大位移井钻井液体系的研发与现场应用.pdf

张 民 立等 火 位 移 井 钻 井液 体 系 的研 发 与 现 场 应 用 大位移井钻井液体系的 研发与现场应用冰 I 张民立t田增艳 刘梅全 穆剑雷1邓 建t张 琦 马翠雪1陈文欢，宋学文- I 1 ． 中国石油渤海钻探 工程有限公司泥浆技术服务公 司；2 ． 中国石油工程技术分公 司钻井工程处 摘要大位移钻井液体 系 B H- E R D体系 是以高密度、强抑制、 复合有机盐水为配浆基液，配合其他处理荆而形 成的高性能水基钻井液体系。 室内 进行了核心主荆产品及配方研发， 形成了复合有机盐加量为1 5 ％一 2 0 ％的钻井液配方， 各 项性能均优于国内外传统的钾盐聚合物钻井液体 系， 先后在大港埕海一区、 二区人工岛进行 了1 2 口井的现场试验 ， 其中最 大位移为 3 5 6 7 ． 5 5 m，最大井斜为9 5 ． 2 3 o ， 最大水垂比为2 ． 5 7 ， 没有发生任何事故与复杂。该钻井液体系解决了大位移井钻 井施工过程中井壁稳定、井眼净化、 润滑防卡等技术难题， 打破了国外公司技术垄断的局面， 经济效益和社会效益显著， 现 已形成了大位移钻井液设计、现场施工技术规范，卖现了低成本国产化 目标 ，为推广应用奠定了技术基础。 关键词 大位移钻井液体 系 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 0 2 x ． 2 0 1 1 0 4 ． 0 0 3 大港 油 田歧 口凹陷埕海油区的中浅层勘探 开发 是 2 0 0 7 年以来油田公司实现 “ 海油陆采”的主战场 ， 该区域地层 比较复杂 ，其井身结构也比较复杂 ，施工 难度 大。以往在埕海一区采用 的是一家 国际知名公 司的钻井液技术 ，但施工过程中4 0 ％ 以上的井出现了 不同程度 的复杂事故 ，钻井液直接或间接造成 的复 杂事故损失时间占钻井周期 1 0 ％ 以上 ；埕海二区由包 括中国石油渤海钻探工程有 限公司泥浆技术服 务公 司在 内的4家公司服务 ，在完成的 9口井中事故 、复 杂情况都很严重 ，7口井卡钻 、1口井塌 、1口井漏 ， 复杂时率 1 0 0 ％，卡钻事故时率 占 8 0 ％。由于实施井 的上部地层与 目的层不能同时采用一套钻井液体 系 完成 ，所以钻井液的排放量比正常情况下量多 ，致使 排 污 困难 ，特 别是 在浅海 区域 的特殊 地理 位置 ，给环 保工作带来许多麻烦 ，此外，成本的压力也使建设方 雪上加霜。为此 ，必须开发出新型钻井液体系 ，形成 适合歧 口凹陷滩海勘探 开发 的专有技术 ，以满足该 油 田生 产建 设 的需 求 。 1 本区钻井液技术难点 埕海一区、二区大斜度 、大位移井施工过程中钻 井液技术的难点表现为以下几个方面 1 净化井眼、防托压难。上部 明化镇组地层造 浆严重 ，同时，存在流沙层，井眼净化困难 ，钻头容 易泥包 、托压 ，起下钻 困难 。 2井壁稳定难 。下部存在疏松泥页岩地层 ，窄 密度窗口，坍塌严重 ，井壁稳定性极差 。 3 储层保护难。进入储层之前所用钻井液体系的 抑制性差 ，大量的有害固相不易及时清除，同时采取的 无机盐聚合物钻井液体系，滤失量控制困难，体系中的 有害固相及滤液不可避免地对储层造成较大伤害。 4 其他因素。井深结构设计复杂 庄海 5一HI 基金项目中国石油渤海钻探工程有限公司项 目 “ 强抑制钻井液体系研究与应用” 项目编号 2 0 1 0 Z D 0 3 K 。 