胺基聚醇钻井液体系在巴喀地区的现场试验.pdf

第 3 3卷 第 6期 2 0 1 1 年 1 1月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI LLI NG PRODUCTI ON TECHN0L0GY V0 1 ． 3 3 No ． 6 NO V ．2 011 文章编号1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 1 0 60 0 3 30 4 胺基聚醇钻井液体 系在 巴喀地 区的现场试验 周 晓 宇 赵 景 原 熊 开 俊 1 ． 东北石油大学石油工程学院 ， 黑龙江 大庆1 6 3 3 1 8 ；2 ． 吐哈 油田公 司工程技术研 究院， 新疆哈密8 3 9 0 0 9 摘要巴喀区块 2 5 0 0 m以下井段有巨厚煤层且分布段长， 地层煤线胶结疏松并夹杂煤层间碳质泥岩。新井眼钻开后应力 获得释放， 极易导致坍塌掉块形成近似椭圆的井眼， 造成蹩钻、 起下钻阻卡甚至井眼报废等恶性事故。通过三次回收率和岩心 浸泡等室内实验评价了胺基聚醇AP 一 1的防塌能力， 并优选出了胺基聚醇钻井液体 系配方。室内研究表明， 该钻井液具有较强 的抑制性和抗污染能力， 其塑性黏度为 2 4 mP a S 、 动切力为 1 1 P a ， 岩心渗透率恢复值 8 1 ．9 ％～ 8 9 ． 6 ％。柯 2 1 ． 平 1 井的成功试验 表明， 该钻井液体 系有效地解决了下侏罗系煤层及碳质泥岩的坍塌问题， 且具有较强的润滑能力， 能有效地提高钻井速度， 同时 在提高储层保护性、 控制钻井液流变性、 提高钻井液抗污染性和减少井下复杂事故发生等方面效果显著。 关键词胺基聚醇钻井液；煤层钻井；井壁稳定；抑制性；巴喀地区 中图分类号 T E 2 5 4 文献标 识码 A Fi e l d t e s t o f a mi ne po l yme r i c a l c o h o l d r i l l i ng fl ui d s ys t e m i n Ba ka b l o c k Z H O U X ia 0 y u ， Z H A O J in g y u a n ， X I O N G K a u n 1 ． C o l l e g e o f Pe t r o l e u m E n g i n e e r i n g ， No r t h e a s t P e t r o l e u m U n i v e r s i ty ， Da q i n g 1 6 3 3 1 8 ， C h i n a ； 2 ． P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， T u h a Oi lfi e l d C o m p a n y ， Ha m i 8 3 9 0 0 9 ， C h i n a Ab s t r a c t E x t r e m e l y t h i c k c o a l b e d a p p e a r s b e l o w t h e d e p t h o f 2 5 0 0 me t e r s i n Ba k a b l o c k ， a n d i t c o v e r s l o n g we l l i n t e r v a 1 ． An d i t i s u n c o n s o l i d a t e d a n d mi x e d u p wi t h c a r b o n a c e o u s mu d s t o n e b e t we e n b e d s ． Th e r e l i e v e d s t r e s s a f t e r a n e w b o r e h o l e i s d r i l l e d wi l l l e a d t o t h e we l l b o r e c a v i n g a n d p e e l i n g an d fi n a l l y f o r m a n a p p r o x i ma t e e l l i p t i c b o r e h o l e ， c a u s i n g v i c i o u s a c c i d e n t s ， s u c h a s b i t b o u n c i n g ， b i t f r e e z i n g wh i l e t r i p p i n g a n d e v e n b o r e h o l e d i s c a r d i n g ． T h e a n t i s l o u g h i n g c a p a b i l i t y o f a mi n e p o l y me r i c a l c o h o l A P - 1 wa s e v a l u a t e d b y t e r t i a r y r e c o v e r y t e s t a n d c o r e s o c k i n g t e s t ， a n d t h e f o r mu l a o f a mi n e p o l y me r i c a l c o h o l d r i l l i n g fl u i d s y s t e m wa s a l s o o p t i mi z e d 。 