胺基聚醇钻井液在柯21-平1井的应用.pdf

第 2 9卷 第 1 期 2 0 1 2年1月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D 、 ， o 1 ． 2 9 No．1 J a n ．2 01 2 【 经验交流 】 胺基聚醇钻井液在柯 2 1 一 平 1 井的应用 马平平， 熊开俊 ， 陈芳， 蒙有朋， 刘禧元 吐哈油田公司工程技术研究院，新疆鄯善 马平平等 ． 胺基聚醇钻井液在柯 2 l 平 1 井的应用 [ J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 91 8 5 8 8 ． 摘要吐哈油田巴喀区块因煤层发育，钻井过程中井壁失稳严重，井下复杂与事故频发，导致钻井周期长、机 械钻速低。针对以上问题，分析 了井下复杂发生的原因，优选了强抑制剂和封堵防塌剂，形成了胺基聚醇钻井液 并在柯 2 1 一 平 1井2 0 0 0 3 5 2 7 m井段进行了现场试验。应用结果表明，应用井段无复杂，顺利钻穿煤层 6 4套共 1 3 6 m和碳质泥岩 3 O套共4 9 m，并在煤下地层定向钻进 4 2 0 m，钻至中途完钻井深 3 9 4 7 ． 5 m，矿场应用效果良好。 关键词煤层 ； 井眼稳定 ； 胺基聚醇钻井液 ；抑制性 ； 封堵防塌 中图分类号T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 文章编号 吐哈油 田巴喀区块 因煤层发育 ，钻井过程 中井 壁失稳严重，井下复杂与事故频发。截至 2 0 1 0 年 9 月 ，在巴喀区块完钻各类井 2 5口，平均事故复杂时 效占8 ．9 7 ％，复杂事故率远远高于吐哈油田平均水 平，严重影响了钻井周期。通过对该区块复杂原因 的分析，研发出了胺基聚醇防塌钻井液，大幅度提 高了钻井液的抑制性、封堵造壁性及携岩性，同时 优化了钻井液性能参数，形成了适合巴喀区块煤 层及煤下地层安全钻井的钻井液配方和施工工艺， 在柯 2 1 ． 平 1 井 应用 该技 术后 无井 下 复杂 和事故 发生。 1 地质概况 1 地层层序。吐哈油田巴喀致密砂岩气藏位 于新疆吐鲁番地 区鄯善县境内的台北凹陷北部 山前 带中段柯柯亚构造带。钻井揭示 ，巴喀地区 自上而 下发育第四系西域组 Q ， 侏罗系上统齐古组 J 3 q ， 侏 罗系 中统七克台组 J 2 q 、三 问房组 J 2 s 和西 山窑组 J 2 x ，侏罗系下统 三工河组 J 1 S 和八道 湾组 J 1 b 。其中三工河组和八道湾组为主要含气 层系。西山窑组 以砂岩 、泥岩互层 为主 ，夹粉砂质 泥岩及煤层，三工河组主要为中一薄层细砂岩与泥 岩、 煤层互层， 砂层单层厚度为 3 ～2 7 m ， 煤层单层 厚度为 3 ～1 8 m，累计厚度为 3 7 ～5 8 m，八道湾组 顶部为泥岩与煤层互层，中下部为厚层中砂岩、细 砂岩与泥岩互层， 偶夹薄煤层； 砂层单层厚度为 4 ～4 2 m，煤层单层厚度为 1 ～2 6 m，累计厚度为 5 8 ～ 9 0 m 。 2 储层黏土矿物分析。x射线衍射分析结果 表明，该区块储层黏土矿物以伊利石为主，平均含 量为 8 0 ． 2 5 ％，绿泥石和高岭石含量较少，伊蒙混 层 的混层 比为 1 0 ％4 0 ％，平均 为 2 1 ． 8 4 ％，伊 利 石和蒙脱石含量较大 ，平均为 1 1 ． 7 2 ％，对钻井液抑 制性要求较高。 3压力分布情况 。柯柯 亚构造孔隙压力横向 上基本没有变化 ，主要变化体现在纵 向上 ，三间房 组 、西 山窑组及八道湾组均属正常压力系统 ，八道 湾组局部压力较高，出现压力异常 ； 坍塌压力 当量 密度最大值达 1 ． 