第一作者简介张民立，1 9 6 5 年生， 1 9 8 6 年毕业于华北石油学校油田化学专业， 高级工程师， 现从事钻井液技术管理和研究应 用工作 。E ma i l z m1 9 9 9 v i p ． 1 6 3 ． c o m 2 0 1 1年第 4期 石油科技论坛 9 井二开六段制三维结构，绕障大 ，加重了钻井液技术 的负担 ，海上人工岛钻井液技术施工环保要求高等。 2 室 内研究结果 通过现场钻井液技术难点分析认为 ，适于该区的 钻井液体系必须具备强抑制防塌性 、无膨润土配浆 、 固相含量低 、流变性好 、储层保护效果好且环境友好 等 特性 。 在大量实验研究基础上 ，研发了 B H E R D大位移 钻井液体系核心主剂 ，分别为复合有机盐 B Z WY J I 、 抗盐抗高温降滤失剂 B Z R e d u 、抗盐强包被抑制剂 B z B Y J 、 抗盐抗高温提切剂B Z V I S 、 抑制润滑剂B Z Y R H、 抑制防塌剂 B Z Y F T、高效润滑剂 B Z S R H等 ，最终形 成的钻井液体系配方为0 ． 3 ％B Z B Y J ～ I 0 ． 2 ％～ 0 ． 3 ％ B Z VI S I ％ ～1 ． 5 ％B Z Re d u 一1 2 ％ ～3 ％B Z YI 1 ％ ～1 ． 5 ％B Z YRH1 5 ％ ～2 0 ％B Z -胛 I 我们在室 内对配出的钻井液进行 了性能评价测 试 ，情况如下。 2 ． 1 抑 制 性 评 价 分别进行 了泥岩膨胀量评价实验和岩心回收率评 价实验。前者分别选水 、聚合物钻井液 K C 1 、国际 有机胺钻井液体系和 B H E R D钻井液体系测试；后者 ， 采J { j B H E R D钻井液体系配方与无固相钾盐聚合为体 一 一 斟 避 系进行了对比分析。实验采用通过 6～8曰筛网的馆陶 组岩屑 ，两项实验结果表明，B H E R D钻井液体系具 备强抑制性 ，有利于井壁稳定、有害固相及时清除 图 1 、表 1 o 2 ．2 润滑性 测试 通过测试润滑性的仪器分别对蒸馏水 、KC 1 聚合 物 钻井液 、油基钻 井液 、B H E R D钻 井液进行 3次检 测 ，B H E R D钻井液 的扭 矩减小百分 比为 5 4 ． 8 6 ％，仅 次于油基钻井液体系，显然 B H E R D钻井液体系为高 性能钻井液体系 ，其润滑性远远大于其他水基钻井液 体系 ，满足大斜度、大位移井的润滑防托压技术难题。 润滑性对比测试结果详见表 2 。 2 ． 3 流 变 性 评 价 大斜度 、大位移井钻井液的流变性至关重要。本 评价主要考察动塑比、低剪切速率下的黏度等 ，考虑 到钻屑不可避免地进入到钻井液中，对其抗污染性能 也进行了评价 ，结果见表 3 。 2 ．4 储层保 护特性 室内采用与在埕海地区前期应用的国际公司钻井 液体系进行对 比，实验结果表明渗透率恢复值相 当， 能起到保护储层 的作用 表 4 。 2 ． 5 海 洋生物毒性评 价 根据室内研究配方配制钻井液送国家海洋局北海 ◆ - 水 ●一 ◆ -聚 合 物 钻 井 液 一 国 际 有 机 胺 钻 井 液 * BH ER D钻井 液 一 一一 ／ 一 。一 - 【{y 一 、 、 ⋯⋯， vv 时 问 h 图 1 不 同体 系抑 制性评 价 表 1 两套体 系回收率效果对比评价 配 方 清水 岩屑回收率 ％ l 5 ％BZ WYJ I 水 0 ． 2 ％B Z v i s 0 ． 