大庆油田雾化／泡沫钻井液的研究与应用.pdf

第 2 6卷 第 4期 2 0 0 9年 7月 钻 井 液与 完 井 液 DRI LL I NG FLUI D COMPLETI ON F LUI D Vol _ 2 6 NO ． 4 J u l y 2 0 0 9 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 4 0 0 2 9 0 3 大庆 油 田雾化／ 泡 沫钻 井液 的研究与应用 赵 晓竹 何 恕 张坤 孙西静 大庆钻探钻井工程技术 研究院 ， 黑龙 江大庆 摘要徐深 4 3井是松辽盆地北部勘探项 目的一口预探井， 井深为 3 9 9 0 m， 目的层为营城 组砾岩层 、 火 山岩储层。 为提高该 井登娄库组及其以下层段 的钻井速度 ， 在该 井段试验应用 了气体钻 井技 术。在 空气钻 井过程 中遇到地层 出 水 时， 即使将空气注入量提高至 1 6 0 m 3 ／ mi n ， 井 内仍会 存在返 屑不畅、 钻 头泥包 等 问题。 因此， 通过对 发泡剂 、 稳泡 剂、 抑制剂进 行筛选 ， 研制 出了适合大庆 油田地 层条件 的雾 化／ 泡沫钻 井液配方 ， 并对 其抑制性 、 抗 温性、 抗 污染能力 以及钻井液密度特性进行 了评价。该井使用 空气钻进 1 4 m 后遇地层 出水 ， 转为雾化／ 泡沫 ， 进尺 为 7 5 1 i n ， 钻 进 目的 层 3 9 5 i n ， 气测全烃最高达到 2 ． 9 ， 稳定基值达到 0 ． 5 N0 ． 7 0, 4， 表 明该 套雾化／ 泡沫钻井工艺适合 大庆 油田地层。 关键词 空气钻 井； 雾化钻井 ； 泡沫钻井 ； 井 眼稳定 ； 出水 中图分类号 TE 2 5 4 ． 3 文 献标 识码 A 大庆油 田深层空气 氮 气 钻井过程 中， 若钻遇 出水地层 ， 即使将空气注入量提高至 1 6 0 i n 。 ／ mi n ， 井 内仍 会存 在 返 屑 不 畅 、 钻 头 泥 包 、 形 成 泥 环 等 问 题 ， 甚至会导致井壁失稳等井下复杂情况出现。为 此 ， 研制 出了适合 大 庆油 田地层 条件 的雾 化／ 泡沫 钻 井液配方， 并在徐深 4 3等井多次成功应用__ 1 _ 3 l 。 1 室 内研 究 1 ． 1 钻井液配方的确定 1 ． 1 ． 1 发 泡 剂的优 选 雾化／ 泡 沫钻井液用 表面活性剂 的筛选 以发泡 量 大 、 抗温性 能好 、 抗 污染 能 力强 以及 半 衰 期适 中为 原 则 ， 采用“ 倾注 法” 对 D Y - 2 、 AE S 、 K1 2 、 尼纳 尔 和 F 8 7 3 等发泡剂进行了评价 ， 结果见表 1 。由表 1可以看出， 有常温常压条件下 ， DY一 2 和K1 2 N- 有溶解性好 、 易 表 1 不 同表 面活 性剂 起 泡 效 果 对 比 表面 不 同表 面活性 剂加 量下的泡沫体积／ mL 活性剂0 ． 5 0 ． 6 0 ． 7 ％0 ． 8 X 0 ． 9 1 ． 0 发泡等优点 ， 且观察可见泡沫质量细腻 ， 因此 D Y一 2 与 K1 2发泡 剂具 有较 好 的发 泡能力 。 1 ． 1 ． 2稳 泡 剂的优 选 分 析 了部 分水解 聚丙烯 酰胺 HP AM 、 生 物 聚合 物 XC和羧甲基纤维素 C MC作为稳泡剂的性能， 见 表 2 ， 其 中发 泡剂 选用 1 ． 0 DY 一 2 。 表 2不 同稳泡剂 的稳泡效果对比 2 5℃ 由表 2可知 ， HP AM 和 C MC均 存 在水 溶 性 较 差 的缺 点 ， 尤其 当它 们 的加量 大 于 0 ． 3 后 ， 基 液 的 发泡效果 受到一定 的影 响， 同时 HP AM 基 液具有 “ 爬 杆效 应 ” ， 不 利 于 配 制 优 质 雾 化／ 泡 沫 液 ； 而 XC 具有较强 的泡沫稳定能力 ， 同时与发 泡剂 DY 一 2具 有较好的协同作用 。因此选 X C作为稳定剂。 第一作者简介 赵晓竹， 助理工程师， 1 9 8 2年生， 2 0 0 5年毕业于中国石油大学 北京 ， 现主要从事雾化泡沫钻井液技术研 究。地 址 黑龙江省大庆市红 岗区八百垧大庆钻探钻井工程技术研究院； 邮政编码 1 6 3 4 1 3 ； 电话 1 3 9 3 6 8 2 8 9 3 6 ； Dm a i l z h a o x i a o z h u c n p c ． c o r n ． