渤南油田高混油水基钻井液体系研究与应用.pdf

2 0 1 4年 9月 张守文． 渤南油田高混油水基钻井液体系研究与应用 9 渤南油 田高混油水基钻 井液体 系研究 与应用 张守文 中国石化胜利石油工程公司钻井工艺研究院， 山东东营 2 5 7 0 0 0 [ 摘要] 室内研制了一种高混油水基钻井液， 其基本配方为 0 ． 3 ％ ～0 ． 5 ％ 聚丙烯酰 胺 1 ． 0 ％ 一1 ． 5 ％ 胺基聚合物 2 ％ ～3 ％ 防塌剂 2 ％ 一3 ％ 羧 甲基磺 化酚醛树脂 2 ％ ～ 3 ％ 胶乳沥青 0 ． 5 ％ 一1 ％ 流型调节剂 8 ％ ～2 0 ％ 原油 1 ． 5 ％ 一2 ． 5 ％ 聚合 醇 3 ％ ～ 4 ％ B H一1 润滑剂。实验结果表明， 原油加量为 2 0 ％时， 钻井液体系具有 较好的流 变性能及润滑性能 ； 抗劣质土污染 达 6 ％ ， 抗 盐污染 可达 5 ％ ； 强抑制 防塌性 能 、 高密 度润滑 性 ， 以 及较好的抗高温能力； 渗透率恢复值可达 9 0 ％， 对油层污染小， 良好的油气层保护效果。该钻井液 体系在渤南油田义 1 2 3区块应用取得成功。 [ 关键词] 渤南油田高混油有机胺润滑防塌钻井液 目前 国内采用了多种方法提高水基钻井液的 性能 ， 开发 出阳离子聚合物钻井液 、 聚合醇钻井 液 、 高性能钻井液等 ， 然而这些钻井液在抑制泥页 岩水化 以及钻井液润滑性等方面不能满足非常规 油藏开发的需要 。水基钻井液面临的主要技术难 题有井壁失稳问题 、 润滑问题 、 井 眼净化问题 、 油 层保护 问题等。要解决上述问题 ， 传统方法是采 用高成本的油基和合成基钻井液。随着环保部门 对钻井液和钻屑毒性要求 的 日益严格 ， 油基钻井 液 的使用受到了很 大程度 的限制 ， 而合成基钻井 液的使用也 因其高成本受到限制。因此开发 出一 种新型的高混油水基钻井液体系 ， 形成配套 的钻 井液工艺技术 ， 对促进非常规低渗砂泥岩油气藏 水平井 的规模化开发 ， 具有重要的意义。 笔者室内研制出高混油水基钻井液用原油乳 化剂 ， 以原油为基础油 ， 确定与之复配的高效润滑 剂 ， 优选出抑制剂 、 防塌 降失水 剂、 封堵剂 ， 高 混油水基钻井液体系的基础配方为 0 ． 3 ％ 一 0 ． 5 ％ 聚丙烯酰胺 1 ． 0 ％ 一1 ． 5 ％ 胺基聚合物 2 ％ ～ 3 ％ 防塌剂 2 ％ ～ 3 ％ 羧 甲 基磺化酚醛树脂 2 ％ ～ 3 ％ 胶乳沥青 0 ． 5 ％ ～ 1 ％ 流型调节剂 8 ％ 一2 0 ％ 原油 1 ． 5 ％ ～ 2 ． 5 ％ 聚合醇 3 ％ - 4 ％ B H 一 1 润滑剂。 添加剂 纳米乳液 、 胺基聚合物 、 磺酸盐共 聚 物 、 超细碳酸钙 、 重晶石 。 1 实验部分 1 ． 1 原 料及 仪器 聚丙烯酰胺 P A M 干粉 、 胺 基聚合物 、 胶乳 沥青 、 防塌 降滤失剂 、 原油 、 乳化剂 、 磺 酸盐共 聚 物 、 超细碳酸钙 、 聚合醇等。 液体密度计 、 六速旋转黏度计 、 变频高速搅拌 机、 润滑仪、 双通道膨胀量测定仪、 中压滤失仪、 高 温滚子加热炉、 储层损害评价仪等。 1 ． 2实 验 内容 1 改变原油加量 ， 考察原油加量对体系流变 性的影响； 采用岩屑 回收率法评 价高混油水基钻 井液 的抑制性 ， 所用 的岩屑为渤南油 田义 1 2 3区 块沙一段地层 的岩屑。 2 在基础配方 中加入劣质土及氯化钠 ， 观察 其抗污染能力， 考察不 同加量劣质土和氯化钠对 高混油水基钻井液性能的影 响。 3 采用重晶石加重 ， 考察钻井液的高混油水 基钻井液的密度对其性能的影响。 4 抗 温性能评价 ， 分别进行 1 1 0， 1 3 0， 1 5 0℃ 下 1 6 h高温滚动实验 ， 考察钻井液 的性能变化。 5 通过岩 心动态污染实验评价 高混油水基 钻井液体系 的储 层保护能 力 ， 实验岩心 为 C B 3 2 井东营组地层岩芯。 2结果和讨论 2 ． 1 原油加量对钻井液性能的影响 原油加量对体系流变性能 的影响见表 1 。基 浆的密度为 1 ． 4 g ／ c m 。随着原油加量 的增加 ， 塑 性黏度及动切力上升 ， 在原油加量 I2 5 ％时， 体系 终切上升迅速 。综 合考虑原油加量为 2 0 ％ 时钻 收稿 日期 2 0 1 4 0 7一 O 1 。 作者简介 张守义 ， 工程 师， 主要从事油 田化学 和钻井液技术 等研究工作。 