1 ％B Z B YJ I 0 ． 1 ％B Z HX C 1 ％B Z R e d u I 3 ％B z Y F T 2 ％B Z YR H 2 0％BZ W YJ I 一 ．．．．一一一一一一一一一一⋯一～一一⋯一一 一一一一 5 ％KCl 水 O ． 0 6 ％大分子 0 ． 2 ％流型调节剂 1 ． 5 ％降滤失剂 2 ％G N Y B J - I 2 ％S A S 8 ％ KCl 31 _ 2 3 8 1 ． 4 7 8 6 ． 9 3 5 8 ． 6 7 6 4．0 H0 加石油 技诊坛 2 0 1 7 车第 4期 。 g * 一 | * 强 “ * * 一簿 。 t 加∞ 舳 ∞∞狮 O 张民立等 大位移井钻井液体系的研发与现场应用 表 2润 滑性 对 比测试 结果 体 系 蒸 馏 水 KC1 聚 合物 钻井 液 油 基 钻 井 液 B H ER D 第 一 次 3 1 ．0 o 2 4 ． 5 0 8 ．0 o 1 1 ．0 o 第 二次 3 0 ．5 O 2 3 ．5 O 8 ． 0 o 1 0 ．5 O 第 三 次 3 1 ．o o 2 4 ．0 o 7 ． 5 O 1 1 ． 0 0 平 均 值 3 0 ．8 3 2 4 ．0 0 7 ． 8 3 1 0 ． 8 3 摩 擦 系 数 O ．2 6 O ． 0 9 0 ． 1 2 扭矩 减小 百分 比 ％ 6 7 _ 3 6 5 4 - 8 6 表 3 流变性及抗污染效果评价 p FL p H GEL A P YP 西6 西 3 备 注 g ／ c m mL 值 P a mP a S mP a S P a 1 - 2 0 6．8 1 0 5 厂 7 ．5 2 5 ． 5 l 2 1 3 ． 5 1 2 1 0 1 ．2 0 8 ． 2 9 ． 5 4．5 ， 5．5 2 1 8 1 3 l 1 9 1 4 0℃ 1 6 h 1 -2 2 6 ． 4 1 0 5 ／ 8 ． 5 2 8 1 3 1 5 1 2 1 0 约 5 ％ l -2 2 7 ． 6 9 ． 5 4 { s5 2 0 8 1 2 l 0 7 1 4 0o C x l 6 h 表 4 渗透率恢复值对 比评价实验 体 系 mD K 0 mD mD 渗 透 率 恢 复值 ％ BH ERD大位 移 钻井 液体 系 3 3 6 ． 9 9 5 5 ． 3 1 5 0 ． 5 7 9 1 ．4 3 国 际 公 司 体 系 3 3 9 ． 5 9 6 0 ．7 9 5 4 ． 9 1 9 0 ．3 3 环境监测中心，按照国家标准 G B 1 8 4 2 0 ． 1 2 0 0 9 海洋 石油勘探开发污染物生物毒性分级 对钻井液体系进 行安全环保评价，其生物半致死浓度 为 9 7 6 5 1 m g ／ L ， 符合一级和二级海区生物毒性要求。 3 现场应用及效果分析 3 ． 1 现场应用 井的基本情况 BH EDR大位移钻井液技术先后在埕海一 区、 二区人 工岛进行 了庄 海 8 N g H1 K、 庄海 8 N g H 3 K、 张 海 2 6 2 6 、张海 3 0 3 6 等 1 2口井的现场试验 ，其 中最 大位移为 3 5 6 7 ． 5 5 m，最大井斜为 9 5 ． 2 3 。 ，最大水垂 比为 2 ． 5 7 。 3 ．2 现 场钻井液使用技 术规范 进行大位移钻井液设计前首先要进行 目标 区块 地层三压力预测研究 ，以研究结果指导钻井液体系 优 选 。 