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 钻 井 液与 完 井 液 2 0 0 9年 7月 1 ． 1 ． 3抑 制剂的优 选 选择 1 ． 0 ％ DY 一 2作 发 泡 剂 ， 研 究 了 KC 1和 Nw一 1抑 制剂 对 发 泡 高 度 和泡 沫 半 衰 期 的影 响 ， 结 果见 表 3和表 4 。 表 3 K OI 抑制剂的性能测试 表 4 N W． 1 抑 制剂 的性 能测试 从 表 3 、 表 4可 以看 出 ， 随 K C 和 NW一 1 加 入量 的增加 ， 泡沫高度均逐渐减小 ， 但 加入 1 ． 0 Nw一 1 时发泡 剂溶 液 仍 具 有 较 好 的 发 泡 效 果 ， 可 以 得 出 ， Nw一 1对泡 沫性 能 的 影 响较 小 。实 验 测 得 水 、 泡 沫 2 KC 1 、泡沫 4 - 3 KC 1 、泡 沫 4 - 0 ． 6 NW一 1和 泡沫 1 ． 5 Nw一 1的岩屑 回收 率分别 为 5 ． 4 、 2 5 ． 6 、 3 8 ． 4 、 6 5 ． 8 、 8 0 ． 5 ， 表 明加 入抑制 剂后 的泡 沫抑 制 性 明 显 高 于 清 水 ， 最 高 达 8 0 ． 5 。 因 此 ， 选 定 NW- 1 作 为该 雾化 ／ 泡 沫液 的抑制 剂 。 1 ． 2 钻井 液性 能评 价 1 ． 2 ． 1 抗 盐水 、 岩屑 侵 污能 力 在空气钻井过程 中， 当钻遇地层 出水的情况而 转化 成雾 化／ 泡 沫 钻 井 工 艺 时 ， 为 了确 保 雾 化／ 泡 沫 液与地层水具有较好 的相容性 ， 要求其具有较强的 抗地 层水 及岩 屑污 染能 力 ， 实 验结 果见 表 5 ～ 表 7 。 表 5升深 4井侏 罗系第 S 1 - 2层地层水数据mg ／ L 表 6 雾化／ 泡沫钻井液 的抗盐能 力 2 5℃ 注 1 1 ． O ％Dy _ 2 0 ． 1 X C ； 2 1 ． O AE S 0 ． 1 X C 。 表 7 雾化／ 泡沫钻井液的抗岩屑侵能力 注 岩屑为徐 深 3 0 2井 岩心 过孔径 为 0 ． 1 5 4 r fl m 的筛 ； 3 1 ．0 DY～ 2； 4 1 ．0 AES。 从 表 6 、 表 7可 以看 出 ， 雾 化／ 泡 沫 钻 井 液 具 有 较强 的抗盐 能力 ， 满 足现场 雾化 ／ 泡沫 钻井 工艺技 术 要 求 。 1 ． 2 ． 2抗 高温性 能 为 满 足 深井 气 体 钻井 的需要 ， 要 求 发 泡剂 不 仅 要 有较 强 的起泡 能 力 ， 同时还 要 有 较 好 的抗 高 温 能 力 。采 用“ 倾 注法 ” 对 表面 活性 剂 的抗 高温性 能进 行 了评价 ， 实 验结果 见 表 8 。 表 8表面活性剂的抗高温性能 1 6 h 表 8显示 ， 在高 温下 ， 虽 然 D Y- 2发 泡剂 的 泡沫 高度有所降低 ， 但仍具有较好发泡能力， 因此 D Y一 2 有较 好 的抗 温 性 以及 发 泡 能 力 。对 雾化 ／ 泡 沫 钻井 液基 液在 室 温 和 高 温滚 动 后 的 流 变 性 能 进 行 了评 价 ， 结果 表 明 ， 雾化 ／ 泡 沫钻井 液基 液 的抗温性 较好 ， 满 足现 场施 工要求 ， 见 表 9 。 表 9 雾化／ 泡沫钻井液基液抗高温能力评价 1 ． 2 ． 3高温 高压密 度特 性研 究 钻井 液高 温高压 密度 特性 直接关 系 到井筒 内静 液柱压 力 分布 以及 井 下 安 全情 况 ， 特别 是 随着 井 深 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 4期 赵 晓竹 等 大庆 油 田雾化／ 泡 沫钻 井液 的研 究与 应 用 3 1 增 加 、 深 井钻 探技 术 的不 断 发 展 和欠 平 衡 钻 井 技 术 应用领域的扩大 ， 开展钻井液 的高温高压密度特性 研 究显 得尤 为重 要 。 对 高温 高 压 条 件 下 不 同 发 泡 剂 加 量 、 温 度 、 压 力 、 气液 比条件下雾化／ 泡沫钻井液的密度特性进行 模拟 实验研 究 ， 结果 见 图 1 。