苏丹六区低伤害防塌钻井液技术.pdf

第 3 8卷 第 2期 2 O l 0年 3月 石 油 钻 探 技 术 P ETROI EUM DRI LI 1 NG TECHN1 QUE S Vo1 ． 3 8 NO ．2 M a r ．， 2 0l 0 ． ．固井与 泥 浆 苏丹 六 区低伤 害 防塌钻 井液技术 张凤英 鄢捷年 周劲辉 范 旺 1 ．石油工程教育部重点实验室 中国石油大学 ， 北京 昌平1 0 2 2 4 9 ； 2 ．中国石 油 长城钻探工程有 限公 司， 北京1 0 0 1 0 1 摘 要 针对 苏丹六区钻井过程 中易于发 生井壁 失稳和 对储层 损 害大的 问题 ， 基 于理 想充 填暂堵 剂和成 膜剂 的协 同增效作用 ， 在该地 区原用 K C 1 ／ 聚合 物钻井液基础上 ， 优 选 出一种 新型低 伤害防塌钻 井液 。室 内试验 结果表 明 ， 该钻井液具有优 良的抑 制性 能 ， 与原 用钻 井液相 比， 可显 著 降低 钻 井液的 滤失量 ， 岩 心渗透 率恢复 率可提 高至 8 8 ． 3 2 ， 具有显 著的储层 保护效果 。该钻 井液在 两 口试验井三开 井段进行 了现 场试验 ， 并取得 了良好 的 井眼稳定 及储层保 护效果 ， 有效 解决 了泥页岩地层井壁失稳和保护 高孔、 高渗储层 的两大技 术难题 。 关 键 词 理 想 充 填 ；成 膜 剂 ；暂 堵 剂 ；防塌 ；钻 井 液 ；钻 井 液 性 能 ；防 止 地 层 损 害 中图分 类号 T E 2 5 4 ’ 。 ． 3 文献标 识码 A 文章编号 1 0 0 卜0 8 9 0 2 0 1 0 0 2 0 0 4 3 0 4 苏 丹六 区是 我 国在苏 丹油 气勘 探 开发 的重 点 区 块 之一 。该 区 储 层 渗 透 率 为 1 4 5 ． 0 ～ 8 6 4 7 ． 6 1 0 t L m ， 孔 隙度 1 8 ． 7 ～4 1 ． 4 ， 属 于高 孔 、 高 渗 储 层 。储层 中泥 质 含 量较 高 ≥ 1 0 ， 黏土 矿 物 以 伊利 石 和伊／ 蒙混 层 为 主 ， 其 中伊 ／ 蒙 混层 的 相 对 含 量 为 2 5 ～ 4 1 ， 因 而 储 层 表 现 出 较 强 的 水 敏 特 性 ， 容 易发 生 黏 土 水 化 膨 胀 或 剥 落 掉 块 ， 引 起 井 壁 失稳 。 该 区 曾使 用 过 多 种 抑 制 性 水 基 钻 井 液l_ 1 ] ， 如 K C 1 ／ 聚 合 物 、 K C 1 ／ 石 灰 ／ 聚 合 物 以 及 KC 1 ／ 聚 合 醇 钻井 液 体 系等 ， 虽 然 钻 井 液 性 能 都 比 较 好 ， 但 在 钻 井 过 程 中 井 壁 垮 塌 严 重 ， 平 均 井 径 扩 大 率 一 般 在 1 5 以上 ， 一 些 油 气 井 经 试 油 测 得 的 表 皮 系 数 较 大 ≥ 8 。这 些在 一 定 程 度 上 造 成 建 井 周 期 延 长 ， 而 且 油 井 无 法 达 到 预 期 的 产 能 。 为 此 ， 笔 者 利 用 理 想充 填 暂 堵 剂 和 成 膜 剂 的 复 配 增 效 作 用 ， 在 原 用 KC 1 ／ 聚合 物 钻 井 液 配 方 的基 础 上 ， 通 过 试 验 优 选 出一 种 新 型低 伤 害 防 塌 钻 井 液 体 系 。室 内试 验 和现 场 应 用 均 表 明 ， 该 钻 井 液 具 有 显 著 的 防 塌 和 保 护 储 层 的效 果 。 新型钻井液配方优选 针 对 苏丹 六 区 的储层 特 性 及 潜 在 的损 害 机 理 ， 应 优选 出抑制 、 封堵 性 强 的钻 井 液 体 系 。笔 者 所 采 取 的主要 思路 是 应 用 理 想 充填 原 理 确 定 钻 井 液 中 暂堵 剂 的粒 度 分 布 及 适 宜 用 量 ， 并 合 理 使 用 半 透 膜 和隔 离膜 钻 井 液 处 理 剂 。