根据井身结构 、钻井液体系及地层特性进行钻井 液流变参数 、排量 、钻柱转动速率 、钻井速度等参数 匹配设 计 。 钻井液改型必须严格按设计井深执行 ，配制前清 除循环罐 内泥砂 ，将循环罐和井筒全部替换为清水 ， 然后按钻井液体系配方配制钻井液。 钻进过程中根据钻井进尺和钻井液消耗量，按配 方配制钻井液 ，满足钻井施工需要。 每天取样测量高温高压失水，保证降失水效果。 在 日常维护过程中， 每班测量盐含量，有机盐 B Z WY J I 的含量控制在 1 5 ％ ～ 2 0 ％，避免 由于盐含量低 ， 抑制性下降，造成黏切上升 、失水控制困难等。 钻进中注意井眼清洁，一般直井及 3 0 。 以内斜井 ， 旋转黏度计 3读值不小于 3 ，大斜度井段及水平井 井段 ， 3读值应在 6以上 。与工程协调 ，适时搞好 短 起 下 。 根据施工井 的实际情况测量钻井液摩阻 ，必须 每天检测 ，加足 B Z S RH等润滑剂 以防止转盘负荷 2 0 1 1年第 4期 石油科技论坛1 1 大 ，起下钻附加拉力大，或者出现托压现象 ，保证井 下安 全 。 进入 目的层 。降低钻井液的滤失量 ，特别是控制 高温高压滤失量小于 1 5 mI ，中压滤失量小于5 m L， 控 制 钻 井 完 井 液 密度 ，尽 量 走 低 限 ，保 持 良好 的钻 井 完 井 液 性 能 ，减 少事 故 复杂 的发 生 ，缩 短 油层 浸泡 时 间 。 巾途完井或完钻前 5 0～1 0 0 m对井浆进行全面分 析 ，补充相』 、 迈 处理剂 ，调整好钻井液性能 ，以利 于 电测 。 下 套管前 利用软 件进行 套管 或筛管 下入摩擦 扭矩 预测计算 ，根据预测结果采取针对性措施 ，保证套管 或筛管安全下入。 3 ．3 现场应 用效 果分析 3 ． 3 ． 1 埕海一区现场应用情况 该钻井液体系在埕海一区 6口大位移水平井的成 功应用 ，有效抑制了上部泥岩地层的造浆 ，实现了钻 井液零排放 ；体系具有 良好的流变性和携岩性 ，振动 筛返砂颗粒均匀完整，定向无托压；庄海 8 N g H3 K井 定向井段的全角变化率最大达到 了6 ． 9 8 ，仍能保证起 下钻和下套管作业顺利。 采用 该技术实施井 ，平均钻井周期为 2 3 ． 0 4 d ， 在 井深 、井斜 同等条 件下 ，与 较前期 的钻井 相 比 周期平均缩短 1 5 ． 7 6 ％，试油 见油时 问缩短 为原来 的 1 1 4～1 ／ 8 ，综合性能优于西方钻井液公 司 ，而且 成 本 降 低 表 5 。 3 ． 3 ． 2 埕海 二 区现场 应 用情 况 在埕海二区前期实施井 中，分别由4家公一 J 采用 不 同的无机盐聚合物钻井液体系服务 ，完成井 中无 一 例外地发生了事故复杂 ，而采用 B H ER D钻井液 体系完成的6口井均现场施工顺利 ，有效抑制了沙河 街 组灰 泥岩地层 的坍塌 ，起下钻通畅 ，没有 出现划 眼和井漏复杂 ，电测一次成功 ，井径扩 大率均小于 1 0 ％，下尾管顺利，钻井周期随着实施经验的增加逐 步缩短 ，有效解决 了窄密度窗 口井壁稳定 的技术难 题 ，实现了低成本 、国产化 目标。对 比分析结果见表 6 、表 7 。 