研究 2 ． 1 温度、 压力对钻井液密度的影响 将密度分别为0 ． 7 8 g ／ c m3 0 ． 5 2 g ,／ e m 3 0 ． 4 4 g ／ c m 、 0 ． 3 4 g ／ c m。 的油基泡沫钻井液加入S H M一 0 1 型钻井液 高温高压密度特性模拟实验装置测试釜中。考察温 度 、压力对钻井液密度的影响 。图2 以密度分别为 0 ． 7 8 g ／ c m 和0 ． 3 4 g ／ c m 。 的油基泡沫钻 井液为例进 行 说明 ；图3 以8 O℃条件下密度分别为0 ． 7 8 g ／ c m 、 0 ． 5 2 g ／ c m。 、 0 ． 4 4 g ／ c m3 , 0 ． 3 4 g ／ c m 的油基泡沫钻井 液为例 进行说明。 压力／ MP a b密度为0 7 8 g ／ c m 钻井液实验曲线 图2不 同温度下油基泡沫钻 井液密度与压力的关系 图3 8 O℃下油基泡沫钻井液密度与压力的关系 由图2 、 图3 可知 ， 不 同密度油基泡沫钻井液密度 变化趋势相似 ， 随着压力的升高密度逐渐增加 ， 这主 88 要是由于微泡内含有的空气具有可压缩性 。随着施 工压力的增加 ， 微泡内空气体积逐渐减小 ， 单位体积 内钻井液质量增大 ， 造成钻井液密度逐渐升高。 压力 在 l O ． 5 MP a 以下时 ， 钻井液密度上升较快 ， 而随着压 力进一步升高 ， 钻井液密度上升的趋势趋于平缓 ； 此 外 ， 随着温度升高 。 微泡钻井液可压缩性逐渐降低 ， 这主要是由于微泡中的空气随着温度的升高体积膨 胀 ， 部分抵消了压力对微泡 内空气的影响， 从而导致 微泡钻井液可压缩比性能降低。 2 ． 2 密 度与 井深 的关 系 根据钻井液密度公式P p g h ， 得到钻井液密度p 与井深h 的关系 ， 可计算出不同密度油基泡沫钻井液 随井深增加其密度变化情况 ， 实验结果见图4 。 由图4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 8 卷第 3 期 天 然 气 勘 探 与 开 发 可知 ， 当井深小于1 1 0 0 m， 压力小于5 ． 5 MP a 时 ， 密度 曲线上升较为平缓 ； 当井深在1 1 0 0 m至1 7 5 0 I l l 。 压力 在5 ． 5 MP a 至 1 0 。 5 MP a 时 ， 密度曲线呈直线上升趋势 当井深大于1 7 5 0 m， 压力大于 1 O ． 5 MP a 时， 密度 曲线 趋于平缓 。实验结果表明 ，当泡沫流体在井简 内流 动时， 随着井深的增加 ， 压力和温度都是增加 的 。 压 力的增加使得泡沫流体的密度有增大的趋势 ．而温 度的增加使得泡沫流体的密度有减小的趋势 ，实际 泡沫密度的变化是温度和压力共同影响的结果 。油 基泡沫密度 随井深增加而 增加 。并且 压力达 1 0 ． 5 MP a 以上时 ， 钻井液密度上升趋势趋于平缓 。 井深 ／m 图4油基泡沫钻 井液密度 与井深的关 系 3油基泡沫钻井液现场应用 3 ． 1 地 质概 况 胜 1 1 3 5 4 q 井位于吐哈盆地台北 凹陷胜北洼陷 腹地西部胜北构造带的中段 ， 钻探 目的是落实胜北3 块侏罗系喀拉扎组气藏的含油气范围与产能 。完善 开发井网。目的层位喀拉扎组 2 9 0 3 ～ 3 0 1 4 m 井段 ． 储层 以低孔 、 低渗为特点 ， 压力系数0 ． 7 4 0 ． 7 5 。储层 敏感性分析表明 ， 喀拉扎气藏岩石具有较强的水敏 、 酸敏特性 。岩性主要以杂色细砂岩、杂色砂砾岩为 主 。 3 ． 2工 程概况 胜北3 5 4 q 井井型为直井 ， 井身结构为三开 ， 三 开使用 I 1 5 2 ． 4 mm钻头 ，完钻井深为3 0 1 4 I 13 ．井深 2 9 0 3 m转化为油基钻井液 ， 逐步加入转换剂 、 发泡剂 和稳泡剂 ，循环1 2 周后钻井液密度 由O ． 8 9 g ／ c m s 降 至0 ． 6 3 g ／ c m ， 马氏漏斗黏度由4 2 s 升至3 8 0 s ， 钻井液 从里到外产生了一层微小的泡沫 ，泵压从1 5 MP a 降 到1 0 MP a ，钻进期 间钻井液密度始终维持在0 ． 6 3 ～ 0 ． 6 7c m ， 三开 纯钻时 间1 3 ． 8 3 h ， 进 尺1 1 1 m， 机械 钻速 8 ． 0 3 m／ h 3 ． 3应用 效果 评价 1 可循环油基泡沫钻井液密度低且范围可调 胜 I t ； 3 5 4 q 井钻井液密度与邻井相 比下降幅度 大 见表 1 ， 在钻进油层期间 ， 钻井 液密度始终控制 在设计范围之 内， 从而实现了近 欠 平衡压力钻进。 2 提高了机械钻速和钻井综合效益 胜北3 5 4 q 井的机械钻速与同区块 、 同层位 、 同 岩性 的二 开井段 的平均水平相比 ，机械钻速提高 5 5 ． 3 2 ％， 缩短 了钻 井 周期 ， 提 高 了钻井 综合 效益 表1 试验井与邻 井综合指标数据对 比 2 9 0 3 2 91 2 2 9 5 0 3 0 0 0 3 01 4 0．6 7 O．6 3 0．6 5 0．6 4 0． 6 5 3 8 0 4 0 0 41 0 3 98 42 0 2 O 2 2 2 2 2 2 2 2 1 6 1 8 1 9 1 9 1 9 O ． 8 0 O． 8 2 O ． 8 6 0． 8 6 O ． 8 6 5 ／ 1 2 5 ／ 1 2 5 ／ 1 3 6 ／ 1 2 5 ／ 1 3 2．4 2-4 2 ．6 2．6 2 ．4 表2 。 3 钻井 液性 能 胜 1 1 3 5 4 q 井 在 2 9 0 3 3 0 1 4 m井 段 应 用 油基 泡 沫钻井液体 系 ，应用井段性能 良好 ．密度控制在 8 9 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