通 过 大 量 试 验 发 现 ， 暂堵 剂和 成膜 剂具 有 复配 增 效 作 用 ， 将 两 类 处 理 剂 按适 宜 的 比例 加入 到钻 井 液 中 ， 取 得 的 防塌 和 保 护 储 层效 果 明显好 于 单独 使用 理想 充填 暂 堵剂 或者 成 膜 剂 l_ 3 ] 。 1 ． 1 暂堵 剂颗 粒 尺寸优 选 选取 苏丹六 区 F N4 8 井 的储 层 资料 作为 优选 暂 堵剂 的依据 ， 该井 储层 的最大渗 透率 为 1 6 8 01 0 t i m ， 利用 经 验公式 K⋯ 一 d 。 。 _ 4 将 最 大渗 透率 折算 成储 层 最大 孔喉 直径 ， d 。 。 一4 0 ． 9 9 mm。应 用 中 国石 油大学 北 京 自主研 发 的“ 理 想充填 暂堵 剂优化 设计 软件” _ 5 ] ， 可确 定 3种 不 同粒 径 的酸 溶 性 暂 堵 剂 细 目 C a C 0 3 的复 配 比例 为 1 0 0 0目 D 5 0 0目 D 1 0 0目 一1 0 6 0 3 0 ， 并 自动绘制出该复配暂堵 剂 的优 化 曲线 ， 见 图 1 。 图 1中黄 色 曲线 为 储 层保 护基 线 ， 但 实 际应 用 中 由于 暂堵 颗粒 在 环 空 中循 环 时 有 一定 磨 损 ， 根据 国外 M I 钻井 液公 司 的经 验 ， 最 好使 设 计 曲线 稍往 收 稿 日期 2 0 0 9 - 0 1 - 0 7 ； 改 回 日期 2 1 0 一 O 3 0 4 基 金项 目 国 家 抖技 部 国 际 合 作研 究 项 目“苏 丹 油 田 重 点 区 块 保 护储 层 的 钻 井 液 完 井 液技 术研 究” 编 号 2 0 0 8 KR0 4 2 1 和 国 家 自然 科 学基金 项 目“ 低 孔低渗 油 气储 层损 害机理 及有 效保 护方 法研 究” 编 号 5 0 9 7 41 2 9的 部 分 研 究成 果 作者简 介 张凤 英 1 9 8 1 ， 女 ， 天津大港人 ， 2 0 0 6年毕 业于 西 南石 油大学化 学_T - 程 专业， 在读博 士研 究生， 主要从 事油田化 学及 油 气层 保 护 技 术 方 面的 研 究 工作 。 联 系方 式 0 1 0 8 9 7 3 3 8 9 3 ， g l y h 2 0 0 0 1 6 3 ． C O F I I 石 油 钻 探 技 术 妊 蛏 田 j车 艇 靴 圈 1 F N 4 - 8井理想充填 复配暂堵剂的优化曲线 右偏移 ， 蓝 色 曲线 即为实 际应用 的优 化 曲线 。 通 过试验 ， 暂堵剂 的合理加量 确定为 3 ～4 。 1 ． 2成膜 钻 井液处 理剂 的确定 根据 近期成膜钻井 液的研究成 果_ 6 ] ， 利用 “ 双膜 ” 的化学 固壁 和保 护储层作用 ， 将 国 内应 用较广 泛 的两 种成膜剂复 配使用 。一种 是半透膜 处理剂J Y w一 1 ， 另 一 种是隔离膜 处理剂C MJ 一 2 。经 过试验 分析 ， 确定 两 者的适合加量 为 1 ． 5 C MJ 一 2 1 ． 0 9 ／ 6 J Y w一 1 。 1 ． 3 低伤 害 防塌钻 井液 配方 的确定 在 苏丹 六 区原用 钻 井 液 配方 基 础上 ， 应 用 理想 充 填原 理_ 7 ] 和成 膜钻 井 液 技 术_ 8 ] ， 通 过 试 验 优 选 出 适 合该 地 区 钻 井 的 新 型 低 伤 害 防 塌 钻 井 液 典 型 配 方 3 ． 0 膨 润土 0 ． 4 KPAM 2 ． 0 PAC L V 2 ． 0 XY一 2 7 2 ． 0 NH HP AN 3 ． 0 oA F T一1 7 ． 0 KC I 0 ． 3 KOH3 ． 0 理 想充 填 暂 堵 剂 1 ． 5 CM-I _ 2 1 ． 0 J YW 一 1 。 2 钻井液性 能评价 2 ． 1常规 性能 评价 分别对 苏丹六 区原 用 、 常规 暂堵 、 理想充 填及 低 伤 害 防塌 4种钻 井液 进 行 了常 规性 能测 试 ， 测 试 结 果 见表 1 。