页岩油藏油基钻井液技术-.pdf

6 4 2 0 1 4 年1 0 月 页岩油藏油基钻井液技术 刘振东 刘国亮2 高杨 李海斌’ 1 ． 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营2 5 7 0 0 0 ； 2 ． 中石化胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司，山东东营2 5 7 2 0 0 摘 要 胜利 油 田罗家 区块 和乔庄地 区沙三段泥 页岩裂缝 发育 ，在该 区块钻 井具 有一定风 险 性。对该 区块泥 页岩水化稳定性进行 了分析研 究， 进 一步 明确 了该 区块泥 页岩水化分散机理。对钻 井液体系进行 了评价 ， 同时对其应用效果进行 了总结 。通过在 渤页平 l井、 渤 页平 2井及 梁页 1 H F 井 的现场 应用 ， 说 明油基钻井液体 系完全满足 该 区块钻 井要求 ， 具有 良好 的页岩抑制性和 井眼清洁 能力。最后指 出了现场应用 中存在 的问题 ， 并探 讨 了相 关对策 。 该研 究对提高 页岩油藏 井壁稳定性 、 保 障井下 安全具有指导 意义。 关键词 泥 页岩 ； 水化稳定性 ； 应用 ； 乳液稳定性 ； 封堵性 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 5 5 3 9 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ．0 1 7 0前 言 胜利 油 田罗家 区块 地层 属 于济 阳坳 陷沾化 凹 陷罗 家鼻状构造带 ， 该构造带是一个近南北向的大型水下隆 起 ， 北临渤南洼陷 ， 南靠陈家庄 凸起 。罗家鼻状构造带在 沙 三段时期沉积 了数百米 的暗色泥页岩 ， 本区新生 界古 近 系地层 被数条北 西 向延伸 的盆倾断层 切割 ， 形成 断阶 带 。据该区实钻和物探资料分析 ， 设计井区沙三段油 、 泥 页岩裂缝发育 ， 易形成泥页岩裂缝油气藏 。梁页 1 H F井 位 于济 阳坳 陷东营 凹陷利津洼 陷带南坡梁 页 1 H F块较 高部位 。利津洼陷沙三下一 沙四上时期 ， 盆地处于断陷一 坳 陷 阶段 ， 沉降速度加快 ， 湖盆的沉积环境逐渐 由滨浅湖转 变为半深 湖一 深 湖 ， 因而从 下到上发 育了以油 页岩 、 泥岩 及灰质泥岩为主 的地层 。对罗家及乔庄 区块泥页岩水化 稳定性进 行研究 ，有助于 明确 泥页岩 的稳 定性机 理 ， 优 选钻井液体系 ， 保证该 区块钻井过程 中的井下安全 。 1 钻井液对泥 页岩水化 稳定性影响 1 ． 1 泥页岩滚动 回收率实验 利用 泥 页岩滚 动 回收率 实 验考察 泥 页岩水 化 作用 对岩石稳 定性 的影响 ， 见 图 1 。从实验结果看 ， 岩屑 的清 水 回收率达到 8 2 ． 4 ％， 柴油基钻井 液 回收率 高达 9 9 ％， 说 明该地层岩屑在柴油基钻井液 中不易水化分散 。 薄 回 需 l 2 0 清 水 地 层水柴 油基钻 井 液 胺基 钻井 液 实 验流体 图 1 泥 页 岩 滚 动 回 收 率 实 验 结 果 1 ． 2岩石相对强度评价实验 将 罗 6 7井页岩井段 岩心在 室 内利 用不 同钻 井液 浸 泡 ， 然后 分别 测定 泥页岩声 波传 递速 度 ， 评价 岩石 相对 强度 ， 见表 l 。 由于岩石相对 强度和声波 传递速度成 正 比 ， 根据 实 验结果 ， 柴油基 钻井液浸 泡后 岩石 的声 波传递速 度降低 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 1 基金项 目 中石化科技攻关项 目“ 非常规油气藏长水平段水平井钻完井技术研究 ” J P 1 2 0 1 2 作者简介 刘振东 1 9 7 9 一 ， 男 ， 山东昌乐人 ， 工程师 ， 硕士 ， 现从 事钻井液技术研究和现场服务工作。 ∞ 舳 ∞ 帅 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 率 明 低于 水基钻井液 ， 因此证 实柴油 基钻井液对 泥页 岩 的水化作用最弱 ， 较 有利于井壁稳定 。 表 1 声波传递实验结果 1 ． 3不 同钻 井液动失水实验 泥 页岩滚动 回收率实验 中 ， 柴油基 钻井液 的 回收率 高于 水基 钻井液 ， 其 泥页 岩水 化抑制 性较 好 。 这 跟钻 井 液滤欠进入地层 的水有很大关 系。利用动 失水仪 测定了 柴油 基钻井液和胺 基钻井 液的动态滤 失量 ． 定量 考察 了 滤失量大小对泥 页岩 水化作 用的影响 ， 见图 2 。 由图 2可 见 ， 柴油 基钻井液 的动态 滤失量远 远低 于 胺基钻井液 ， 进 入地层 的滤 失小 ， 自然水化作用就会弱 。 从 上述实验结 果可 以看 出 ， 油基钻 井液泥 页岩 水化 稳定 好 ， 原因在 于 a 滤失量小 ， 可有效 防止泥 页岩水化 b 抑制性 好 。 对 泥页 岩水化 作用 弱 ． 不易使 泥 页岩 微裂缝 开启 ， 保证 了泥 页岩的井壁稳定 。 