1 0 精 细 石 油 化 工 进 展 A D V A N C E S I N F I N E P E T R O C H E M I C A L S 第 1 5卷第 5期 井液体系具有较好 的流变性能及润滑性能。 表 1 原油加量对体 系流变性能的影响 原油加量对钻井液抑制性 的影 响见表 2 。随 着混油比例的不断增加 ， 页岩 回收率也不断增加 ， 抑制性不断增强 。 表 2 原油加量对钻井液抑制性的影响 2 ． 2 钻井液体 系抗污染性能 劣质土和氯化钠的加量对钻井液性能的影响 见表 3 。随着钻井液 中劣质土加量 的增大 ， 表 观 黏度及塑性黏度增加 ， A P I 滤失量减小 ， 抗劣质土 污染可达 6 ％ ； 随着氯化钠的加入 ， 钻井液的表观 黏度及塑性黏度增加 ， A P I 滤失量增大 ， 抗盐污染 可达 5 ％ 。 表 3 劣质土和氯化钠的加量对 钻井液性能的影响 2 ． 3 润 滑性 能 合理的钻井液密度是保证井壁稳定的重要因 素 ， 目前在非常规井的现场施工中， 加重材料多为 重晶石。钻井液密度对钻井液 的流变性 、 沉降稳 定性及润滑性的影 响很大。采用重 晶石加重时， 高混油水基钻井液的密度对其性能的影响如表 4 所示 。随着密度的增加 ， 钻井 液的各性能参数有 所降低 ， 润滑性能可通过加入一定量 的高效润滑 剂 B H一1 来调控 ， 其润滑系数大大降低 ， 达到设 计技术指标。 表 4 密度对高混油水基钻井液性能的影响 2 ． 4 抗温性能 度的升高 ， 钻井液的性能参数变化不大 ， 说明该钻 钻井液体 系的抗温性能如表 5所示 。随着温 井液体系有着优 良的抗高温性能。 表 5体系抗温能力 2 0 1 4年9月 张守文． 渤南油田高混油水基钻井液体系研究与应用 2 ． 5储层保护- 陛能 通过对岩心动态 污染实验并 对数据 进行处 理 ， 发现高混油水基钻井液污染后 ， 渗透率恢复值 可达 9 0 ％ ， 表明该体系对油层污染小 ， 具有很好 的油气层保护效果 。 3现场 应用 在前期大量研究的基础上 ， 针对渤南油 田义 1 2 3区块高温高压易垮塌 的特 点 ， 将室 内研制 的 高混油水基钻井液体系应用于该 区块 ， 现场应 用 以义 1 2 31 井为例 ， 该井是油 田首 口砂泥岩混层 的非常规长水平段深井 ， 井深 5 2 3 6 m。 3 ． 1 渤南油 田义 1 2 3区块概况 渤南 油 田济 阳坳 陷 沾 化 凹 陷 渤 南 洼 陷 义 1 2 31 块属特低渗油藏 ， 单井产能不高 ， 完钻层位 沙三段。东营组以上地层成岩性差 ， 易坍塌 ； 沙河 街地层含有大段泥岩 ， 易垮塌 ； 水平段地层以粉砂 岩为主 ， 含有泥岩互层 ， 易掉块 。油藏类型为中低 孔 平 均孔 隙度 1 5 ． 1 ％ 、 特 低 渗 1 ． 11 0 m 、 高温 地层温度 1 4 0℃ 、 高压异常 原 始 压力系数 1 ． 2 6 。 该区块所布井均为难度较大的水平井 ， 三开 水平段设计 3靶点 ， 井段长 1 1 0 0 m ， 井眼小 1 5 2 ． 4 m m ， 井底温度高 1 4 0℃ ， 砂泥岩互层 ， 钻井液流变性控制和泥岩段的井壁稳定控制是施 工的主要难点 ， 保持体系 良好 的润滑性是技术关 键 。 3 ． 2 技术对策 针对该井地层特点 ， 上部地层采用聚合物控 制地层造浆 ； 东营组地层配合使用聚合物干粉与 胺基聚合物 ， 以提高钻井液的抑制防塌能力 ； 东营 组 以下地层用有机胺抑制 防塌 ， 用树脂和胶乳沥 青进行封堵防塌 ， 配合超细碳 酸钙进一步提高钻 井液的防塌能力 ； 水平段采用高混 油钻井液体系 提高润滑性能和防塌性 能， 油层段加入 聚合醇 以 提高液相封堵能力 ， 保护储层 。 3 ． 3 性能控制技术 3 ． 3 ． 1 携岩和流变性 钻井液流变性控制对携岩非常重要。二开东 营组以上地层钻成开放式井 眼， 保 持相对较低 的 黏度切力 ； 东营组地层控制钻井液 A P I 失水 1 5 m L ， 保证该段地层 的稳定和承上启下 的作 用 ， 为 二开井段的顺利施工提供保证。 斜井段在保证 润滑 防塌 的基础上 ， 随井深的 增加适当提高钻井液的黏切力 ； 在水平段钻进期 间 ， 针对小井眼和钻遇地层本身的性质 ， 在满足携 岩条件下尽量降低钻井液 的黏切。漏斗黏度 、 塑 性黏度及动切力随井深的变化见 图 1 。