大牛地气田保护储层钻井完井液技术研究.pdf

第 2 6卷 第 3期 2 0 0 9年 5月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LLI NG F LUI D COMPLE TI ON FLUI D Vo 1 ． 2 6 NO ． 3 M ay 2 0 09 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 3 0 0 0 5 0 4 大牛地气 田保护储层钻 井完井液技术研究 薛玉志 刘 宝锋 李公让 张敬辉 李海滨 郑成胜 胜利石油管理局钻井工艺研究 院， 山东东营 摘要 大牛地气 田储层属于低孔低渗储藏 ， 介绍 了其地质特征， 分析 了其储 层伤害 因素。结合现场施 工工艺 ， 研 究制定 了一套适合大牛地气 田的保护储层钻井完井液技术 ， 包括无固相钻井液技术 、 钻井 完井液 防水锁 技术、 用 空心玻璃微珠作 密度减轻剂实现 的近平衡或 欠平衡钻 井技术 、 用 甲酸钾提 高钻井 液抗温性 的技术 、 滤饼 可 自动 清 除的生物酶完井液技术 。在大牛地 气田的 D F 2 、 DP 4 、 D P 5 、 DP 6和 D P 1 1井水平段 的施工结果表 明， 无 固相钻井 液 具有较高的机械钻速 ， 配合使用 防水锁 剂， 能够有效地解决储层水相 圈闭损害严重 的 问题 ， 可完全满足 大牛地气 田 低压低渗储层开发 ； 生物 酶完井液 完全 满足 大牛地低 压低渗储 层水平 井裸 眼完井 的需要， 可快速分 解无 固相钻 井 液泥饼 ， 使储层渗透 率快速恢 复至 8 5 以上 ， 该技术可 以进行推广应用。 关键词 低 密度无 固相钻井液 ； 生物酶 完井液； 防止地层损害 ； 水锁 ； 甲酸钾 ； 低孔低渗储 藏} 大牛地气 田 中图分 类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标 识码 A 大 牛 地 气 田为 一 套 海 相一 海 陆 过 渡 相一 陆 相 沉 积 ， 具有 良好的天然气成藏条件 ， 但由于属低孔低渗 致 密气 田， 储 量 丰度 低 ， 单 井 产 量低 ， 有效 开 发 难 度 大 ， 完井 后气 层 基 本 无 自然 产 能 ， 即使 经 过 压 裂 改 造 ， 单井 产量 也 普 遍较 低 ] 。通过 对 储 层 特 征 和 钻 井过程中造成地层伤害的因素进行研究 ， 制定出了 全面系统 的油气层保护措施， 探索出一套针对大牛 地气 田的保护气层钻井完井液技术 ， 对大牛地气 田 的进 一步 高效 开发具 有重 要意义 r 2 ] 。 1 大 牛地 气 田地 质 特征 大牛地气田气层埋藏深度一般为 2 1 0 0 ～2 9 0 0 m， 主力气层位于上古生界二叠系山西组 、 石盒子组 和石 炭系太 原 组 。气 藏 平 均 孔 隙度 约 为 7 ． 6 ， 平 均渗 透率约 为 0 ． 4 1 0 ～ m ， 压 力 系 数 为 0 ． 8 5 ～ 1 ． O 0 ， 温度为 8 3 9 0℃l_ 5 ] 。大牛 地气 田上古 生界 储 层 岩石粒 度 以 中粒 和 粗 粒 为 主 ， 碎 屑 岩石 英 含 量 为 6 7 ～9 O ． 5 ， 长石 含 量 为 0 ． 7 ～ 3 ． 8 ， 岩 性 以 岩 屑砂 岩 、 岩 屑石 英 砂 岩 和 石英 砂 岩 为 主 。山 西 组 与下石盒子组砂岩储层岩石特征相似 ， 碎屑颗粒含 量平均为 8 7 ． 6 5 ～8 9 ． 