巴什托油气田高密度钻井液技术研究.pdf

第 3 3卷 第 1 期 2 0 1 1 年 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PR0DUCT1 0N TECHNOLOGY V0 1 ． 3 3 No ．1 J a n ．2 0 1 1 文章编号 1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 1 0 1 0 0 4 9 0 4 巴什托油气 田高密度钻 井液技术研 究 常 连 玉 中石化石油工程技术研 究院 ， 北京1 0 0 1 0 1 摘要为解决巴什托油气田在钻井过程 中存在的盐膏侵严重、 井壁失稳、 井底温度高、 存在高压层、 易漏失等一系列难题， 通 过优选膨润土加量、 抗高温处理剂、 加重剂等， 开发出一套适合巴什托地区的高密度钻井液体系。该体系密度达到2 ． 2 0 g ／ c m ， 抗 温可达 1 6 0 o C， 具有 良好 的热稳 定性 、 抑制性能和抗污染能力。在 B K 8 H 井进行 了现 场应用 ， 施 工过程 中钻 井液性 能良好 ， 禾发 生任何井下事故和井下复杂情况， 顺利钻穿4 4 0 m的盐膏层， 三开井径扩大率为2 ． 3 3 ％， 而且与该区同类型井相比缩短了钻井周 期， 表 明该 高密度钻井液体 系完全适应 巴什托 区块复杂务件 下的钻井要 求。 关键词高密度钻井液；活化重晶石；抑制性； 抗高温处理剂 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识码 A Ap pl i c a t i o n o f hi g h d e n s i t y dr i l l i n g flu i d t e c hn i qu e i n Ba s hi t u o o i l g a s fie l d C H A N G L i a n y u R e s e a r c h I n s t i t u t e o fP e t r o l e u m E n g i n e e r in g T e c h n o l o g y ， S I N OP E C ， B e ij i n g 1 0 0 1 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t f o r ma t i o n i n t r u d e d s e r i o u s l y b y s a l t b e d ， we l l b o r e i n s t a b i l i t y , h i g h t e mp e r a t u r e i n d o wn h o l e ， wi t h i n h i g h p r e s s u r e l a y e r s a n d l e a k a g e we r e a l l ma d e t h e d r i l l i n g d i ffi c u l t i n Ba s h i t u o o i l g a s fi e l d ． A s e t o f h i g h d e n s i t y d r i l l i n g fl u i d s u i t a b l e f o r t h i s a r e a wa s d e v e l o pe d t o s e t t l e t he p r obl e m b y o pt i mi zi n g t h e be n t o ni t e c on c e nt r a t i on ，Hi g h t e mpe r a t ur e r e s i s t i n g a d di t i ve a ge nt a n d wei g ht i n g a ge nt ． T h e d e n s i t y o f t h i s s y s t e m c a n r e a c h u p t o 2 ． 