在较高密 度情 况下 控 制 钻井 液 性 能 密 度 1 ． 4 5～1 ． 5 0 c m ， 黏度 6 0～ 7 0 S ， 控制 A P I 失水≤3 m L， 高温 高压失水 ≤1 2 mL ， 较好地满足了长水平段水平 井的钻井要求。 I 3 0 r ． 图 1 漏斗黏度、 塑性黏度及 动切力随井深的变化 3 ． 3 ． 2井壁稳定性 二开裸眼段长 ， 上部地层成岩性差 ， 沙二 、 沙 三段有大段泥岩 ， 为了保证井壁的稳定 ， 主要从以 下几方面着手 - 5 ] 1 采用胺基抑制剂 ， 配合常规 的 P A M和天然高分子 聚合物 ， 提高体 系 的抑制 性 ， 达到抑制 防塌 的 目的。2 合适 的粒度级配 ， 以复合铵盐等控制钻井液适度分散 ， 提高泥饼质 量 ， 快速形成致密有韧性 的泥饼 ； 采用羧甲基磺化 酚醛树脂提高体系稳定性及抗高温能力 ； 控制膨 润土含 量 在 5 ． O ％ ～7 ． 5 ％ ， A P I 失 水 3 m L 。 3 采用胶乳沥青进行封堵 防塌 ， 采用聚合醇进行 液相封堵并提高体系的润滑性 。 三开水平段补充加入超细碳酸钙 ， 进行可酸 化刚性粒子封堵 ， 保证小井眼长水平段水平井的 正常施工和完井作业 的顺利实施 。 3 ． 3 ． 3 钻井液润滑性和摩阻 影响摩I j且／ 扭矩的主要因素有以下几点 1 井 眼 的清 洁状 况 ； 2 泥 饼本 身 的 润滑 能力 ； 3 井眼轨迹 ； 4 固相含量 。为有效 降低 摩阻／ 扭 ∞ ∞ ∞ 2 O s ／ 捉寸赡一 ∞ I 昙、 剥 1 2 精 细 石 油 化 工 进 展 A D V A N C E S I N F I N E P E T R O C H E M I C A L S 第 1 5卷第 5期 矩， 采取如下措施 1 采用胺基抑制剂 、 有机胺及 高分子絮凝剂 抑制钻屑分散 ， 利于清除固相 ， 保持井 眼清洁； 控 制坂土质量浓 度 5 O一7 0 m g ／ L ， 使用 细 目 1 6 0 ／ 2 0 0目 振动筛 ， 保持体系低 固相含量 ， 减少固相 带来的摩阻。固相含量随井深的变化见 图 2 。固 含量均 1 5 ％ ， 钻 井液 黏 附系数 0 ． 0 8 ， 黏滞 系数控 制在 0 ． 0 4 ， 润滑 系数 1 8 ％ ， 并配合加入高性能润滑剂 ， 使摩5 且／ 扭 矩控制在 2 1 5 k N ／ 9～1 1 k N m， 保证 了钻井施 工的顺利完成 。摩阻、 扭矩随井深的变化见图 4 。 ／_ 、 昌 ● Z 、 辑 图 4 摩阻、 扭矩随井深的变化 3 ． 4应用效果 油田首 口井工厂设计井义 1 2 3平 1井的钻探 成功 ， 表明非常规砂 泥岩水平井油藏采用常规水 基高混油钻井液体系 ， 可以解决长水平段高温深 井 的勘探施工难题 ， 为这一类储层 的勘探开发提 供 了新 的有效手段。在 2 0 1 2年胜利油 田非常规 油气藏的开发过程 中， 高混油水基钻井液体系在 渤南区块共进行 了 9口井的现场应用 ， 均未发生 任何与井壁失稳相关的复杂情况 ， 钻井液体系的 优异性能保障了施工的顺利进行 ， 大大缩短 了钻 井及建井周期 ， 并创出多项纪录。 4 结 论 1 室内研制 的高混油水 基钻井液体 系具 有 较好的流变性能、 润滑性能 、 抗污染性能 、 抗高温 性能以及强抑制防塌性能 ， 对油层污染小 ， 具有很 好的油气层保护效果。该体系能够降低钻井液成 本 ， 减小对环境的污染。 2 该钻井液体系在渤南油 田义 1 2 31区块 成功应用 ， 解决了长水平段高温深井润滑难和稳 定性差的难题 ， 为这一类储层 的勘探开发提供 了 新的有效手段 ， 建议加快该钻井液体系在区块其 他层位的推广应用。 参考文献 [ 1 ] 徐 同台． 井壁稳定技术研 究现状及发展 方向 [ J ] ． 钻井 液与 完井液 ，1 9 9 7 ，1 4 4 3 6 4 3 ． [ 2 ] 徐 同台． 井壁稳定问题 8 O年代国外文献综 述[ J ] ．钻 井液 与完井液 ，1 9 9 1 ，1 2 3 4 3 4 9 ． [ 3 ] 唐林 ， 罗平亚． 泥页岩井壁稳定性 的化学与力学耦合研究现 状 [ J ] ．西南石油学 院学报 ，1 9 9 7 ，1 9 2 8 58 8 ． [ 4 ] 邱正松． 