表 2柴 油 基 钻 井 液 配 方 性 能 评 价 实 验 结 果 吕 赠 Ⅲ j l} 第 3 2卷 第 5期 O I LFl ELD CHEM I STRY 柴 油基钻 井液 胺 基钻 井液 钻 井液 图 2动 失 水 实验 结 果 油田化学 2油基钻井液性能评价及现场应 用 2 ． 1 钻 井液性 能评 价 柴油基钻井液配方 [ 柴油 C a C l 溶液 油 水比 8 0 2 0 ] 3 ％主乳化N I ． 5 ％辅乳化 剂 2 ％ 润湿剂4 ％有机 土 2 ． 2 ％ 碱度调 节剂 3 ％ 降滤失 剂 3 ％乳 化封堵剂 5 ％ 复合封堵剂 。 柴油基钻井液配方性能评价实验结果 见表 2 白油基钻井液配方性能评价结 果见表 3 。 由表 2 ～ 3可知 ， 柴油基钻井 液和 白油基钻井 液配方 塑性 黏度 和动切 力较 为合 理 ， 具 有 良好 的流变 性 同 时 破乳 电压均 在 5 0 0 V，具 有较好 的电化学 稳定性 老化 后 ， 钻井 液性能 基本 保持 不变 ， 也说 明 了钻井 液 体 系的 抗温性 。这些 指标都说 明柴油基钻井液和 白油 基钻 井液 配方能够满足现场使用 条件 1 6 5 5 2 5 1 5 0 2 l O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l I 6 6 l 薏 I 2 0 1 4 1 0 月 2- 2现场 应 用 油基钻井液 在渤页平 1 井 、 渤页平 2井 及梁页 1 H F 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 。 渤 页 平 l井 采 用 柴 油 基 钻 井 液 施 工 ， 完 钻 井 深 4 3 3 5 ． 5 4 m， 套管下入至 3 7 4 8 ． 8 6 m。本 井三 开所钻井段 为 油泥岩 、 油 页岩 ， 裂缝 发育 ， 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 工程施工奠定基础。 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 白油基钻井 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 ％。 成功解 决 了三开井 段泥页岩井 壁不稳定 、 长水平段井 眼清洁难 等问题 。该 井水平位 移 1 3 2 9 ． 7 5 1 1 1 ， 水平段 8 8 1 ． 8 8 m， 平均 机械钻速 达到 8 ． 2 2 n d h ， 钻井速度较渤页平 1 井 有大幅提高。 梁页 1 H F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 白油基钻井 液施工 ， 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 解决 了该 区 块三开井段泥页岩井壁不稳定 的难题 。 3 现场应 用中的问题及对策 3 ． 1 乳 液稳 定性 油基钻井液使用 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 。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 吸附导致 其过 量 消耗 而未 能及 时 补充 时 ， 乳 液稳定 性就 会变 差 ， 需要 及时补 充乳 化剂 和 润湿剂 ， 并注意调整好 油水 比 ， 尽快恢复其 原有稳定性 。 从 现场情况来 看 ， 渤 页平 l井油基 钻井液随循 环剪切 时 间的增长 ， 钻井液 的破 乳电压呈增大趋势 ， 由最初 的 9 4 7 V增大 至 l 5 o 0 V左 右。钻进期 间钻屑及加重 材料 等固 相不 断进入 钻井 液 中 ，为保证 油基 钻井 液 的乳 化稳定 性 ， 现场 有针 对性 地适 当补 充乳化 剂及 润湿 剂 ． 保 证 了 油 基钻井液 的乳化稳定性 ， 在后期 钻井液多次 经受高压 表 5钻 井液抗原油污染性能评价 油气 污染 及大量集 中加入加重 材料的情况 下 ， 钻井 液 的 破乳 电压仍能保持在 1 4 0 0 V左右 。 3 _ 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 ， 油 的侵入仍 然 会带来 地层 的不稳定 因素 ， 故 油基钻 井液的封堵 问题 仍 然不能忽视 。可通过采用乳化沥青和纳米封堵颗粒 的复 合封堵作用 来提 高钻井液的封堵性 能。钻井液 封堵 剂优 选实验 见表 4 。 表 4钻井液封堵剂优选实验 配方 高温高压滤失量 ／ mL 基 油 C a C | 2 2 5 ％ 2 ％ 一3 ％乳 化 剂l 3 E MU I ， 卜 1 ％ 一3 ％润 湿剂 WE T l 2 ％～ 3 ％有 机 土 2 ％降 滤 失剂 C F A 2 ％ C a O 重晶石 1 溶液 2 ％超细碳酸钙 5 0 0目 7 ．8 1 溶液 2 ％纳米 N F D 3 ． 8 l 溶液 2 ％ 乳化沥青 5 此方法在现场应用中获得 了较好 的封堵效果 。渤页 平 l 井通过 添加乳化 沥青 、 纳 米封 堵颗粒 及降滤 失剂等 材料 。 