胺基钻井液在新疆油田莫116井区的应用.pdf

第 2 8卷 第 6期 2 0 1 1 年1 1月 钻井液与完井液 DRI LLI NG F LUI D C0M P LE T1 0N F LUI D Vo 1 ． 28 N o ． 6 NO V ．2 01 1 文章编号1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 6 0 0 2 4 ． 0 3 胺基钻井液在新疆油田莫 1 1 6井区的应用 屈沅治 ， 戎克生 ， 黄宏军 ， 罗亮 ， 王战卫一 ， 齐国忠 1 ． 中同石油集团钻井_ [ 程技术研究院，北京 ； 2 ． 新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 ； 3 ． 新疆油田分公司开发公司，新疆克拉玛依 ； 4 ． 西部钻探克拉玛依钻井公司，新疆克拉玛依 摘要针对新疆油田莫 1 1 6井区上部地层膏质泥岩易缩径及下部地层井壁垮塌难题，设计优化出了胺基钻井 液的配方，并在 MB 6 0 0 1 、MB 6 2 9 3 、MB6 1 3 6等井中进行了成功应用。现场应用表明，胺基钻井液抑制性能优良、 井壁稳定、井径规则，平均井径扩大率小于 6 ％，能解决莫 1 1 6井区钻井过程中常出现的井壁失稳、膏质泥岩造浆 严重、钻头易泥包、缩径卡钻、钻速慢等技术难题，为莫 1 1 6井区的高效开发提供 了技术支撑与储备。 关键词 胺基钻井液 ； 钻井液性能 ； 膏质泥岩 ； 缩径 ； 井壁垮塌 ； 新疆油田 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 新疆油 田莫 1 1 6 井 区位于准噶尔盆地中央坳陷 莫北 凸起。莫 1 1 6井区 自上而下钻遇地层为白垩系 吐谷鲁群、侏罗系头屯河组、西山窑组、三工河组 地层 ，目的层为三 工河组 。上部吐谷鲁群以大段泥 岩和砂岩、 细砂岩为主，中部西山窑组含有薄煤层， 目的层三工河组以深灰色砂泥岩为主。为了加快莫 1 1 6 井区的高效开发，同时储备适合复杂区块钻进 的新型钻井液技术 ，近期由中国石油集 团钻井工程 技术研究院 自主研发的胺基钻井液技术在该区块成 功进行了 MB 6 0 0 1 、 MB 6 2 9 3 、MB 6 1 3 6 等井的先导 性试验，取得了良好的现场应用效果 [ 1-5 ] 。 1 室 内实验 1 ． 1 胺 基钻井液 的配方设 计 钻井过程中，莫 1 1 6 井区需解决的钻井液技术 难点有 ①缩径。白垩系吐谷鲁群地层伊． 蒙混层 含量高，尤其在 6 5 0 ～7 3 0 m、1 3 0 0 ～1 4 0 0 m、1 5 6 0 ～3 0 0 0 m等处地层含有膏质和棕红色胶质泥 岩，易水化膨胀，造成井眼缩径阻卡或卡钻。②井 壁垮塌。西山窑煤层和砾石层易垮塌。③三工河组 目的层含泥砂混层 、地层易掉块 、垮塌 ，钻井液密 度使用较高，易发生压差卡钻 ； 下部地层存在高压 油气水层 ，易发生气侵，进而引发井下复杂等。 目前该区块使用的钾钙基聚磺钻井液针对大段 泥岩水化的抑制性能还需强化 ，在其现场应用 中因 膏质泥岩水化易缩径引发 的卡钻事故偶有发生。针 对莫 l l 6 井区的钻井液技术难点，结合现场钾钙基 聚磺钻井液的使用情况，并考虑成本等因素，引入 了胺基钻井液 ，其配方如下 [ I - 2 ] 。 2 ％～4 ％ 膨 润 土 0 ． 2 ％Na ， C O 0 ． 2 ％Na OH 0 ． 5 ％--0 ． 8 ％ 包被剂 F A3 6 7 J B 6 6 、 P MHA I I 1 ％ 降 滤 失 剂 A P 2 2 0 S P 8 5 ％～1 0 ％ Na C I 1 ． 5 ％ ～ 2 ． 0 ％ 胺 基 抑 制剂 S I A T I ％ 防 卡剂 S u p e r F r e e 2 ％～3 ％ 磺化沥青 重晶石 其 中，S u p e r F r e e 具 有 优 良的润 滑 防 卡性 能 ， 它通过所含组分分子中的吸附基 团在黏土和金属表 面上的强化学吸附作用形成致密油膜，使钻柱与井 壁岩石接触产生 的固一 固摩擦 ，转变 为油膜 之间的 摩擦 ，大幅度降低钻柱与岩石之间的摩阻力，其配 伍性好，对钻井液的其他性能影响较小 ； S I A T是 一 种小分子的泥页岩抑制剂 【 J ] ，含有极性胺基，易 被黏土优先 吸附 ，可固定黏土片层 的间距 ，直接针 对膨胀力 [ 4 - 5 ] o该体系通过胺基抑制剂 S I A T和包被 第一作者简介 屈沅治，博士，高级工程师，1 9 7 5 年生，现在从事钻井液技术及油气井工程应用研究工作。