泥页岩井壁稳定性物理 化学 一力学 耦合作用 模拟 实验研究进展 『 C] ／ ／ 石油工 程学会 1 9 9 9年度 钻井技 术研 2 0 1 4年 9月 张守文． 渤南油田高混油水基钻井液体系研究与应用 [ 5 ] [ 6 ] 讨会论文选集． 北京 石油工业 出版社 ， 2 0 0 0 1 7 31 7 9 ． 蓝强． 硅酸盐钻井液防塌机理及其应用研究[ D] ．山东东 营 中国石油大学 华 东， 2 0 0 4 ． 徐同台 ，赵忠举 ，杨春． 国外钻 井液 和完井 液技术 新发 展 [ J ] ．钻井液与完井液 ， 2 0 0 4， 2 1 2 1一l O ． [ 7 ] [ 8 ] 张克勤 ， 何 纶 ，安 淑芳 ， 等．国外高性 能水 基钻 井液介 绍 [ J ] ．钻井液与完井液 ， 2 0 0 7， 2 4 3 6 8 7 3 ． 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 l 一7 5 ． Re s e a r c h a n d App l i c a t i o n o f W a t e r-- - b a s e d Dr i l l i ng Fl u i d S y s t e m wi t h Hi g h Oi l ／ W a t e r Ra t i o i n Bo na n Oi l fie l d Zh a n g S h o u we n D r i l l 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 o f S h e n g l i P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o m p a n y ， S i n o p e c ， D o n g y i n g ， S h a n d o n g 2 5 7 0 0 0 ，C h i n a [ A b s t r a c t ] A k i n d o f w a t e r b a s e d d r i l l i n g fl u i d w i t h h i g h o i l ／ w a t e r r a t i o w a s d e v e l o p e d ． T h e b a s i c f o r m u l a o f t h e d ril l i n g flu i d wa s 0．3％一 0．5％p o l y a e r y l a mi d e 1． 0％一 1 ．5％a mi d o p o l y me r 2％一3％ a n t is l o u g h i n g a g e n t 2％ 一 3 ％c a r b o x y me t h y l s u l f o n a t e d p he n o l f o r ma l d e h y de r e s i n 2％一3％l a t e x b i t ume n 0． 5 ％ 一 1 ％ flo w mo di fie r 8％ 一2 0％o i l 1 ． 5％一2． 5％p o l y me r i c a l c o h o l 3％一4％ l u b ri c a n t B H 1 ．T h e e f f e c t s o f a mo u n t o f o i l o n t h e i n h i b i t i o n a n d r h e o l o g i c a l p r o p e r t y o f t h e d ri l l i n g fl u i d s y s t e m we r e i n v e s t i g a t e d． An d t h e e f f e c t s o f t he d e ns i t y o f t h e s y s t e m 0 n a n t i c o n t a mi n a t i o n， hi g h t e mp e r a t u r er e s i s t a nc e，a n d r e s e r v o i r p r o t e c t i o n c a p a b i l i t y we r e a l s o s t u d i e d ．