2 0 g r a m p e r c e n t i me t e r wh i l e t e mp e r a tur e c a n g e t a s h i g h a s 1 6 0 d e g r e e ． Th e d r i l l i n g fl u i d wa s us e d i n fie l d e x pe r i me nt i n Wel l BK8H a n d h a s ga i ne d we l l r e s ul t s d ue t o t h e r m a l s t a bi l i t y ， i n hi bi t i ve c ha r ac t e r a nd r es i s t i n g po i l u t i o n． Dur i ng t h e t r e a t me nt i n W e l l BK8H，t he flu i d s y s t e m pe r f o r me d we l l ， no a c c i de nt a n d o t h e r c ompl e x s i tua t i on ha p pe n e d d ownh ol e． Du e t o t hi s ， s al t be d wi t h 4 00 me t e r s wa s d r i l l e d t h ou gh s mo ot hl y， a n d t he e nl a r g e me nt r a t e of r e d r i l l i ng we l l wa s 2． 3 3p e r c e nt ， be s i de s ， t he d r i l l i ng c yc l e of t h i s we l l wa s s h or t e r t ha n t ha t of t he s i mi l a r we l l i n t he s a m e a r e a ． Al l t h es e i l l u s t r a t e s t h a t t h e h i g h d e ns i t y d r i l l i ng flui d s ys t e m me e t t he d r i l l i ng r e q ui r e me nt un de r c o mpl e x c on di t i on s i n Ba s h i tuo bl o c ks ． Ke y wo r d h i g h d e n s i t y d r i l l i n g fl u i d ； a c t i v a t e d b a r i t e ； i n h i b i t i v e c h a r a c t e r ； h i g h t e mp e r a t u r e r e s i s t i n g 巴什托油气 田地质条件十分复杂 ， 存在高压层 ， 存在盐膏侵严重 、 井壁失稳 、 井底温度高 、 易漏等一 系列问题 ， 给钻井施 ] 带来很大 困难。为解决该地 区高压层及盐膏层蠕动等问题 ， 很早就使用 了高密 度钻井液体 系， 但是在施工 中经常发生压差卡钻及 钻井液性能难 以控制等问题 ， 所 以抗高温高密度钻 井液成为制约该地 区高压井段安全 、 快速钻井的关 键因素之一 。笔者通过各种添加剂 的优选试验 ， 开 发出了密度为 2 ． 2 0 g ／ c m 的高密度钻井液体系， 可以 满足该 区块 的复杂条件下钻井要求 。 1 概况 1 ． 1 地质工程概况 巴什托油气田位于塔里木盆地西南坳陷区麦盖 提斜坡西北部 ， 巴什托 一先 巴扎构造带西部 的巴什 托构造。该 区块 目前 已部署 了多 口探 井， 取得 了重 作者简介 常连玉， 1 9 7 8 年生。2 0 0 3 年毕业于中国石油大学 华东 石油工程专业， 现从事钻井液及完井液工艺及技术研究等工作 ， 工程 师。E ma i l c h a n g l y s r i p e ．c n 。 5 0 石油钻采工艺2 0 1 1 年 1月 第 3 3卷 第 1 期 大的油气突破。由于该构造地质条件复杂给钻井施 工带来很大困难和风险。 1 ． 2 钻井液施工难点 1 巴楚组地层压力高。 巴楚组地层压力梯度高 ， 孔 隙 压 力 高 达 1 ． 9 3 ～ 1 ． 