I n d o o r r e s e a r c h s h o we d t h a t t h e dr i l l i n g fl u i d h a d s t r o n g c a p a b i l i t y o f i n h i b i t i o n a n d p o l l u t i o n r e s i s t a n c e ， wi t h p l a s t i c v i s c o s i t y a s 2 4 mP a S ． s h e a r f o r c e a s 1 1 P aa n dp e rm e a b i l i t y r e c o v e ry v a l u e a s 8 1 ． 9 ％ 8 9 ． 6 ％． Th e s u c c e s s f u l t e s t o n Ke 21 P i n g 1 we l l i n d i c a t e dt h a t t h e d r i l l i n g fl u i d s y s t e m wi t h p o we r ful i n h i b i t i o n c o u l d e ffe c t i v e l y s o l v e t h e c o l l a p s e o f J u r a s s i c c o a l s e a m and c a r b o n a c e o u s mu d s t o n e ， a n d p r e s e n t e d h i g h l u b r i c i t y ． M e a n wh i l e i t c o u l d i mp r o v e t h e p e n e tra t i o n r a t e e ffe c t i v e l y , a n d p e r f o r ma n c e we l l i n g a i n i n g r e s e r v o i r p r o t e c - t i o n ， c o n t r o l l i n g dri l l i n g fl u i d r h e o l o g y , e n h a n c i n g p o l l u t i o n r e s i s t a n c e a n d r e d u c i n g t h e o c c u r r e n c e o f c o mp l e x d o wn h o l e a c c i d e n t s ． Ke y wo r d s a mi n e p o l y me r i c a l c o h o l d r i l l i n g fl u i d ； c o a l b e d d r i l l i n g ； we l l b o r e s t a b i l i ty； i n h i b i t i v e a b i l i ty； Ba k a b l o c k 在油气井钻探过程中， 当钻遇煤岩地层时 ， 煤岩 的水化膨胀 、 分散将导致井壁失稳、 钻头泥包和井眼 净化 困难等一系列 问题 一 。巴喀区块存在着发育 的大段煤层 ， 目 前所用的钻井液体系普遍存在高密 度、 高黏度特性， 并且易受 C O ， 等污染， 黏度、 失水等 性能变差 ， 已钻 的 1 7口井经常性发生井下漏失 和煤 层垮塌 。 针对 巴喀地 区地层复杂的特点 ， 为进一步提高 钻井液体系在携岩性、 井壁稳定性、 塑造优质滤饼、 保护油气层 、 确保井下安全等方面的性能 ， 并且在准 确掌握地层压力情况下降低钻井液密度、 增强流变 稳定性， 经过综合分析， 优选出一种针对煤层有强抑 基金项 目黑龙 江省 自然科 学基金 项 目 “ 成膜钻 井液技 术研 究” 编号 E 2 0 1 0 1 4 资助。 作者简介周晓宇， 1 9 8 6 年生。主要从事井壁稳定、 油气层保护等方面的研究， 在读硕士研究生。E - m a i l x y n z y b x h y a h o o ． t o m ． c n 。 