由 图 1可 以看 出 ， 在恒 定温 度下 ， 随压 力 的 增 加 ， 泡 沫 钻 井 液 密 度 不 断 增 加， 但增加速率随压力增大而减小 ， 最终接近于零 ； 密度 随压力 变化 的 曲线 可 以分 为 3段 ， 即低 压 陡直 上升段 、 中间弯曲段和高压平缓直线段。低压陡直 上 升段 4 MP a 随压 力 的增大 ， 泡 沫钻井 液 的密 度上 升极 小 ， 这一 段密度 曲线 的变 化 主要 取 决 于 气 液 两 相 此 时 气体的压缩性类似于液体的压缩性 的压缩性。由 模拟实验结果可 以看出， 压力很高时的泡沫钻井液 密 度变 化 增 加 也不 可忽 视 。 1 ． 2 ， 1 ． 0 要 o ．8 b n 0． 6 0．4 O ． 2 0 1 0 2 O 3 0 4 0 5 O 6 0 p／ MPa 图 1 7 2 ％泡沫钻井液密度与温度和压力 的关 系 2 在徐 深 4 3井 的应 用 徐 深 4 3井是 松 辽 盆 地北 部 勘 探 项 目的一 口预 探井 ， 设计 井 深 为 3 9 9 0 m， 目的 层 为 营 城 组 砾 岩 层、 火山岩储层 ， 钻探 目的是探索徐家围子断陷南部 丰乐低隆起西侧鼻状构造营城组火 山岩 、 砾岩储层 的发 育和含 气情 况 。 该井 三 开 2 8 7 0 ～ 3 9 9 0 m 上 部非 储 层 井 段 非含水层 采用空气钻井 ， 下部井段采用 空气 氮 气 雾化泡沫 1 ． 5 DY 一 2 0 ． 1 X C1 NW一 1 2 P T S F防塌剂 钻 井 ， 目的是提高徐深 4 3井 登 娄库组及其以下层段的钻井速度 ， 探索气体／ 充气钻 井技术在大庆深层的适用性 。 现场配制基液时 ， 应彻底清洗配液罐 ， 防止遗留 有影响泡沫性能的物质 。稳泡剂 x c在使用前预水 化 4 h以上 ， 以利于高分子链充分的伸展 ， 达到基液 所需要的黏度。配制胶液时应使用剪切泵 ， 加入速 度要 慢 ， 防止 水化 不 均 匀 出现 “ 鱼 眼” 现 象 。 同 时配 液 的 出水管 线末 端应 沉人 配 液罐 的液 面 以下 。 该井 段使 用 空气 钻井 进尺 1 4 I n ， 排 砂 口及 取 样 口见 水雾 ， 进 而 发 展 为 小 水 流 ， 开 始 转 化 为雾 化 钻 进 。钻至 井深 3 6 3 5 m 后 ， 由于 已进人 目的层 ， 存 在 一 定 风 险 ， 结 束 空 气 钻 进 。空 气 钻 井 总进 尺 为 7 6 5 m， 平 均机 械钻 速为 4 ． 4 6 m／ h 。 该井使用空气 、 氮气 、 空气雾化 、 氮气泡 沫等介 质进 行 了气 体钻 进 ， 钻进 目的层 3 9 5 m， 全 烃 最 高达 到 2 ． 9 ， 稳定基值达到 0 ． 5 ～0 ． 7 。具体 的气 体以及雾化／ 泡沫钻井参数如表 1 O所示 。 表 1 0 徐深 4 3井气体 以及雾化钻井参数 注 注气量为 1 2 o r n 。 ／ mi n 。 3 结论 1 ．雾 化 ／ 泡 沫 钻 井 液 的抑 制 性 、 抗 污 染 能 力 均 较强 ， 抗 温达 1 8 O℃ ， 能够 满足 大庆 深层 勘探 开发 的 需要 。 2 ．雾化／ 泡沫钻井液能够成功地解决空气钻井 因地层 出水 而难 以继 续 进 行 的 难题 ， 与 常 规钻 井 工 艺技术相 比， 平均机械钻速可以提高 3 ～6倍左右。 3 ．雾化／ 泡沫钻井工艺技术可以解决气体钻井 时 遇到 地层 出水 而 引 起 的 岩 屑携 带 问题 、 泥包 钻 头 问题 、 形成泥环问题、 井壁剥落以及井壁坍塌等技术 难题 ， 保证气体钻井继续进行 ， 形成 了具有大庆特色 的雾 化泡 沫钻 井工 艺技 术 。 参 考 文 献 [ 1 ] 张振华 ， 鄢 捷年． 低密 度钻井 流体 技术 E M] ． 石 油 大学 出版社 ， 2 0 0 4 [ 2 ] 王迅达 ， 李 中成． 浅谈 空气一 泡 沫钻 井技 术 的特点 [ J ] ． 石油钻井完井技术 ， 2 0 0 5 2 [ 3 ] 鄢捷 年． 钻井液工艺 学[ M] ． 石油 大学 出版社 ， 2 0 0 1 收 稿 日期 2 0 0 9 0 1 - 0 5 ； HGF0 9 0 4 W 8 ； 编 辑 汪桂 娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m