9 8 g ／ m ， 如 B K3 H井 、 B K4 H 井钻井液密度 已达到了 2 ． 1 0 g ／ c m 。 2 巴什托油气 田地温梯度约为 2 ． 7℃ ／ 1 0 0 m， 油层埋藏均在 4 7 0 0 m 以深 ， 井底静止温度约为 1 4 2 ℃左右 ， 循环温度在 1 2 8℃左右 ， 这对钻井液 的抗高 温性能提出很高的要求。 3 井壁稳定性差 。帕卡布拉克组地层沙泥岩互 层易缩径 ；安居组存在高压盐水层 、 膏盐层还有破 碎地带 ， B K 3 H井钻井过程 中曾因白色盐膏层蠕变 造成 2次严重卡测井仪器事故和套管变形事故 。 4 盐膏层及高压盐水层对钻井液污染严重 。盐 膏层及高压盐水层严重破坏钻井液流变性能和降滤 失性能 ， 钻井液 的性能维护难度大。 5 易漏 ， 安全施工密度窗 口窄。小海子组和巴 楚组地层压力梯度高， 但同时巴楚组地层易发生井喷 和井漏， 地层破裂压力当量密度最大仅为 2 ． 2 0 g ／ c m 。 B K 4 H井巴楚组发生 3次漏失 ， 总计漏失高密度钻井 液 4 2 1 ． 0 l ff l 。 2 高密度钻井液室内研究 2 ． 1 配方研 究 巴什托地区高密度钻井液配制和维护施工中最 容易出现的问题是流变性难 以控制。针对该问题笔 者从膨润土加量试验及抗 高温处理剂优选 、 加重材 料优选等方面进行了配方优化， 开发出适合巴什托 地 区的高密度钻井液体系 ， 并且对该体系进行 了抗 高温、 抗污染等一系列评价。 2 ． 1 ． 1 膨润土加量膨润土加量是影响高密度钻井 液体系流变性能和稳定性的至关重要的参数 J 。随 着膨润 土加量 的增大 ， 体 系呈滤失量 降低 、 黏度升 高 的趋势。在高密度体系中， 当膨润土加量低于 2 0 g ／ L时， 随钻井液密度增加 ， 表观黏度上升幅度 比较 平缓 ， 经 高温作用 以后黏度也趋于稳定；当膨润 土 加量高于 2 0 g ／ L以后 ， 随钻井液密度增加表观黏度 上升幅度加大， 而且 经高温作用以后这种效应更加 明显 ；从钻井液 AP I 滤失量变化情况看 ， 在膨 润土 加量低于 2 0 g ／ L时 ， 随着膨润土加量的增大滤失量 明显降低 ， 而加量高于 2 0 g ／ L以后 ， 随膨润土加量的 增大滤失量 的降低趋 于平缓 ， 达到 2 5 g ／ L以后滤失 量降低缓慢 见 图 1 。由此可见 ， 密度为 2 ． 1 0 g ／ e ra 左右的高密度钻井液其合理膨润土加量应在 1 7 - 2 2 g ／ L， 一般保持 2 0 g ／ L较好 ， 过高或过低均不利于体 系性能的稳定 。 7 0 6 O 5 0 奏 4 o 擦 3 O 2 0 1 O O 图 1 膨润 土加量与表观黏度 和 A P I 滤失量的关 系 2 ． 1 ． 2 抗盐抗高温处理剂 高密度钻井液各种处理 剂必须具有很好 的抗高温抗盐能力 ， 同时也不能 明 显增加体系的黏度 ， 否则会影 响高密度钻井液体系 的流变性 。因此抗高温处理剂的优选原则是具有 良好降滤失量的同时， 还不能明显增加钻井液体系 的黏度 。这里选取了几种常用抗高温抗盐降失水剂 进行评价。 评价方法待评价样品加入基浆 中经高速搅拌 ， 待分散均匀后 ， 于 1 6 0℃下滚动 1 6 h ， 冷却后测定其 流变参数和滤失量指标。 经过高温作用 以后 ， 体系通常会出现两种变化 趋势 ， 一是黏度大 幅度降低 ， 滤失量急剧升高 ， 二是 黏度大幅度升高， 伴随滤失量上升 ， 这两种情况均表 明体 系已失去稳定性 ， 亦 即体系抗 高温 能力不好 。 从 表 1中 可 以 得 出 HT L M 、 T S H． 2 、 S MP 一 2 、 S HC和 S P N H等处理剂的高温稳定性 比较好。 表 1 高温陈化以后的降滤失效果评价 注 O 基 浆未进行 高温 陈化滚动。 2 ． 1 - 3 加重剂高密度钻井液流变性能 的维护处理 常连玉巴什托油气田高密度钻 井液技术研究 5 1 异常闲难 ， 体系 的流变性 和沉降稳定性之问矛盾突 } f J ， 所以加重剂的种类 、 粒度分布选择就成为研究的 重点 。考虑到铁矿粉的成本高以及对钻井设备磨损 较 严重 J ， 选用重晶石粉 密度不小 于 4 ． 2 0 g ／ c m ， 碱土金属含量不大于 3 0 mg ／ L 作为加重剂。