3 4 石油钻采工艺2 0 1 1 年 1 1 月 第 3 3卷 第 6期 制和防塌能力的胺基聚醇 A P 一 1 钻井液体系。 1 巴喀地区地质特点及钻井难点分析 吐哈盆地下侏罗系含有丰富的油气资源， 但西 山窑组 J 2 x 至八道湾组 J 1b 存在着发育的大段煤 层。 煤层钻井极易发生坍塌、 卡钻、 井漏等复杂情况， 是吐哈油田中深井 、 深井钻井技术的一大难关 。 巴喀区块位于吐哈盆地台北凹陷鄯善弧形构造 带西端 ， 油气藏位于台北 凹陷北部山前带 中段柯柯 亚构造带， 构造整体为一近东西走向的长轴背斜， 主 要储层 自上而下发育 J 2 x 、 J 1 S 三工河组 和 J i b 等 3 套气层。J i b 储层上部有巨厚煤层， 单层厚度大；J 2 X 中下部及 J l s 地层煤线交 替出现， 胶结疏松 ；J l s 底 部有大段煤层 ， 且煤层 间夹杂碳质泥岩。储层埋深 在 3 0 0 0 ～ 3 9 0 0 m， 埋藏深度大， 压实作用强， 属于特 低渗透裂隙一孑 L 隙型储层。 巴喀地 区煤层发育 ， 煤岩为片状结构， 岩石强度 低 ， 新井 眼钻开后易发生剪切破坏 ， 同时应力获得释 放， 形成近似椭圆的井眼， 极易导致坍塌掉块而造成 蹩钻、 起下钻阻卡、 划眼困难甚至卡钻、 井眼报废等 恶性事故 占到复杂事故 总量的 7 1 ． 3 4 ％ ， 严重影响 了井身质量 和钻井进度。已钻的 1 7口井在煤系地 层卡钻和划眼时间平均为 7 ． 3 d 。 2 胺基聚醇A P ． 1 性能评价 基于胺 基聚醇 AP ． 1的优 良特性 ， 在实验 中选 取胺基聚醇溶液为基液。胺基聚醇 A P 一 1 是一种 聚 胺改性聚醚多元醇类的高性能水基钻井液页岩抑制 剂。AP 一 1 分子链 中引入胺基官能 团， 这种独特的分 子结构使 AP 一 1 很好地镶嵌在黏土层问， 并使黏土层 紧密结合在一起 ， 从而减小黏土层间距 ， 同时从溶液 中析 出乳化油滴 ， 在井内压差的作用下 ， 挤入井壁孔 隙或裂缝起到降低黏土吸收水分 的趋势。胺基 聚醇 A P 一 1 的抑制作用还具有一定 的长效性 ， 防止了地层 流体段塞对地层孔隙的冲刷而影响抑制性能 ， 可 以 保证钻井作业结束一段时间后的地层抑制效果；其 次 ， 在油气层孔喉处形成的 “ 暂堵颗粒” 是可变形的 ， 在返排压力作用下可以顺利返排出来， 从而有利于 油气层渗透率的恢复。另外与胺基协同作用能达到 到稳定井壁 、 保护储层的效果 。 。 2 ． 1 岩屑回收率实验 通过做岩屑三次回收率实验对胺基聚醇溶液的 抑制性进行评价。岩屑取 自巴喀地区柯 1 9 1 井 ， 经 水洗、 风干、 过筛、 称重后浸泡， 实验结果见表 1 。 表 1 岩屑回收率实验数据 由表 1 可见 ， 1 ． 5 ％AP ． 1 溶液具有极高的岩屑 回 收率 ， 特别是二次回收率和三次 回收率均较高 ， 甚至 高于常用的泥页岩抑制剂聚醚多元醇 S YP 一 1 和腐 植酸钾 K H m ， 表明其具有良好的抑制页岩膨胀作 用 。1 ． 5 ％K Hm、 1 ． 5 ％S YP ． 1溶 液 和 1 ． 5 ％AP ． 1 溶 液 中岩屑变化不大 ， 相对而言 1 ． 5 ％A P ． 1 溶液 中的岩屑 最完整几乎没有变化。由于阳离子的作用 ， AP ． 1 在 泥页岩上 的吸附也非常牢 固， 具有阳离子强吸附、 强 抑制的特点， 有利于煤层钻井的井壁稳定 。 2 ． 2 样品加量对钻井液性能的影响 实验分别测定 A P ． 1 不 同加量对聚磺钻井液 配 方 5 ％膨 润土 0 ． 5 ％Na 2 C O3 0 ． 3 ％P AM 1 ． 5 ％S P N H 2 ％S AS 2 ％S MP 一 2 0 ． 5 ％s F ． 4 2 ％K Hm在 室 温 和 1 6 0 o C 温度下老化 1 6 h后 的性能影响 见表 2 。 表 2 钻井液中A P 一 1 不同加量的性能对比 由表 2可以看 出， 在室温下 AP ． 1 对钻井液黏度 和切力影响不大， 滤失量略有下降。老化后 AP 1 能 提 高钻井液黏度和切力 ， 动塑 比 0 ． 3 2 3 ～ 0 ． 3 6 4 P a ／ mP a S ， 有利于携带钻屑 ， AP I 滤失量较低 ， 具有很好 周晓宇等胺基聚醇钻井液体系在巴喀地区的现场试验 3 5 的流变性能和抗高温性能， 满足现场要求。 3 胺基聚醇钻井液性能评价 通过室内实验， 优选的胺基聚醇钻井液体系配 方 如 下 5 ％ 膨 润 土 0 ． 5 ％Na ， C O 0 ． 3 ％K P AM 1 ％S P NH 2 ％ZX一 8 2 ％S MP ． 2 1 ． 5 ％KF T O ． 5 ％S F一 4 1 ． 0 ％AP l。 3 ． 