地址 北 京市学院路 2 0号钻井液所 ；邮政编码 1 0 0 0 8 3；电话 0 1 0 8 3 5 9 8 3 6 1； E ma i l y u a n z h i q u p e t r o c h i n a ． c o m． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 8 卷 第6 期 屈沅治等胺基钻井液在新疆油田莫1 1 6 井区的应用 2 5 剂 F A3 6 7 J B 6 6 、P MH A I I 协 同抑制泥岩或泥页 岩分散 ； 以N a C 1 保持体系中水的适当活度 ； 以磺 化沥青强化封堵 、 改善泥饼质量、防止井壁坍塌。 1 ． 2 胺基钻井液的性能评价 1 流变性能。钻井液 的常规性能测试结果见 表 1 。测试结果表明 ，胺基钻井液具有 良好的流变 性能和抗温陛能。表 中胺基钻井液配方如下。 胺 基 钻 井 液 1 4 ％膨 润 土 0 ． 2 ％Na 2 C O O． 2％ N aO H0． 5％ FA 3671％ SP． 810％ N aC l 2 ％S I A T 1 ％防卡剂 重 晶石 ，密度为 1 - 3 g ／ c m 钾 钙 基 钻 井 液 2 4 ％ 膨 润 土 2 ％ RSTF7 ％ KCl 0． 3 ％ F A36 7 0． 5 ％ XY． 27 5％ P HT 2 ％T X1 ％K0H 0 - 3 ％Ca O 0 ． 5 ％CM C． LV 2 ％ QC X． 1 1 ％WC 一 1 重晶石 ，密度为 1 ． 3 g ／ c m 表 1 不同配方钻井液的性能 钻井液 AV ／ ． PV ／ ⋯ Y P ／ F m LA L y／ 2抑制性能 。实验选用新疆油 田安集海露头 岩屑。 在 3 0 0 m L钻井液中加入 3 0 g 粒径为2 ．0 ～3 ．2 m m的岩屑，调节体系的 p H值为 9 ，在 1 2 0 热 滚 1 6 h 后，用筛孑 L 为 0 ．4 5 m m的标准筛回收岩屑， 用 1 0 ％ K C 1 溶液清洗，烘干后称重，测得岩屑在胺 基钻井液、钾钙基钻井液、清水中的回收率分别为 9 2 ． 0 0 ％、7 7 ． 6 0 ％ 和 0 ． 8 3 ％。由此说 明，胺基钻井液 在钻井过程 中有利于抑制泥岩井段的造浆 ，控制钻 井液中的膨润土含量，有利于保护油气层 [ 1 】 。 2 现 场 应 用 2 ． 1 MB6 0 0 1 井 MB 6 0 0 1 井 为 三 开 井 ，完 钻 井 深 为 4 3 5 5 m， 完井周期为 5 4 d 。井身结构为 西 4 4 4 ．5 m m 4 9 0 ．5 0 m西3 1 1 ． 1 5 mm3 0 0 0 m 2 1 5 ． 9 mm 钻头 4 3 5 2 m。一开采用膨润土一 C MC钻井液 ； 二开和三 开采用胺基钻井液，钻井液的维护措施如下。 1 二开井段采用大尺寸 西3 1 1 ．2 m m钻头钻 进，针对产屑量大、造浆严重、抑制剂和包被剂消 耗快的情况 维持胺基抑制剂 S I A T的浓度在 2 ％ 左右、包被剂 F A3 6 7 J B 6 6 、P MH A． I I 的含量为 0 ．6 ％～0 ．8 ％ ； 二开井段没有出现掉块，体系中不用 添加 S P N H及磺化沥青等磺化处理剂。 2 二开井段 机械钻速 高、产屑量大，应保证 四级固控设备运转良好，钻进中要求振动筛 筛孑 L 孔径为 0 ． 0 7 6 ～0 ． 1 5 4 mm、钻进时尽可能使用筛孔 小的筛布 开动率为 1 0 0 ％，除砂器、除泥器运转 时率为 8 0 ％，离心机有效开动率应满足钻井液的 性能要求 ， 及时清除有害固相， 以“ 净化” 保 “ 优化” 。 3三开钻进时 ，为应对西 山窑组含有煤层出 现易塌 、易漏 、易扩径 ，造成起下钻阻卡 、电测卡 电缆等复杂情况，在二开原有钻井液的基础上，添 加磺化沥青强化井壁封堵，改善泥饼质量，防止井 壁坍塌，确保井下安全。 