使用特 殊 的工艺将重晶石粉进行表面改性 ， 通过增强颗粒 表面水化膜强度、 减小水化膜厚度来达到改善体系 流变性能的 目的。同时改变重 品石粉的粒度分布和 表面活化 ， 降低其黏度效应， 以降低钻井液的黏度和 切力 ， 改善钻井液的流变性能 J 。进行重晶石粉表 面改性时 ， 使用不同的表面活性剂及不同的表面改 性 工艺 ， 得 到 A、 B、 C、 D、 E等 5 种 不 同的活化重 晶 石粉 ， 通过钻井液的加重试 验进行 5 种 活化重 晶石 粉的评价 见表 2 。 表 2 不同加重剂加重的钻井液陈化性能 加重剂儋 ． 一， ． 薏 注 1 空 白样 为使 用未 经表 面改性的 重晶石粉 加 重的 钻 井液； 2 将钻 井液在 1 6 0 c c老化 1 6 h后 ， 在 6 0℃下测 定 其流 变性能 ； 3 密度差测定为养护后放置 2 h后测 量上 下密 度差 ， 以评价其体 系沉降稳定性。 从表 2可以看出 ， 采用加重剂 D加重的钻井 液 在老化后具有 良好 的流变性 ， 滤失量小 、 沉降稳定性 好 ， 故选择重 晶石 D作高密度钻井液的加重剂 。 2 ． 1 ． 4高密度钻井液体 系配方确定经过上述试验 ， 确定 了盐水高密度钻井液的基础配方 2 ． 0 ％ 膨润土 基 浆 0 ． 2 ％N a O H 0 ． 2 ％L V _ C MC 6 ％S P NH 6 ％S MP 一 2 3 ％H T L M 3 ％S H C 5 ％KC I 1 0 ％Na C l 重 晶石 加 量视密度而定 。 2 ． 2 钻井液体系性能评价 2 ． 2 ． 1 高温稳定性分别考察 了密度 为 2 ． 2 0 g ／ c m 的钻井液在 1 0 0 - 1 6 0 o C 老化后 的流变性能。由表 3 可看出， 超高密度钻井液在 l 6 0 下老化后具有较 好的流变性能 ， 沉降稳定性好 ， 滤失量小 ， 黏度 、 切力 低 ， 说明该钻井液在高温 、 超高密度下具有 良好 的高 温稳定性和流变性 。 表 3 2 ． 2 0 g ／ c m 的钻井液体系高温性能评价 2 ． 2 ． 2 抗 污染能力对该钻井液分别进行抗盐 、 抗 钙 、 抗钻屑污染试验 见 表 4 。通过表 4可 以看 出， 该钻井液体系具有很强的抗污染能力 ， 在 Na C 1 浓度 达 1 5 ％、 C a S O 浓 度达 l 0 ％ 以及 C 1 一 、 C a 两种 离子 共同污染的情况下 ， 钻井液各项性能指标变化不大 ， 性能保持稳定。 表 4 2 ． 2 0 g ／ e ra 的钻井液抗污染试验 注 试 验 条 件 均 为 1 6 0 c 【 ， 1 6 h。 2 ． 2 _ 3 泥页岩抑制能力评价方法 将现场扩径率 最为严重的石炭系岩屑进行筛选 ， 选出 6 ～ 1 0目钻屑 在 2 ． 2 0 g ／ c m 高密度钻井液中， 经过 1 6 0 条件下热 滚 1 6 h 后过 4 0目 筛 ， 计算热滚回收率 ． ， 过筛后的 钻井液再在其中加入 6 ～ 1 0目钻屑热滚过筛， 计算滚 动 回收率 ， 依次进行热滚 回收 5次 见表 5 。 表 5 高密度钻井液回收率测试结果 南表 5可以看 出， 随着钻屑的不断加入 ， 各种处 理剂不断被消耗 ， 钻井液体系的 回收率也不断降低 ， 第 5次滚动 回收率超 过 7 5 ％， 说明钻井液体 系抑制 性较强。 3 现场应用 3 ． 1 钻井液处理 B K8 H井高压层位 于 自上第三系的安居组至石 炭 系的巴楚组。二开钻 至 2 6 0 0 m 帕卡布拉克组 5 2 石油钻采工艺 2 0 1 1 年 1月 第 3 3卷 第 1 期 便开始调整钻井液性能 ， 为下一步 的钻穿高压盐水 层及膏盐层和提高密度做准备 。 具体措施为 1 降低体 系中的膨润土加量 ， 降 低黏切 ； 2 加入磺化类处理剂提高钻井液的抗温 、 抗盐性 ， 降低钻井液 的滤失量 ， 形成优质滤饼 ， 并转 化为 K C 1 一聚磺钻井液体 系； 3 加人大分子乳液保 持钻井液的包被能力 ， 抑制钻屑及泥页岩水化分散。 钻 井 液 基 本 配 方 为 2 ． 5 ％ 膨 润 土 基 浆 0． 2％ Na OH0． 2％ L V CM C6 ％ SPN H6％ SM P一 2 3 ％HT L M 3 ％S HC 5 ％KC I 1 0 ％Na C l 重 晶石 。 