Ad d i n g o i l o f 2 0％ ，t h e d ril l i ng fl ui d s y s t e m h a d g o o d p e r f o r ma n c e s a s f o l l o ws g o o d r h e o l o g i c a l p r o p e rty a nd l u b r i c i t y， a n t i c u t t i n g s c o n t a mi n a t i o n o f 6％ ，a n t i s a l t p o l l ut i o n o f 5％ ，s t r o n g i n hi b i t i o n f o r c l a y a n d s t r o n g a n t i c o l l a p s i n g i n we l l b o r e，g o o d l u b r i c i t y i n h i g h d e n s i t y s y s t e m ，a n d g o o d h i g h t e mp e r a t u r er e s i s t a n c e a b i l i t y ． Th i s s y s t e m a l s o ha d g o o d f o rm a t i o n d a ma g e c o n t r o l l i n g p r o pe r t y，wh i c h pe rm e a b i l i t y r e c o v e r y v a l u e wa s hi g h up t o 9 0％ ． Th i s s y s t e m wa s a p p l i e d s u c c e s s f u l l y a t Yi 1 2 3 Bl o c k i n Bo h a i o i l f i e l d，whi c h s o l v e d e ffe c t i v e l y t h e p r o b l e ms o f p o o r l u b r i c i t y a n d p o o r s t a b i l i t y f o r d r i l l i n g fl u i d wh e n d ri l l i n g i n l o n g h o riz o n t a l s e c t i o n o f d e e p w e l l u n d e r h i g h t e mpe r a t u r e，a n d a l s o p r o v i de d a n e w a nd e f f e c t i v e me t h o d for e x p l o r a t i o n a n d e x p l o i t a t i o n o f t h e s a me t y pe o f r e s e r v o i r s ． [ K e y w o r d s ] B o n a n o i l fi e l d ； h i g h o i l／w a t e r r a t i o ； o r g a n i c a m i n e ； l u b ri c a t i o n a n d a n t i c o l l a p s i n g ； d ri l l i n g fl u i d 巴斯夫和 中石化在南京建设丙烯 酸和 S AP装置 巴斯夫公司和中石化于 2 0 1 4年 4月 9 13 开始以各持股 5 0 ％ 的合资企业巴斯夫 一扬子石化公司名 义在南京建设二套新装置 ， 以生产丙烯酸和高吸水性 聚合物 S A P 。此外 ， 新 的丙烯酸丁酯装置将在 2 0 1 4年晚些时候投入生产。 新装置将进一步增强 C 丙烯 价值链 ， 服务于不断增长的下游需求。6万吨／ 年产 能新 的 S A P装 置将服务于中国婴儿纸尿裤 、 成人失禁用品和女性护理产品不断增长的需求 。巴斯夫的一体化系统可 创建高效的价值链 ， 从基础化学品延伸到高附加值产 品。另外 ，一套装置 的副产物可 以作为另一套的 起始原料。在扬子石化 一巴斯夫南京一体化基地 ， S A P 、 丙烯酸丁酯和丙烯酸的生产将被反 向集成进入 c 的制造之中。这可确保更高的供应可靠性， 能源效率和成本效益， 同时最大限度地减少能源使用和 对环境 的影响。 Che mi c a l Eng i n e e ring． 2 01 4 一o 4 0 9