1 岩心浸泡实验 利用 6 0 g 钠膨润土加入 1 5 g蒸馏水 ， 混拌均匀 ， 装入样品压制器内， 8 MP a 下压 2 0 m i n 制备岩心。 取 出所压制 的样 品， 称重后放入不同的钻井液 中， 静 置 2 h 后取出样品， 用酒精将样品表面冲洗干净， 再 用滤纸将样品表面的液体吸干后称重， 对 比前后两 次样品质量的变化， 最后将样品放入各 自钻井液中 浸泡 2 4 h后再观察样品的变化 见表 3 。 表 3 岩心吸水量及浸泡实验 钻井液 2 h吸水量 ／ g 2 4 h后样品状态 从表 3可 以看 出， 聚硅 氟钻井 液、 聚磺 钻井 液 中样 品的吸水量较小 ， 说 明这两种钻井液有一定 的 抑制黏土膨胀能力 ；胺基聚醇钻井液中样 品的吸水 量很小 ， 说明水只有极少量运移 ， 稳定泥页岩效果很 好 。对 比岩屑 回收率实验可以进一步说 明 ， 胺 基聚 醇具有较好的抑制性， 有利于井壁的长期稳定。 3 ． 2 岩屑污染实验 钻屑存 在于钻 井过程 的始终 ， 是钻井液的主要 固相 污染 物。 因此 ， 要求 钻井 液具 有一 定 的抗 岩 屑 污染 能力 ， 防止 钻井 液 的性 能 因钻 屑污 染 出现 大幅度 波动 见 表 4 。可以看 出 ， 胺基聚醇钻井液 污染 前后性 能稳定 ， 黏度 、 动切力及 失水量变化 不 大 ， 具有 良好 的抗 污染 的能力 ， 可 以满 足钻井工 程 的需要 。 3 ． 3 油气层保护效果评价实验 本项 实验利用 J HMD型岩 心动态损 害评 价系 统。分别选取了4 种不同渗透率的岩心， 按照 S Y ／ T 6 5 4 0 --2 0 0 2 钻井液完井液损害油层室内评价方 法 ， 测定经胺基聚醇 A P ． 1 钻井液污染后岩心的渗 透率恢复值 见表 5 。 表 4 3 种钻井液抗污染能力对比 注 实验 温度 1 2 0℃， 污染压差 3 a ， 污染时间 3 0mi n 。 由表 5 可以看出， 岩心渗透率恢复值均在 8 0 ％ 以上 ， 说 明胺基 聚醇钻井液具有较好 的保护油气层 效果。 4 现场试验 柯 2 1 ． 平 1 井是部署在 吐哈油 田巴喀北部 山前 构造带 的一 口重点水平井 ， 设计井深 4 4 4 4 ． 5 m。针 对 巴喀 区块钻井 过程 中煤层易垮塌造成 的阻卡问 题， 积极开展了井壁不稳定因素分析和井壁稳定机 理研究 ， 在柯 2 1 ． 平 1 井二开井段施工 中首次应 用 胺基聚醇钻井液 ， 有效稳定 了井壁 ， 顺利钻穿大段煤 层和碳质泥岩 ， 煤层单层最大厚度 3 4 m， 在超深巨厚 煤层以下定 向钻进 4 1 7 ． 5 m， 连续安全钻进 1 3 5 d ， 确 保施工顺利进入三开水平段钻进阶段 。 通过现场试验可以初步证 明， 该钻井液体系具 有 良好 的抑制泥页岩水化膨胀和分散 的能力 ， 具有 较强 的润滑能力 ， 能有效地 防止 钻头泥包 ， 提高 钻 井速度 ， 在提高井 壁稳定性 、 控 制钻井液流变性及 提高钻井 液稳 定性和减少井 下复杂情况等方面效 果 显著 。 5结论 1 胺基聚醇钻井液对页岩的抑制性很好 ， 优于 K C 1 聚合物 ／ 聚磺钻井液 ， 对活性页岩具有很强的抑 制作用， 可有效控制黏土的水化膨胀分散， 降低膨胀 3 6 石油钻采工艺2 0 1 1 年 1 1月 第 3 3卷 第 6期 压力 ， 减少井下复杂情况发生 。 2 胺基聚醇钻井液的岩心渗透率恢复值较高， 主抑制剂胺基聚醇 A P 一 1 具有表面活性， 可降低表 面张力 ， 有效控制 固相及液相损害。因此 ， 胺基聚醇 A P ． 1 钻井液体系在煤层易塌地层钻井中具有广泛 的应用空问。 参考文献 [ 1 ] 刘晓栋， 王宇宾 ． 活性泥页岩快速钻井钻井液技术 [ J ] ． 石油钻 采工艺 ， 2 0 1 1 ， 3 3 2 5 6 ． 6 1 ． [ 2 ] B AL LL ARD T T ，BE ARE S P ，L AWLE S S T A． Fu n d a m e n t a l s o f s h a l e s t a bi l i z a t i o n wa t e r t r a n s po r t t h r o u g h s h a l e[ R]． S P E 2 4 9 7 4 ， 1 9 9 2 ． 『 3 ] 余 广兴 ． 沾北 3 ． 5区块 水平 井石 炭二 迭 系地 层钻 井技 术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 9 ， 3 1 6 5 3 5 5 ． [ 4] 白龙， 赵小平 ． 新型强抑制性钻井液体系在大古 1井的 应用 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 9 ， 3 1 2 5 5 5 7 ． [ 5] 屈平 ． 