三开后对二开钻井液进行处理后 ， 采用活化重晶石 加 重 至 1 ． 8 2 g ／ c m 。钻 井 液 基 本 配 方 0 ． 5 ％ 烧 碱 0 ． 2％LV- CM C3 ％ ～ 5 ％ S M P． 2 3 ％ -5 ％ S HC1 ％-2 ％ H T L M I ％～ 3 ％S P NH， 钻井 液密度 2 ． 0 4 g ／ c m ， 漏斗 黏度 6 5 S ， 塑性黏 度 4 0 mP a S ， 动切力 9 ． 5 P a ， 静 切 力 3 ／ 1 0 P a ， AP I 失水 2 ． 4 mL 滤饼 0 ． 5 mm ， 高温高 压失水 8 mL 滤饼 1 ． 5 mm ， p H值 9 ， 滤饼摩擦系数 0 ． 0 8 ， 膨润土含量 2 2 g ／ L， C I 一 含量 1 2 6 0 0 g ／ L， C a 2 含 量 4 0 0g ／ L 。 巴楚 组既是油气层又是漏层 ， 所以进入 巴楚组 提高密度 ， 严格控制密度在 1 ． 9 7 ～ 2 ． 0 4 g ／ c m ， 实现近 平衡压力钻井， 加入 2 ％ 随钻堵漏剂 ， 增强钻井液的 防漏堵漏能力 ， 巴楚组钻进 中无明显漏失。 3 ． 2 应用效果 1 由于钻井液各项性能 良好 ， 保证了高密度井 段顺利施工 ， 未发生压差卡钻等井下事故。为保证 中完作业的顺利施工 ， 实施了承压堵漏作业 ， 提高 了 地层的承压 能力 ， 并调整钻井液流变性 、 润滑性等 ， 电测 、 下套管 、 固井作业顺利 。 2 B K8 H与同区块其他 高密度施工井段相 比 较 ， 大大提高 了机械钻速 ， 缩短 了钻井周期 ， 节约 了 钻井成本。与邻井钻井工程参数对比见表 6 。 3 高密度钻井液抑制能力强 ， 很好地控制了石 炭系泥页岩坍 塌掉块现象 ， B K8 H井 j开平均井径 扩大率仅为 2 ． 3 3 ％， 与该工区其他井相比为最低。 4 高密度钻井液体系在钻穿长达 4 4 0 m 的膏泥 岩 、 膏盐层地层 时， 钻井液性能未出现 明显波动， 具 有 良好的稳定性 。 表 6 与邻 井钻井三 开高压井段工程参数对比 4 结论与认识 1 开发 出的高密度钻井液体系密度可达 2 ． 2 0 g ／ c m ， 经过 l 6 0℃、 1 6 h的高温陈化后 ， 钻井液性能 优 良， 同时 可抗 1 5 ％Na C I 及 1 0 ％C a S O 的污染 ， 具 有较好 的泥页岩抑制性 和高温稳定 性， 完全满足该 区块复杂条件下的钻井要求。 2 高密度钻井液 ， 尤其是盐水高密度钻井液对 膨润土加量 的变化有滞后现象 ， 因此在钻井液施工 中要特 J Il I l , 心 ， 小范 围的黏度调整最好采用 中小分 子聚合物来进行 ， 避免引起钻井液黏度大起大落。 3 对重晶石粉进行表面改性 ， 通过增强颗粒表 面水化膜强度、 减小水化膜厚度可 以降低重晶石粉 的 黏度效应；使用经表面活化 的重晶石粉进行钻井液 加重可以达到改善体系流变性及沉降稳定性的目的。 参考文献 [ 1 ] 鄢捷年 ． 钻井液工艺学 [ M]． 山东东营石油大学出 版社 ． 2 0 0 1 8 9 1 0 5 ． [ 2 ] 董悦 ， 盖 姗姗 ， 李 天太 ， 等 ． 固相 含量 和 密度对 高 密度 钻 井液流 变性 影 响的试 验研 究 [ J ]． 石 油钻采 工 艺， 2 0 0 8 ． 3 0 4 3 6 4 0 ． [ 3] 余磊， 张来斌， 樊建春， 等 ． 重晶石和铁矿粉对套管 ／ 钻 杆摩擦副摩擦磨损性 能的影响 [ J ]． 摩擦 学学报， 2 0 0 4 ． 2 4 5 4 6 2 4 6 6 ． [ 4] 艾贵成， 喻著成， 李喜成 ， 等 ． 高密度水基钻井液流变性 控制技术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 8 ， 3 0 3 4 5 4 8 ． [ 5] 岳前升， 黄熠， 向兴金， 等 ． 高密度钻井液在缅甸合作区 块 中的应用 [ J ]． 石油钻采工艺 ， 2 0 0 8 ， 3 05 5 6 ． 5 9 ． 修 改稿收到 日期2 0 1 0 1 2 0 3 [ 编辑朱伟 ]