现 场试验 表 明 ，在现场 施工过 程 中 ，在钻井 液 { 加入抑制润滑剂 B Z YR H、抑制防塌剂 B Z Y F r ，有效 改善 了泥饼质量 ，控制 了较低 的钻井液滤失量 ，利用 复合有机盐 的强抑制性有效地清除了钻井液中的有害 固相，现场施工顺利 ，避免了事故复杂 ，减少 了储层 表 5 埕海 一 区试验 井 国 内外 钻 井液技 术应 用效 果对 比分 析 卜 ‘ 完钻 井深 ril1 底 位移 m 水 垂 比 d 钻 井 周 期 h 事 故 复 杂 损 失 钻 井 液 技 术 海 8 N m H 6 3 5 8 5 3 0 9 4 _2 7 2 ．8 8 2 7 ． 5 O 二开倒划至 9 5 8 m卡钻 海 8 N g H 3 3 9 8 0 3 3 0 4 ．9 7 2 ．6 O 2 8 3 O 1 9 3 4 m黏卡 J } 海 8 N g H4 3 6 5 1 3 0 2 2 ． 1 8 2 - 3 6 2 6 ． 5 O 二 开在 3 1 21 m 卜套管 前 期 西 方 国 际 公 嗣 庄海 8 E s H6 4 5 9 0 3 8 3 8 _ 2 7 2 ．5 1 3 2 ． 6 0 无 钾 盐 聚 合 物 技 术 海 8 E s H2 3 8 O 6 3 o 8 0 ． 3 4 2 ．O 3 2 5 ． o o 无 庄海 8 E s I 1 4 0 3 5 3 2 8 3 ．4 2 2 ．0 9 2 4 _2 O 无 平 均 3 9 4 1 2 7 35 『 E 海 8 Ng H1 K 3 9 6 4 3 1 3 6 -2 3 2 ．4 6 2 3 ． 8 7 无 戊海 8 Ng H3 K 3 9 4 5 3 2 6 8 ． 3 2 ． 5 7 2 3 ．5 无 庄海 8 E s I t 8 4 2 2 3 3 5 6 7 ．5 5 2 ． 3 2 3 2 3 8 无 后 期 BH ERI 大位 店海 8 E s H1 0 3 5 9 6 2 8 8 8 ． 1 9 1 _ 8 9 1 3 ．4 2 无 钻 井 液 技 术 庄海 8 E s L 9 3 8 5 0 2 8 8 3 ． O HD 1 ． 8 7 2 2 ．o o 7 t ； 序海 8 Ng H 6 3 4 8 6 2 9 1 8 2 - 2 8 2 3 ．0 6 无 庄海 8 Es L 5 4 3 4 0 3 7 3 1 ． 4 2 -4 1 3 0 ．0 0 无 1 2 石 油科技论 坛 2 0 1 1年第 4期 兰 竺 竺 竺 竺 至 竺 兰 l 表 6埕海二区前期施工井采用国内外钻井液技术指标统计 井 号 井深 m 地 层 事故复 杂 井斜 。 位移 m 钻井 液体 系 备 注 张海2 7 0 1 5 2 O 6 E S 井塌 、卡钻 4 9 ．4 l 3 5 8 4 U h r a D r i l 国际 技 术 1 张海 5 0 2 F H 5 3 8 5 E S 溢 流 9 6 ． 1 4 1 2 8 ．5 6 U l t r a d r i l 张海 2 1 2 3 L 5 1 1 2 E s 井漏 8 9 ．8 9 3 8 3 5 ．2 7 P E M 张海 1 3 2 6 L 4 0 2 l E S 卡钻 、井漏 6 6 ． 6 2 9 l 6 ． 1 1 P E M 国内知名技术 张海 3 4 1 9 H 3 7 1 8 E s 卡钻 7 6 ．8 l 1 4 9 5 ．2 4 P E M 张海 2 1 2 1 L 4 0 7 0 E s 卡钻 、划眼 、断钻具等 6 1 ． 9 1 7 4 3 K C L ／ E Z MU D P E M 国际技术 2 张海 1 3 - 2 5 L 3 9 7 4 E S 卡钻 落井 7 7 ． 