0 ， 其 中石英平均含量 为 6 8 ～7 5 ％ ， 长 石 平 均 含 量 为 1 ． 4 ％ ～ 2 ． 4 ％， 岩 屑 平 均含 量为 2 4 ％ ～ 3 O ％ 。产 层 水 型 均 为 氯 化 钙 水 型 ， 地层水 中富含 C a 抖、 Mg 抖等二价离子， 气藏在 开发 过 程 中的主要 结垢 是 C a S O 和 C a C O。 。 2 大 牛地 气田气层 损害 因素分析 通过实验研究和分析 ， 认为大牛地气 田主要存 在 以下 的储 层 伤 害 固相 污染 ； 水 相 圈 闭伤 害 ； 地 层 流体与钻井液滤液不配伍造成 的乳化和结垢 ； 钻井 液滤 液与储 层 岩石矿 物不 配伍 造成 的敏 感性损 害 。 3 保 护储层 钻 井完井 液技术 为解决大牛地气 田存在 的严重 的固相污染 、 水 相圈闭等气层损 害问题| 6 ] ， D F 2 、 D P 4 、 DP 5 、 D P 6和 DP 1 1 井 均采 用 了无 固 相 钻 井 液 和生 物 酶 完 井 液 。 无固相钻井液固相污染轻 、 水相圈闭伤害小 ， 能有效 提 高机 械钻 速 。生物 酶完井 液 可有效 清 除钻井过 程 中形成 的滤 饼 ， 并 能减 轻水 相 圈闭 的伤 害 。 3 ． 1 无固相钻井液技术 由于大牛地储层属于低孔低渗气藏。钻井液 固 相侵入较浅， 但是堵塞程度非常严重 ， 而且～旦侵人 基金项 目 国家科技重大专项“ 低 渗油气 田高效开 发钻井 技术” 子课 题 四“ 低渗 油气 田储 层保 护技术” 2 0 0 8 Z X 0 5 0 2 2 0 4 部分研究 内容。 第一作者简介 薛玉志 ， 高级工 程师， 1 9 6 6年生 ， 1 9 9 1午毕业于石油大 学开发 系钻 井工程专 业。地 址 山东省东营 市钻井 工艺研究院油化所； 邮政编码 2 5 7 0 1 7 ； 电话 0 5 4 6 8 7 9 1 4 4 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 钻 井 液与 完 井 液 2 0 0 9年 5月 就难 以返 排 ， 加上 水平 井采用 裸 眼完井 ， 固相 污染带 难 以通 过射 孔解 除 ， 造 成储 层 渗 透 率 很 难恢 复 。 利 用 F DS 8 0 0 6 0 0 0储层伤害评价装置 ， 分别使用油基 钻 井液 、 无 固相 钻 井 液 和常 规 黏 土 钻井 液 对 岩 心 进 行 污染 ， 然后使用 相 同的完井 液进 行 处理 ， 测定 岩 心 气层渗透率恢复情况 ， 结果见表 1 。 表 1 不同钻井液的岩心渗透率恢复值 注 K a为元 井液 处 理 后 的渗 透 率 。 由表 1可 以看 出 ， 由于 避免 了 固相 对地 层 的污 染 ， 无 固相钻井 液对该 气 田地层 岩心 的伤 害最 小 ， 用 完井液处理后的渗透率恢复值达到 8 5 以上 ； 而油 基 钻井液 ， 可能 是 由于发生 了乳 化 ， 造成 了更 加严 重 的气层伤 害 。 3 ． 2 近 平衡或 欠平 衡钻井 技术 D F 2 井钻井液用空心玻璃 微珠作密度减轻剂 ， D P 4和 D P 5井采用充氮气的方法降低钻井液密度， 分 别实现 欠平 衡 钻进 ， 减小 了钻 井 液液 柱 与 储 层 的 压差。为了证实压差对大牛地储层 的伤害问题， 取 山西组地 层岩 心 ， 分 别在 1 ． 5 、 3 ． 0 、 4 ． 5 MP a的压 差 下 ， 使用 无 固相钻井 液 对 岩 心损 害 1 2 5 rai n ， 测 渗 透 率损害率 ， 结果见表 2 。 