控制钻 井液 的 H T H P滤失 量在 2 ． 4 mL左 右 ， 因 而 该井钻 井液封 堵性 良好 ，未出现 任何井壁失 稳的现 象 。 又如梁页 l井钻进 至 3 5 2 6m， 实施短起下作业 时出现漏 失 ， 通 过加 入乳 化沥青 及纳 米封堵 材 料 ， 堵 漏 过程 中井 壁稳定 ， 未出现任何 掉块 、 坍塌 等情况 ， 说明钻井 液封堵 性强。 3 ． 3 原油 污染 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 l 井在钻进至 4 2 6 4 ． 8 6 m后就 曾出现多 次油气侵现象 ，地层油 气不断 侵入钻井液中 ， 造成钻井液黏切上升 ， 性能变差 。故油基 钻井液配方必须有较好的抗原油污染能力 。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 5 。另外 ， 现场可采用 基油稀 释的办法调节 黏切 ， 并 通过适 当加 入乳化剂 及润湿 剂来 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 保 证钻井液流变性和乳化稳定性 。 3 ． 4油基钻屑及钻 井液回收处理 油基钻 屑及钻井 液对环境 的污染较 大 ， 虽 然现在 使 用 白油基 低毒油基 钻井液 。 但 钻井液 里面 的芳 烃物质 对 环境仍有 污染 。因此 ， 需要对 油基钻 屑和钻井 液进行谨 慎处理 ， 保证其使用过程 的环保安全 。 目前 ， 在 现场 可通 过油 基钻 屑及钻 井液 全 回收处 理 的办 法来解 决 环境 友 好性 问题 ； 也 可使用 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 回收处理并 重复利用 ， 可大大 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。油基 钻井 液 回收处理工艺示 意见图 3 。 图 3油基钻 井液 回收处理工艺 4结论 a 油基钻井液滤失量 小 ，可有效 防止泥 页岩水化 ； 且 油基 钻井 液抑 制性 强 ， 对 泥 页岩 的水 化 作用 弱 ， 可进 一 步 阻止 泥页岩 的水化分散 ， 因而更 有利于 泥页岩 的井 壁 稳定。 b 通过 在渤页平 1 井 、渤页平 2井及 梁页 1 H F井 的应用， 说明研制的油基钻井液体系抑制性强 、 润滑性 好 ， 能够满足页岩地层 的要求 。 c 在油基钻井 液使用过程 中 ，要根据 现场情况 ， 及 时合 理补充 乳化 剂 和润湿 剂 ， 保 证乳 液稳 定性 ； 同 时要 及时加入封堵材料 ， 提高封堵能 力 ， 保 证井壁稳定性 。 参考文献 [ 1 ] 刘厚 彬 ， 孟 英峰 ， 李 皋， 等． 泥 页岩 水化作 用对岩 石强度 的 影响U] ． 钻采工艺， 2 0 1 0 ， 3 3 6 1 8 2 0 ． Li u H o ub i n ，M e n g Yi n g f e ng， Li Ga o， e t a 1 ． The o r e tic a l S i mul a ti on a nd Ex pe rime n t a l Eva l ua t i on o ft he Eff e c t ofHy dr a tio n o n t h e S h al e Ro c k S t r e n g t h E J ] ． Dri l l i n gP r o d u c ti o n T e c h n o l o - g Y ， 2 0 1 0 ， 3 3 6 1 8 2 0 ． [ 2 ] 徐加 放 ， 邱 正松 ， 韩丰欣． 泥 页岩 水化应力 实验 方法与 实验 装置U] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 8 ， 2 5 4 1 3 1 5 ． 第 3 2卷 第 5期 OI L F I E L D C H E Ml S T R Y 油田化学 X u J i a f a n g ， Qi u Z h e n o n g ， Ha n F e n g x i n ． Me t h o d s a n d A p p a - r a t u s f o r S h al e Hy dra t i o n E x p e ri me n t s[ J ] ．Dri l li n g F l u i d Co mp l e t i o n F l uid ， 2 0 0 8， 2 5 4 1 3 1 5 ． [ 3 ]王建华 ， 鄢捷年 ， 苏山林 ． 硬脆 性泥 页岩 井壁稳 定评价新 方 法L I ] ． 