三维离散元在煤层水平井井壁稳定中的应用[ J ] ． 石油学报， 2 0 1 1 ， 3 2 1 1 5 3 ． 1 5 7 ． [ 6] 吕开河 ． 塔里木盆地依奇克里克区块煤层钻井技术研 究 [ J ]． 石油学报， 2 0 0 6 ， 2 7 5 1 0 8 ． 1 1 1 ． [ 7 ] 汪伟英 ． 钻井液对煤层气井壁稳定性影响实验研究[ J ] ． 石油钻采工艺 ， 2 0 1 1 ， 3 3 3 9 4 9 6 ． [ 8] 王建华， 鄢捷年， 丁彤伟 ． 高性能水基钻井液研究进展 J ]． 钻 井液与 完井液 ， 2 0 0 7 ， 2 4 1 7 2 7 5 ． [ 9] AS T O N M S ， E L L I O T T G E Wa t e r - b a s e d g l y c o l d r i l l i n g mu d s s h a l e i n h i b i t i o n me c h a n i s ms l R J． S P E 2 8 8 1 8 ， 1 9 9 4． 『 1 O] 王树永 ． 铝胺 高性能水基钻井液的研究与应用 _ J ]． 钻 井液与 完井液 ， 2 0 0 8 ， 2 5 4 2 3 2 5 ． [ 1 1 ] MO NT I L V A J ， O OR T E B R AHI M R ， e t a 1 ． Us i n g a l o w- s a l i n i t y , h i g h -- p e r f o r m a n c e wa t e r - b a s e d dri l l i n g fl u i d f o r i mp r o v e d d r i l l i n g p e r f o r m a n c e i n La k e M a r a c a i b o [ R]． S P E 1 1 0 3 6 6 ， 2 0 0 7 ． J 1 2 j GU E R R E R 0 X， G UE RR E O M， WAR RE N B． Us e o f a mi n e ／ P HP A s y s t e m t o d r i l l h i g h r e a c t i v e s h a l e s i n t h e Or i t o F i e l d i n C o l o mb i a l R j． S P E 1 0 4 0 1 0 ， 2 0 0 6 ． [ 1 3 ] 徐先国 ． 新型胺基聚醇防塌剂研究 [ J ]． 钻采工艺， 2 0 1 0 ． 3 3 1 9 3 ． 9 5 ． 『 1 4 1 钟汉毅 ． 胺类页岩抑制剂特点及研究进展 [ J ]． 石油 钻探技 术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 1 1 0 4 1 0 8 ． 修改稿收到 日期2 0 1 1 1 0 1 1 [ 编辑朱伟 ] | ． 鲁 ． | ． 鲁 ． | ． | ． 害 ． 蓍 ． 大港油 田空气 泡沫驱项 目试投产 l 1 月8日， 伴随着柱塞泵隆隆运转， 大港油田公 司 港东二 区五断块 空气泡沫驱先导试验项 目成功试投产 。 空气泡沫驱是 2 0 1 1 年度 中国石油天然气股份有 限 公 司重 大开发 试验 项 目之 一 ， 是一种 适合 于油 田开发 后 期 高含水 高采 出程 度的三 次采 油方法。该技 术综合 了泡沫驱和 空 气驱 两种技 术 的优 点 ， 利 用泡 沫的封堵 作用 ， 扩大注水波及体积 ， 从 而提 高驱油效率 ， 提 升采收 率。大港油田以具代表性的复杂断块双高油藏条件 ， 被 中石油股份公 司挑选为 3家先导性试验单位之 一。 经过 近 1 年 的方案 准备 ， 大港 油田确 定在采 油一 厂港 东二 区五 断块进 行该 项 目试 验应 用， 方案设 计 注 入 井 6口， 受益 井 1 2口， 试验 为期 4年 。项 目实施后 ． 预计采 收率将提 高 1 2 ％， 累计增油 8 4 8 0 0 t 。针 对先导 性 试验 区油水 井地 面分布情 况 ， 空 气泡沫试验 站建 设 在 采 油一厂作 业 四 区采 注六组 ， 地 面设备 包括 3台空 气压 缩机 、 3台柱 塞泵 、 4个水罐 和 配液喂入 装 置。地 面建设 于 2 0 1 1 年 6月全 面开工， 1 0月底全面竣工并通 过 验 收 。 此 次试 投 产 ， 先期 对 4口水 井进 行 注水 ， 根 据 井 网恢复条 件适 时进 行 空气 泡沫驱 ， 预 计 恢复 时 间约 3 个 月， 随后再 将该技 术全 面推广 。该试验 项 目预 计 于 2 0 1 5 年底结束， 并接受股份公司验收。 供稿徐云