表 2 岩心用无 固相钻井液在不同压差下损 害后 的渗透率 注 △ P为污染压差， A K为渗透率降低率。 由表 2可以看 出， 井底压差越小 ， 钻井液对储层 的伤害越小 ， 因此最好能实现近平衡或欠平衡钻进。 一 般 水基钻 井液 密度均 大于 1 g ／ c m。 ， 而无 固相钻井 液密度 接 近 1 g ／ c m。 ， 如果 再 配 合 漂珠 或 充气 ， 就能 比较容易地实现近平衡或欠平衡钻进。 3 ． 3 钻井完井液防水锁技术 大牛地气田储层具有高基块毛管压力和低孔隙 度、 低渗透率 、 低～正常压力系统， 强水相圈闭损害 是大 牛地储 层 的 主要 潜 在损 因素 ， 因此 要选 择 合 适 的钻井 液基 液 ； ， 尽量 减少 钻 井 液 侵 入量 ， 并 要 降低 界面张力， 加快工作液的返排速度 ， 尽量采用欠平衡 作业 。 对 防水 锁剂进 行 了优选 ， 结果见 表 3 。 由表 3可 以看出， 防水锁剂 5具有较高的渗透率恢复值 ， 能有 效地 防止水 相 圈 闭损 害 ， 但 防水 锁 剂 在 黏 土含 量 高 的地层 中会 被 吸附 而 失去 作 用 ， 因此 现 场需 要 加 大 防水 锁剂 的加量口 ] 。 表 3 防水锁剂优选实验结果 3 ． 4 可降解技术 在 D F 2 、 D P 4 、 D P 5 、 D P 6和 D P 1 1井均 采用 了无 固相 钻井液 ， 其 中用量 最 大 的 主处 理 剂 T V一 2 、 生物 聚合物、 纤维素等均为可生物 降解材料。使用这些 材料的主要 目的是保护环境和配合生物酶完井液的 使 用 。 目前 ， 国际上研究化合物生物降解性 的方法非 常 多 ， 最 常见 的主要有 以下几 种I 8 ] DO衰减 法 ， 浓 度 衰 减法 和 C O 吸 收法 。在室 内采用 D O衰减 法对 大 牛 地气 田使用 的钻井 液 处 理 剂在 地 层 水 配 浆 水 、 3 0。 C 条 件下 的生 物降解规 律进 行 了实验 。 钻井液处理 剂在地层水 中的累计耗 氧量 见表 4 。 表 4 钻 井液处理剂在地层水 中的累计耗氧量 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 3期 薛玉 志等 大牛地 气 田保护储 层 钻 井完井 液技 术研 究 7 由表 4可 以看 出 ， 几 种 钻井 液 中 TV一 2的生 物 降解性最好， 而且降解后不会留下任何有害物质 ； 几 种钻井液处理剂均对微生物无抑制或毒害作用 ， 生 物 降解难 易程 度稍 有差 异 。 3 ． 5 用甲酸钾提高钻井液的抗温性 在大牛地 气 田使用 甲酸钾提 高钻井液 的抑制 性 ， 同时还提 高 了可 降 解 钻井 液 主处 理 剂 的温 度 稳 定性[ 9 - 1 1 ] 。室 内研究 了甲酸钾对无 固相钻井液主处 理剂 TV 一 2 、 生物 聚 合 物 和 P AC在 水 溶 液 中温 度 稳 定性 的影 响 。将 这 3种 聚合 物 加 入 甲酸 钾溶 液 中 ， 在一定温度下热滚 1 6 h后， 若黏度降低了 5 0 时。 则该 温度 表示 处 理 剂 的稳 定 温 度 ， 实 验 结 果 如 表 5 所示 。 表 5不 同 聚 合 物 的 稳 定 温 度 不 同聚合物 的稳定温度／ ℃ 基 液 o ．5 XC 1 ．0 PAC 2． 