4胺基钻井液 中使 用 Na C 1 ，在钻进过程 中， 体系的p H值下降。这一方面是 由于钻井液中的 N a 与黏土矿物晶层间的H _ 发生了离子交换 ； 另 一 方面是由于工业食盐中含有的Mg C 1 ， 杂质与钻井 液中的O H 一 反应生成Mg O H ， 沉淀，从而消耗了 OH 一 。因此 ，在实 际钻进 过程 中应及时补充烧碱 ， 维持钻井液的 p H值在 9 ． 0左右 。 现场应用中， 胺基钻井液陛能稳定、 维护简单、 返出钻屑成型，钻屑表面光滑、不黏筛、不结团， 能从振动筛上干净利落地滚下，钻屑掰开后断面干 燥 ，说 明胺基钻井液具有优 良的抑制性 ，能有效抑 制大段水敏性泥岩水化膨胀，即使在造浆严重的泥 岩井段 ，胺基钻井液的漏斗黏度始终保持为 4 0 S 左 右 ，膨润土含量变化较小。在钻井过程 中，井壁稳 定，井径规则，平均井径扩大率为 6 ．0 ％，起下钻 顺利 MB 6 0 0 1 井每 2 0 0 m短程起下钻一次 ，平均 每次用时约 1 - 3 h ，解决 了使用 常规钻井液存在 的 井壁失稳、 膏泥岩造浆严重、 钻头易泥包、 缩径卡钻、 钻速慢等技术难题。 2 ． 2 在MB 6 2 9 3 及MB 6 1 3 6 井二开的应用 在 MB 6 0 0 1 井试验成功的基础上，采用胺基钻 井液技术在莫 1 1 6 井区开展不下技术套管的钻井试 验。试验井 MB6 2 9 3及 MB6 1 3 6均为二开井 ，一开 使用 西4 4 4 ．5 m il l 钻头钻至井深 5 0 0 m， 二开为复合 井眼，使用 2 4 1 ．3 in i n和 2 1 5 ．9 m m钻头分别钻 至井深 3 0 0 0 m、4 3 0 0 m。该井不下技术套管，大 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年 l 1月 幅度节约了套管投资，缩短了钻井周期，降低了钻 井综合成本，但二开裸眼井段长达 3 8 0 0 m，钻井 风险较大 ， 对钻井液性能及维护提出了更高的要求。 MB 6 2 9 3井和 MB 6 l 3 6 井 实际完钻井深分别 为 4 3 0 3 m、 4 3 0 7 m，完井周期分别为 3 6 d和3 3 d 。 二开复合井 眼采用强抑制性胺基钻井液钻进。根据 测得一开井浆膨润土含量计算预留钻井液体积，控 制二开钻井液膨润土含量为 2 0 ～3 0 g ／ L 。将预 留的 一 开钻井液充分净化后，在地面罐中补加清水，并 依次添加聚合物包被剂 、降滤失剂 、Na C 1 、高效防 卡剂、S I A T等处理剂充分搅拌， 调控性能达到设计 要求后进行二开钻进。钻进过程中，上部泥岩地层 强化钻井液的抑制性 、包被性及 防泥包性能 ，下部 易垮塌地层加强钻井液的封堵性能， 保持井壁稳定。 胺基钻井液的维护与 MB6 0 0 1 井类似。MB 6 2 9 3井 二开各井段钻井液性能见表 2 。 表 2 MB 6 2 9 3井二开各井段钻井液-眭能 5 2l ～ 1 41 7 1 4 l 7 ～ l 9 8 2 1 9 8 2 ～ 2 6 7 7 2 6 7 7 3 0 0 2 3 00 2～ 3 5 26 3 5 2 6 ～ 4 0l 1 4 Ol 1 ～ 4 3 0 3 下钻平均用时 1 ． 5 h ／ 次 ； 对长达 3 8 0 0 I l l 的二开裸 眼井段有较好地井壁稳定性 ，有效地解决了二开上 部井段膏质泥岩易缩径及下部井段井壁垮塌难题。 2口井井径规则 ，电测均一次到底 ，电测一次 成功率为 1 0 0 ％， 2口井平均井径扩大率均小于 6 ％， 下套管和固井施工顺利，达到了在不下技术套管的 条件下安全 、快速钻进要求 ，显著缩短了钻井周期 ， 降低 了钻井成本 ，保护 了储层 。 2 ． 3 认识与建议 1 在满足携岩的前提下，尽可能降低胺基钻 井液的黏度和切力。 2 在高效固控确保钻井液清洁的条件下，加 足胺基抑制剂 S I A T及大分子包被剂 ，这样钻井液 既发挥了胺基钻井液 的高效抑制包被作用 ，又具有 低黏度低切力的特点 ， 保证 了钻井液 良好 的流变性 。 3 低黏度、低切力胺基钻井液与大排量 、高 返速相配合，既克服了高黏度高切力钻井液的一系 列弊病 ，又保证了携砂性，可以满足井下要求。 