石油钻采工艺， 2 0 0 6 ， 2 8 2 2 8 3 0 ． Wa n g J i a n h u a ， Y a n J i e n i a n ， S u S h a uli n ． Ne w Me t h o d f o r E v al u a ti n g B o r e h o l e S t a b i l i t y i n B r i t t l e S h a l e U] ． Oi l Dr i l l i n g P r o d u c ti o n T e c h n o l o g y ， 2 0 0 6 ， 2 8 2 2 8 3 0 ． [ 4 ] B e n j a mi n He r z h a f t ， L i o n e l Ro u s s e a u， L a u r e n t Ne a u ， e t a 1 ． I n fl u e n c e o f Te mp e r a t u r e a n d Cl a y s ／ E mu l s i o n M i c r o s t r u c tur e o n Oil b a s e d Mu d L o w s h e a r Ra t e Rh e o l o gy U] ． S P E J o u r n al， 2 0 0 3， 8 3 21 1 21 7 ． [ 5 ] P a t r i c k L ， A d a m T ． S we l l i n g o f Oil b a s e d Dr i l l i n g F l u i d s Re s u l t i n g fr o mD i s s o l v e dG a s U] ． S P EDr i l l i n g E n g i n e e ri n g ， 1 9 9 0 ， 5 2 1 4 9 - 1 5 5 ． [ 6 ] 舒福昌， 岳前升， 黄红玺， 等． 新型无水全油基钻井液U] ． 断 块油气田 ， 2 0 0 8 ， 1 5 3 1 0 3 1 0 4 ． S h u F u c h a n g ， Yu e Qi a n s h e n g ， Hu a n g Ho n g x i ， e t a1 ． A Ne w W a t e r f r e e Oil b a s e d Dri l l i n g F l u i d [ J 3 ． F a u l t B l o c k Oil Ga s F i e l d， 2 0 0 8， 1 5 3 1 0 3 -1 0 4 ． [ 7 ]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 D] ． 石油钻探技术， 2 0 0 3 ， 3 1 6 3 3 3 5 ． A n We n z h o n g ， Z h ang B i n g h a i ， Ch e n J i a n b i n g ． Ve r s a C l e a n --a L o w p o i s o n Oil Mu d U] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g T e c h n i q u e s ， 2 0 0 3， 3 1 6 3 3 -3 5 ． [ 8 ] 岳前 升 ， 向兴金 ， 李 中， 等． 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 ． Y u e Qi a n s h e n g ，X i a n g Xi n g j i n ，L i Z h o n g ，e t a 1 ． S t u d y o n S e ali n g Ch a r a c t e ri s ti c s o f Oi l b a s e d Dri l l i n g F l u i d a n d I t s Ap - p l i c a t i o n [ J ] ． Dri l li n g F l uidCo mp l e ti o n F l u i d ， 2 0 0 6 ， 2 3 5 4 0-4 2． [ 9 ]万绪新． 渤南区块页岩油地层油基钻井液技术U] ． 石油钻 探 技 术 ， 2 0 1 3， 4 1 6 4 5 -5 0 ． W a n Xux i n． Oi l Ba s e d Dr i l l i n g Fl u i d App l i e d i n Dri l l i ng S hale O il Re s e r v o i r s i n B o n a n B l o c k U ] ． P e t r o l e u m D r i l l i n g T e c h n i q u e s ，2 0 1 3， 4 1 6 4 5 5 0 ． [ 1 0 ] 何振 奎． 泌页 HF 1井油基钻 井液技 术 [ J ] ． 石油钻探技 术 ， 2 0 1 2， 4 0 4 3 2 3 7 ． He Zh e n k u i ． Oil Ba s e Dri l l i n g F l u i d Te c h n o l o gy Ap p l i e d i n We l l B i y e HF 1 [ J ] ． P e o l e u m D ri l l i n g Te c h n i q u e s ， 2 0 1 2 ， 4 0 4 3 2 -3 7 ． 67 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m