0 TV一 2 由表 5可 以看 出 ， 在 无 固 相 钻井 液 中使 用 甲酸 钾 ， 不仅能提高钻井液的抑制性， 还能提高可降解钻 井液 的抗 温性 能 ， 保 持钻 井液 的黏 度 和切 力 ， 从 而保 证 了钻井 液 的携 岩及 低滤 失特 性 。 3 ． 6 生 物酶 完井液 技术 生物 酶是 生 物 体 产 生 的 具 有 催 化 作 用 的 蛋 白 质 ， 是 一种 生化 催化剂 ， 能 够快 速将 碳 氢化 合 物从 固 体粒 子表 面剥离 ， 降解 碳 氢化合 物 ， 最 终将 其 转化 为 二氧化 碳 和水 。生 物 酶 具 有 如 下 的 特点 和性 质 本 身可 生物 降 解 ， 对 环 境 无 污 染 ； 催 化 反 应 的范 围很 宽 ， 酶 的活 力是非 酶催 化剂 的 1 1 0 倍 ； p H 值 为 中 性 ， 对 套管 、 钻 具 无 腐 蚀 性 ； 完 全 水 溶 l 】 。因 此 ， 生 物酶完 井液 既能 满 足 储 层保 护 的要 求 ， 又 能 满 足环 保 的要 求 。 3 ． 6 ． 1 滤饼 清 除实验 在用无固相钻井液进行欠平衡钻井过程 中， 理 论上不能在井壁上形成有效 的泥饼 ， 但是在现场进 行 的 AP I 滤 失 实 验 的滤 纸 上 ， 仍 然 可 以见 到滤 饼 ， 其主要成分 为各 种聚合物和未 清除掉 的固相 混合 物。使用 生 物 酶 分 解 聚 合 物 后， 滤 饼 自然 被 清 除l 1 引。在室 内 ， 取 D P 4井 钻 井 液压 制 泥 饼 ， 并 在地 层温 度下做 泥饼 清 除 实 验 ， 并 对 比泥 饼 清 除前 后 的 状 态 见 图 1 。由 图 1 可 以看 出 ， 用 生物 酶完 井液浸 泡 后 泥饼能 够 完全 清 除 ， 使 地 层 的 堵 塞 能 得 到有 效 的缓解 。 3 ． 6 ． 2渗 透率恢 复值 实验 用 F D S 8 0 0 ～ 6 0 0 0储 层 伤 害 评价 装 置 ， 进 行 无 固 相钻井液对低渗透岩心的污染 实验 ， 然后用生物酶 完井 液 进行处 理 ， 测定 气层 渗透 率恢 复情 况 ， 结 果见 表 6 。由表 6可 以看 出 ， 用 生 物 酶完 井 液 处 理 岩 心 后 ， 其渗透率 比污染后均有明显提高 ， 渗透率恢复值 大 于 8 5 。 ■ ■ 泥饼原 状 生物酶完井液浸泡后 图 1 生物酶完井液浸泡后 泥饼 清除情况 表 6生物酶完 井液的渗透率恢 复值 实验 注 Ka 为用完井液处理后的渗透率 。 4 现 场 应 用[ ] 应用 无 固相钻 井液 和生 物酶 完井 液 在大 牛地 油 田完成 了 DF 2 、 D P 4 、 D P 5 、 D P 6和 D P 1 1井 的水平 段 施 工 ， 并 取得 了比较好 的储层 保 护效果 。 4 ． 1 D F 2井 D F 2 井 三 开 井 深 3 1 0 9 m 采用 无 固相漂 珠 钻 井 液 ， 钻 至井 深 4 0 0 6 ． 6 6 m 完 钻 。DF 2井 在水 平 段 钻井施 工 过程 中 ， 采 用不 断添 加密 度漂 珠 、 补 充低 密 度抑制性胶液 、 不间断使用 四级固控设备 、 起下钻期 间不停用离心机等措施 ， 将钻井液密度保持为 0 ． 9 7 ～ 1 ． 0 5 g ／ c m。 ， 降低了井底压力 ， 减少了钻井液滤液 侵入地层的深度 。该井首次在大牛地油 田山 1段气 层获 自然产能。完井 测试表 明， 表皮 系数为 一2 ． 3 ， 单井 配产 可 达 5 0 0 0 0 m。 ／ a 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 钻 井 液与 完 井 液 2 0 0 9年 5月 4 ． 