6 3 g ／ c m ， 分布范围较宽 ，对井壁稳 定造成一定影响。 2 巴喀 区块钻井复杂概况及原 因 2 ． 1 巴喀 区块 已钻 井情况 截至 2 0 1 0年 9月 ，巴喀 区块 完钻井 为 2 5口， 第一作者简介 马平平，2 0 0 6年毕业于西安科技大学，现在从事钻井液技术研究及现场技术服务工作。地址 新疆 鄯善火车站镇吐哈油田工程技术研究院 ；邮政编码 8 3 8 2 0 2；电话 0 9 9 5 8 3 7 1 1 9 6 ／ 1 3 1 7 9 9 5 8 4 1 6； E ma i l ma p i n g p i n g p e t r o c h i n a ． c o m ． c a 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 1月 其 中探井 7口，开发井 l 8口。在吐哈油 田大部分 区块钻井过程中一般选用聚磺 ／ 聚醚多元醇钻井 液，其应用效果都比较好，但在巴喀区块应用过程 中，由于聚磺 ／ 聚醚多元醇钻井液的抑制性、封堵 防塌性较弱 ，在进入煤层前即使将密度提高至 1 ． 3 2 g ／ c 以上，完钻时密度达到 1 ．5 5 g ／ c 甚至更高， 井下仍然复杂事故频发 ，因此 ，认为 巴喀区块钻井 液技术的关键在于提高钻井液的抑制性和封堵防塌 能力 。 2 ． 2 巴喀区块井下复杂情况 巴喀区块已钻井复杂情况和事故集中在西山 窑、三工河及八道湾 3 个层位，为煤层段或煤、泥 交互层和砂岩、煤层交互层，其中遇阻、卡钻时效 占到总复杂的 7 1 ％， 严重影响钻井周期 ， 如表 1 所示。 表 1 巴喀区块已钻井复杂情况统计表 地层 柯 1 9 一 l柯 1 9 4 柯 l 9 5柯 l 9 1 0柯 2 1柯 1 9 2 柯 2 4 1 J 2 s 溢流 J 2 x 遇阻 遇阻卡钻 J l S 掉牙轮掉牙轮 井漏卡钻 J 1 b 卡钻掉仪器 井漏 卡钻 卡钻 2 ． 3 复杂情况发生的原因 通过分析得出，造成井下复杂的原因有 ① 因 煤泥胶结互层水化分散，煤层掉块，井眼不清洁， 造成不同程度的阻卡、划眼等情况发生 ； ②钻井液 的抑制性、封堵防塌性不足，不能有效封堵井壁 ； ③钻井液黏度、切力过大引起压力激动和抽吸 ； ④ 由于钻井液密度过高使得井壁有效过平衡压力过 大 ，达到一定平衡状态 ，滤液的侵入改变了井壁周 围地层的孔 隙压力 ，并随时间变化成一种稳定的压 力分布状态，钻井过程中密度降低和最终孔隙压力 的增加将使井壁有效过平衡液柱压力减小 ，导致失 稳坍塌 ； ⑤未认真优选机械参数、水力参数 、 排 量等 ，短程起下钻过猛 ，未严格执行短程起下钻原 则，井壁受水力冲刷，机械撞击频率高 ； ⑥固控设 备不配套，运转率不高，致使钻井液性能不稳定。 通 过分析 井下 复杂发生 的原 因 ，钻 井液需要 提高抑制性和封堵造壁能力，同时需要调整钻井液 流态， 优选合理的钻井液密度， 强化工程参数， 加 强 固控设备 的使用 ，从多个方面共 同解决井下复杂 问题。 3 钻井液配方的确定 3 ． 1 胺基聚醇的抑制性能 对胺基聚醇单剂进行膨胀实验和滚动 回收实验 9 5℃，1 6 h ， 岩心和岩屑均使用巴喀区块柯 2 7 井 井深 2 7 0 3 ～2 9 1 4 m岩屑磨制和筛滤 [2 ] 。钡 0 试 出岩 心在 0 ． 5 ％K C l 、0 ． 3 ％A P ． 1 、0 ． 5 ％AP 一 1 、0 ． 7 ％A P ． 1 水 溶液中的膨胀率分别为 1 9 ． 4 3 ％、2 0 ． 3 0 ％、1 8 ． 6 9 ％、 1 7 ．9 8 ％， 一次滚动回收率分别为7 8 ． 1 ％、 7 6 ． 2 ％、 8 2 ．7 ％、 8 7 ．5 ％，二次 滚 动 回收率 分 别 为 5 2 ．