4强化 四级 固控设 备的高效使用 ，及时清除 有害固相 。 3 结论 胺基钻井液技术有效解决了莫 1 1 6 井区钻井过 程中常 出现 的井壁失稳 、膏质泥岩造浆严重 、钻头 易泥包、缩径卡钻、钻速慢等技术难题，适合新疆 油 田莫 l 1 6 井 区不下技套的钻井方案 ，为莫 l l 6 井 区的高效开发提供了技术支撑与储备。 参 考 文 献 1 4 ～ 1 9 5 ～ 7 0 ． 5 ～ 1 ． 5 ／ 1 ． O ～ 3 ． 0 8 ． 0 h 1 0 ． O 1 9 ～3 0 5 ． 5 ～1 5 O ． 5 ～2 ． 5 ／ 1 ． 0 ～5 ． 5 7 ． 5 ～1 O ． 0 [ 1 ] 2 7 3 0 1 0 h 1 2 ． 5 1 ． 0 ～ 2 ． 5 ／ 2 ． 0 ～ 5 ． 0 8 ． 0 ～ 8 ． 5 1 6 ～2 8 5 ～1 2 0 ． 5 ～1 ． 5 ／ 1 ． 0 ～4 ． 0 7 ． 0 ～8 ．5 [ 2 1 2 6 ～ 2 8 8 ． 5 “ -1 0 0 ． 5 ～ 1 ． 5 ／ 2 ． 5 ～ 3 ． 0 8 ． 5 2 4 3 4 8 ～l 2 ． 5 1 ． 5 2 ． 5 ／ 5 0 ～8 0 8 ． 0 9 ． 0 [ 3 1 2 9 ～4 6 1 1 ～ 1 7 2 ． 0 ～3 ． 0 ／ 9 ． 0 ～ 1 1 ． 0 8 ． 0 ～8 ．5 注 泥饼厚度均为 O ． 3 ～0 ． 4 mm。 【 4 ] MB 6 2 9 3及 MB 6 1 3 6井 的现场施 工结 果表 明 ， 胺基钻井液性能稳定，抑制包被能力突出，振动筛 [5 ] 返出岩屑成型好、降低了软泥岩对钻柱和钻头的黏 附 ； 具有低黏度、低切力特性，可保持对泥岩井段 必要 的冲刷能力 ，井眼顺 畅，用时短 2 0 0 m短起 屈沅治 ． 泥页岩抑制剂 S l AT的研制与评价 [ J ] ． 石油钻 探技术 ，2 0 0 9 ，3 7 6 5 3 ． 5 7 ． P a t e l A ， S t a m a t a k i s E ，Yo u n g S， e t a 1 ． Ad v a n c e s i n i n h i b i t i v e wa t e r -- b a s e d d r i l l i n g f l u i d s -- Ca n t h e y r e p l a c e o i l - b a s e d m u d s J R 】 S P E 1 0 6 4 7 6 ， 2 0 0 7 ． 屈沅治 ． 新型胺基抑制剂的研究 分子结构设计与合 成 ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ，2 7 1 1 3 ． v a n Oo r t E． On t h e p h y s i c a l a n d c h e mi c a l s t a b i l i t y o f s h a l e s ． J o u r n a l o f P e t r o l e u m S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g [ J ] ． 2 0 0 3 ， 3 8 3 ． 4 2 1 4 2 1 6 ． Ka r a b o m i S， S mi t B， He i d u g W K ，e t a 1 ． T h e s we l l i n g o f c l a y smo l e c ul a r s i mu l a t i o n s o f t h e h y d r a t i o n o f mo n t mo r i l l o n i t e [ J ] ． S c i e n c e ， 1 9 9 6 2 3 F e b r u a r y ，1 1 0 2 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 0 6 ． 2 5 ；H GF 1 1 0 6 N6 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m