2 DP 4井 D P 4井三开 井深 2 7 3 6 m 采用 欠 平衡 充 氮 气 无 固相 钻井 液 ， 钻 至 井 深 4 3 6 0 m 完 钻 。在 三开 欠 平衡充氮气钻进过程中， 充气量为 5 0 m。 ／ rai n ， 氮气 纯度为 9 6 ～ 9 7 ， 因此 钻 井 液 中存 在 较 多 的 氧 。 氧气 的存在加 速 了处 理剂 的降 解 而使 其 失 效 速 度 。 此处 ， 由于所钻 地层 岩性极 细 ， 混 入 钻井 液 中的微 细 颗粒较 多 ， 虽 然使用 四级 固控设 备 ， 依然 清 除不 了这 些颗粒 。针对 钻 井 液 的黏 度 、 切 力 和 滤 失量 控 制 困 难 问题 ， 现场 采取 补 充 抗 氧 剂 ， 消 耗 氧含 量 ， 减 少 对 处理剂的降解 ， 同时加大降滤失剂的投入 ； 置换部分 钻井液 ； 补充抑制剂维护钻井液 的稳定 ， 并通过提高 极压润 滑能力 来 降低 井 眼 内钻 具 与井 壁 的摩 阻 ， 保 证 了该 井 的顺 利完 钻 。 4 ． 3 D P 5井 DP 5井三 开 井 深 2 9 4 1 m 先 用欠 平 衡 充氮 气 无 固相 钻井 液钻 进 ， 钻 至 井 深 3 2 3 0 m 由于钻 遇 大 段泥岩 ， 发 生井 壁坍 塌 ， 填 井 侧 钻 后 ， 使 用无 固相 钻 井液钻 至井 深 3 3 8 8 ． 7 0 m 完钻 ， 保证 了该 井 的顺 利 完钻 。D P 5井 在 充 氮 气 欠 平 衡 井 段 充 气 量 为 3 0 m。 ／ rai n ， 氮 气 纯度 为 9 6 ～ 9 7 ， 现 场 采 取 了 以下 措施 不断加入抗氧剂消耗钻井液 中的溶解氧 ， 提高 无 固相钻井 液 的表 观 黏度 ， 促 进 钻 井 液 在 钻具 表 面 成膜 ， 保持 缓 蚀 剂 在 钻井 液 中呈 过 量 状 态 ， 加 量 为 0 ． 3 左右 。 4 ． 4 D P 6井 ， D P l l井 DP 6井三 开水 平段 井 深 3 0 5 6 m 使 用 无 固相 钻井 液 钻进 ， 钻 至 井 深 4 0 3 8 ． 0 5 m 完 钻 。D P I 1井 三 开 井 深 3 0 8 0 m 水平段 使用 无 固相钻井 液钻进 ， 钻 至井深 3 8 2 9 ． 5 2 m 完钻 。2口井在 三开钻 进 的过 程 中 ， 均重 点控 制 了无 固相 钻 井 液 的 密度 、 黏度 、 切 力 、 AP I 滤 失量 、 润滑性 和钻具 的防腐 。通 过不 断补 充杀菌剂有效杀除各种菌类 ， 减少其对处理剂的降 解 ， 控制 AP I 滤失量 ； 在加入抗氧剂 的基础上保 持 缓蚀剂在无固相钻井液 中呈过量状态 ， 促进该钻井 液在 钻具 表面成 膜 ， 结 果 这 2口井 的钻 具 均 无 明显 腐蚀 。 5 结论 与 认 识 1 ． 无固相钻井液不存在固相污染 ， 具有较高 的 机械钻速， 配合使用钻井液防水锁剂 ， 能够有效地解 决储层水相圈闭损 害严重的问题 ， 无 固相钻井液完 全适 合于 大牛地 油 田低 压低 渗储层 开发 。 2 ．生物 酶 完 井液 可 降 解 钻 井 液 处 理 剂 解 决 了 可 降解 和温度稳 定 2个 相矛 盾 的 问题 ， 既 满 足 环境 保 护 的需 要 ， 又 可 以推 广利用 生物 酶技术 。 3 ．