8 ％、5 1 ．3 ％、 6 7 ． 5 ％、7 9 ． 4 ％。实验表明，岩心在 0 ． 5 ％ 以上胺基聚 醇溶液的膨胀率低于 5 ％K C 1 ，同时滚动回收率高于 5 ％K C 1 ， 说明其有较好的抑制页岩水化分散作用。 3 ． 2 防塌剂的优选 选 取 了 L Y - 1 0 2 、F T - 1 、K r ． n 阳离 子 乳 化 沥 青 等几类 防塌剂进行 了优选评价 ，在不 同密度钻 井液中进行中压滤失和高温高压滤失{910 试，结果见 表 2 表 2 不同密度防塌钻井液封堵效果实验 注 为高温高压滤失量。 各类防塌剂在常温条件下没有软化变形， 不能 有效填充孑 L 隙进行封堵， 高温热滚后随固相含量增 加封堵效果变好 ； K r - n 在低密度和高密度钻井液均 可以有效封堵固相孔隙， 降低滤失量， 达到防塌效果。 最终确定的胺基聚醇商陛能钻井液配方如下。 4 ％膨润土 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％ 1 IA M 0 ． 8 ％～1 ． 0 ％ Na HP AN 0 ． 3 ％t0 ． 5 ％CMC 0 ． 5 ％～1 ． 0 ％ A P 1 1 ％铝基聚合物 D L P 一 1 3 ％～5 ％ K r - n 石粉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 1 期 马平平等 胺基聚醇钻井液在柯2 1 ． 平1 井的应用 8 7 4 钻井液性能评价 4 ． 1 抑制性能 胺基聚醇钻井液具有较高的滚动回收率，二次 滚动回收率达到 7 6 ． 8 ％，其滤液对岩心的膨胀率较 低 ，仅有 1 5 ． 4 ％，胺基聚醇钻井液抑制页岩水化膨 胀的效果明显优于其它钻井液，如表 3 所示。 表 3 4种钻井液抑制性对比评价 注 滚动条件为 9 5℃、1 6 h ，使用巴喀区块柯 2 7井岩 屑 2 7 0 3 ～2 9 1 4m 。 4 ． 2抗污染 性 对胺基聚醇钻井液进行抗污染实验 ， 分别取 5 ％ 岩屑 粉 和 3 ％ 石膏对 钻井 液进 行污 染 ，污染 后测 试其常规性能和高温老化后性能，结果见表 4 。与 KC 1 聚磺钻井液相 比，胺基聚醇钻井液抗岩屑污染 和抗石膏污染性能较好 ，KC 1 聚磺钻井液抗石膏污 染能力强，但抗岩屑污染能力弱。 表 4 不同钻井液的抗污染性能对比 4 ． 3封堵防塌 性 在做高温高压渗透滤失实验时，测完高温高压 滤失量后将加热罐中的钻井液倒出，在加温罐中缓 慢加入 8 0℃热水 ，封 闭加温罐 ，在高温高压条件 下测试 3 0 rai n的滤失量 ，每 间隔 5 mi n记 录一次 ， 结果见 图 1 。 用筛孑 L 孑 L 径为 0 ． 1 2 5 mm的标准筛布筛出2 0 0 g 细砂倒人高温高压滤失仪中作为砂床，将钻井液沿 泥浆杯内侧缓慢倒人杯中，在高温高压条件下测定 3 0 ra i n的滤失量，每间隔 5 m i n 记录一次，温度为 1 2 0 1 2 ，压力为 3 ． 5 MP a ，结果见图 2 。 图 1 不同钻井液的高温高压渗透滤失量 8 0℃、3 ．5 MP a 图2 高温高压砂床滤失实验结果 1 2 0 q c 、3 ． 5 MP a 由实验看出，胺基聚醇钻井液的高温高压渗透 滤失量小于其它钻井液，这得益于优选的阳离子乳 化沥青和高纯度磺化沥青，其高温高压砂床滤失量 也较小 ，3 0 mi n只有 1 1 ． 6 mL，说 明其填充孔隙及 封堵效果好 ，钻井液泥饼致密 ，渗透性小 ，对于井 眼稳定有很好的效果 。 4 ． 4 储层保护性能 对胺基聚醇水溶液进行表面张力的测定 ，结果 见图 3 。