1 6 2 0 1 O K C L P H P A 张海 l 1 2 2 L 3 5 8 0 E s 井 塌 7 8 ． 9 8 l 3 1 0 ． 6 1 K C L P HP A 公 司 以 前 技 术 张海 3 3 2 2 4 0 1 6 E s 套 管 5 1 _2 0 2 5 5 2 ． 9 7 甲酸 盐 正 电 聚 醇 表 7 埕海二区后期采用 B H E RD试验井综合技术指标统计 井 号 井深 In 地 层 事故复杂损失 h 最大井斜 。 井底位移 IT I 钻井周期 d 平均井径扩大率 ％ 电测 情况 张海 2 6 2 6 4 5 0 6 E S 无 5 3 ． 0 3 2 3 9 ．5 1 5 7 ．0 4 5 ． 2 一 次 成 功 张海 3 0 3 6 4 2 3 2 E S 无 3 2 ． 6 3 1 7 8 0 ． 3 4 5 4 ． 9 2 5 ． 9 3 一 次 成 功 张海 2 1 2 0 3 9 2 0 E S 无 4 3 ． 2 1 9 9 0 ． 3 7 3 9 ． 4 4 6 ． 0 一 次 成 功 张海 2 7 2 6 4 7 1 0 E s 3 7 ． 5漏失 5 3 - 2 3 4 0 6 -3 6 5 1 ． 7 未 测 张海 2 7 3 1 3 3 2 4 E S 无 6 4 1 0 8 7 -2 8 2 9 ． 6 1 5 ． 6 一 次 成 功 张海 2 1 2 7 4 7 8 l E S 无 6 1 ．4 3 2 8 7 ． 1 7 6 0 33 9 ． 6 一 次 成 功 浸泡 时间 ，达 到 了保护 油气层 的效果 。1 2口井进入 目 的层井段，现场取浆测得渗透率恢复值达 9 0 ． 5 6 ％，钻 至油层井段，均见到 良好油气显示，其中庄海 8 E s H8 井试油获得 E t 产 4 0 t 的原油产量。 4结论与建议 1 研发的 B H E R D大位移钻井液体系核心主剂 及高性能水基钻井液体系配方 ，综合性能达到或超过 国外泥浆公司的技术水平 。 2 在大港油 田埕海一区、二区 1 2口大斜度、大 位移井的现场应用过程中 ，成功解决 了井壁稳定 、井 眼净化 、润滑防卡等技术难题 ，为大港油 田滩海油气 资源实施 “ 海油陆采”战略提供 了钻井液技术支撑。 3通过现场应用 ，形成了成熟的现场施工工艺 技术规范 ，操作简单 、方便 。 4研发的新 型钻井液体系安全 、环保 ，适合 于沿海 、滩涂探井 、生产井施工应用 ，建议进一步 推广 。 5 该钻井液体系成本相对较高 ，建议 回收利用， 降低综合成本 。 【 参考文献 】 [ 1 ] 洪培 云， 潘世奎 ． 水平 井钻 井液 与完井液 【 M】 ． 北京 石 油 工业 出版 社 ， 1 9 9 9 3 3 2 ． 【 2 1 石油钻井有限责任公 司钻井液分公司． 钻井液技术手 册 [ M】 ． 北京 石 油工业 出版社， 2 0 0 5 2 7 0 2 7 4 ． 【 3 】 徐同台， 赵忠举． 2 1 世纪初 国外钻井液和完井液技术 【 M】 ． 北京 石 油工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． f 4 1 杨庆理， 秦文贵， 郑毅． 关于中国石油钻井业务转变发 展方式的几点思考U 1 ． 石油科技论坛， 2 0 1 0 ， 2 9 4 1 5 ． 收稿日期2 0 1 1 - 0 7 1 8 o 2 0 1 1 年第 4期 石油科技论 坛1 3