生物 酶 完井 液 可 以快 速 分 解 无 固相 钻 井 液 泥饼 ， 使 储 层 渗 透 率快 速 恢 复 8 5 以上 ， 完全 满 足 了大牛地 气 田低 压低 渗储层 水平 井裸 眼完 井施 工 的 需要 。 参 考 文 献 [ 1 ] 邓红琳 ， 袁立鹤． 大牛地气 田保护储层钻井 液技术[ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 增刊 3 9 4 3 [ 2 3 孙红 江． 不 同钻井液 体系 在大牛地 气 田的应用 [ J ] ． 西 部探矿工程 ， 2 0 0 6 5 1 6 3 1 6 5 [ 3 ] 邓红琳． 低伤 害低 成本钻井 完井液 体系在 大牛地气 田 的应 用E J ] ． 西部探矿工程 ， 2 0 0 6 5 1 8 1 1 8 2 [ 4 2 曹树生． 鄂尔多斯 北部盆 地保护气 层完 井液技术 实践 E J ] ． 探 矿工程 岩土钻掘工程 ， 2 O O 4 7 5 4 5 6 [ 5 ] 康毅力 ， 张浩 ， 陈一健 ， 等． 鄂尔多斯盆地大 牛地气 田致 密砂岩气层 应力 敏感性 综合研 究 [ J ] ．天然 气地球 科 学 ， 2 0 0 6， 1 7 3 3 3 5 3 3 9 E 6 3 邸领 军． 鄂尔多斯 盆地上 古生界 深盆气 储集层 伤害原 因及气层保护 [ J ] ．勘探家 ， 2 0 0 0 ， 5 4 1 9 2 2 E 7 ] 廖锐全． 水锁效应 对低渗 透储层 的损 害及抑制 和解除 方法[ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 2 ， 2 2 6 8 7 9 1 [ 8 ] B e n n i o n D B ， Th o ma s F B ， B i e t z K F， e t a 1 ．Wa t e r a n d hy dr o c a r b o n ph a s e Tr a ppi ng i n po r o us me di a di a g nos i s p r e v e n t i o n a n d t r e a t me n t E J ] ． _『 c P T， 1 9 9 6 ， 3 5 1 0 2 9 3 6 [ 9 ] 郭东荣 ， 高 锦屏 ，吕开河 ， 等．钻井液添加剂生 物降解 性研究[ J ] ． 钻井液与完井 液， 1 9 9 6 ， 1 3 1 1 0 1 2 [ 1 O ]陈乐 亮 ，汪桂 娟．甲酸 盐基 钻 井 液完 井 液 体系 综 述 [ J ] ．钻井液与完井液 ， 2 0 0 3 ， 2 0 1 3 1 3 6 [ 1 1 ]刘斌 ， 徐金凤 ， 蓝强 ， 等．甲酸盐及其在钻井液中的应 用 [ J ] ． 西部探矿工程 ， 2 0 0 7 ， 1 8 1 2 7 3 7 7 [ 1 2 ]杨玻 ， 黄林基． 无 固相低 固相 甲酸盐钻井液[ J ] ． 钻采工 艺 ， 2 0 0 1 ， 2 4 4 5 8 6 1 [- 1 3 1邹清腾 ， 王希友．生 物酶解堵 技术 的研究 与应 用[ J ] ． 土哈油气 ， 2 0 0 7 ， 1 2 4 3 7 0 3 7 1 [ - 1 4 ]李云波 ， 乌效 鸣 黄志文 ， 等． 生物 酶在水平井钻 井液 中 的应用 [ J ] ． 新疆石油学 院学报 ， 2 0 0 3 ， 1 5 4 4 5 4 7 收稿 日期 2 0 0 8 1 1 - 1 2 ； HG F 0 9 3 A 9 ； 编辑 张炳芹 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m