在蒸馏水 中加入一定 浓度 的胺基聚醇 ，可 大幅度降低液体表面张力，在一定程度上缓解滤液 对储层的水锁损害，有利于保护储层。 进一步对这 4 种钻井液进行渗透率恢复值测定， 结果见表 5 。实验表 明，胺 基聚醇和聚醚多元 醇钻 井液对于低渗透岩心和高渗透岩心都有较高的渗透 率恢复值，均达到 8 0 ％以上，聚磺钻井液的岩心渗 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 1月 透率恢复值较低，平均在 7 5 ％左右，因此，胺基 聚醇钻井液对地层的伤害性较小，储层保护效果 较好 。 董 胺基聚醇／ ％ 图 3 胺基聚醇单剂溶液的表面张力测定 表 5 不同钻井液的渗透率恢复值 注 实验温度为 5 0℃，压差为 3 ． 5 MP a ，剪切速率为 1 50 s ～。 5 现 场应 用 柯 2 1 一 平 1 井是中国石油集团公司于 2 0 1 0 年 在 巴喀山前致密砂岩气藏部署 的一 口重点水 平井 ， 井身结构为三开，设计井深为4 4 4 4 ．5 1 m，造斜点 为 3 3 0 0 m， 狗腿度为 8 。 ／ 3 0 m， A点井深为 3 6 6 6 m， B点井深为 4 4 4 4 ． 5 1 m，定向段、水平段长分别为 3 6 6 m和7 7 8 m， 补充设计加深至4 5 6 8 ． 3 6 m， 定向段 、 水平段长，分别为 4 6 7 m和 5 7 4 m。该井二开使用 西2 4 1 m m钻头，中途完钻井深为 3 9 4 7 ．5 m，裸眼 段长达 3 1 4 7 ． 5 m，水平位移为 4 9 1 m。钻井液 能 见表 6 。 柯 2 1 一 平 l井 在 2 0 0 0 3 5 2 7 n l 井 段 应 用 胺 基聚醇钻井液 ，性能较好 ，密度控制在 1 ． 2 8 ～1 ． 4 l g ／ c 之间，漏斗黏度为 8 O ～1 3 0 S ，动塑比基本保 持在 0 ．7 P aJ m P a S 以上，既有良好的抑制和封堵 防塌能力 ，也具有较好的携带能力 ，顺利钻穿煤层 6 4套共 1 3 6 m和碳质泥岩 3 0套共 4 9 m，煤层单层 最大厚度为 3 4 m，钻穿煤层后在煤下地层定向钻进 4 2 0 m，钻至中完井深 3 9 4 7 ． 5 m，全井起下钻畅通 无阻， 中完过程中， 测井、 下人技术套管等一次成功， 并顺利固井 ，进入三开水平段钻进。 表 6 柯 2 1 ． 平 1井钻井液性能 6 e L．识 及 建 议 1 ． 针对巴喀区块下部大段煤层井下安全钻井 ， 研发了胺基聚醇钻井液 ，通过引入胺基聚醇和阳离 子乳化沥青等，提高了钻井液抑制性能和封堵防塌 性能 ，在柯 2 1 一 平 1 井开展了现场试验 ，应用效果 较好，顺利钻穿大段煤层并在煤下地层定向钻进至 中完井深 。 2 ． 该钻井液 在应用过 程 中要 准确掌握各 种处 理剂的加量，尤其胺基聚醇的加量应保持在 0 ． 5 ％ ～ 1 ． 0 ％ 之间，加量过大会导致其它药 品加入 困难 、 黏度过高等反应，对钻井带来影响。 参 考 文 献 [ 1 】 张克勤，方慧，刘颖 ，等 ． 国外水基钻井液半透膜的研 究概述 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 3 ，2 0 6 1 5 。 【 2 ] 王建华 ，鄢捷年，丁彤伟 ，等 ． 高性能水及钻井液研究 进展 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 1 7 1 7 5 ． 收稿 日期2 O l 1 - 7 ． 2 2 ；H GF I 1 0 6 F 5 ；编辑付垌颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m