从 表 1可 以看 出 ， 各 种 钻 井 液 均 具 有 良 好 的流变性 ， AP I 滤 失量均 低 于 5 mL 。但 其 中低伤 害 防塌钻井 液 的 AP I 滤 失量 最 低 ， 常规 性 能较 其 他 3种钻井 液更 为优 异 。 表 1 4种钻 井液的常规性 能 1 ． 0 9 2 6 ． 0 2 1 5 ． 9 0 4 ． 3 1 0 老化前 1 ． 0 9 3 2 ． 0 2 7 6 ． 4 0 4 ． 7 1 O 老化后 注 老化条件为 1 5 0℃下热滚 1 6 h ； 1 配方 为苏丹六 区原用钻井液 3 ． O 膨润土 0 ． 4 ％KP AM2 ． 0 P AC L V2 ． 0 x Y一 2 7 2 ． O NH HPAN3 ． 0 F T 一 1 7 ． O AKC l ； 2 配方 为 1 配方 o ． 3 Y o KOH3 ． 0 ％ 5 0 0目C a C O3 暂堵剂 ； 3 配方为 1 27 y o ． 3 ％KOH3 ． o oA 优化 Ca C O3 暂堵剂 ； 4 配方 为 3 配方 1 ． 5 C MJ - 2 -4 - 1 0 J YW- 1 。下同 。 2 ． 2 高 温高 压滤 失量 评价 依据储 层温度 的 上 限 ， 试 验 温 度设 定 为 1 4 0℃ ， 压 差 按照测 试标 准 为 3 ． 5 MP a 。对 4种钻 井液 在热 滚 1 5 0℃ ， 1 6 h 前 、 后 的高 温高 压 HTHP 滤失 量 进 行 了测试 ， 结果 见 图 2 。 从 图 2可 以看 出 ， 在 4种钻 井液 中 ， 新 型低 伤害 防塌钻井液在热滚后的 HTHP滤失量最低 ， 表明其 在井 下 高温 高 压 条 件 下 的 降滤 失 性 能 最好 。3 钻 井液 因加入 了较 粗 的暂堵 剂颗 粒 ， 而 滤 纸 为 均 质 的 渗滤介 质 ， 因而 HTHP滤 失量较 高 。如果 将非 均质 钻井液配方 图 2 4种 钻 井液 老 化 前 后 的 HT HP滤 失 量 8 5 2 9 6 3 O r 1 目＼ 卿水 } I } I 第 3 8卷 第 2期 张凤 英 等 苏丹 六 区低 伤 害 防 塌 钻 井 液 技 术 的岩石 作为 渗滤 介质 ， 预计 不会 出现 这 种情况 。 2 ． 3润 滑性 能评 价 将 4种 配方 钻 井 液 在 1 5 0℃ 温 度 下 老 化 1 6 h 后 ， 使用 E P极 压润 滑仪 分别 测 定 了其极 压 润 滑 系 数 ， 结果 为 1 、 2 、 3 和 4 配方 钻井 液 的极 压润 滑 系数 分别 为 0 ． 1 8 5 3 、 0 ． 1 9 7 5 、 0 ． 2 0 1 5和 0 ． 1 5 O 1 。 由此 可 看 出 ， 4种 钻井 液 的极 压 润 滑 系数 均 较 低 ， 均 具有 良好 的润 滑 性 能 ， 但新 型 低 伤 害 防 塌 钻 井 液 的 润滑 性 能更优 。 2 ． 4页岩 膨胀 性 评价 应用 NP 一 0 1型页岩膨胀仪 ， 测定 了钠膨润土压 制岩 心在原 用 钻井 液及低 伤 害 防塌 钻 井液 滤液 中的 膨胀量 随时 间 的变 化 ， 结 果 见 图 3 。从 图 3可 以看 出 ， 在 相 同试验 条 件 下 ， 与 原 用 钻井 液 相 比 ， 低 伤 害 防塌钻 井液 的页 岩膨 胀性 明显 降低 。由于暂 堵 剂为 惰 性颗 粒 ， 对 钻 井液抑 制 性影 响不 大 ， 故 未进 行其 他 两种钻 井液 的膨 胀性 试验 。 图 3优化钻 井液 与原 用钻 井液的页岩膨胀性对 比 2 ． 5岩屑 滚 动 回收率 评价 按 照钻井液 行业测试 标准 ， 对 4 种 钻井 液及 清水 的岩屑滚 动 回收 率进行 了测试 ， 结果 见 图 4 。试验 用 岩屑取 自F N4 8井邻井的 A b u Ga b r a地层 。从图 4 可以看 出 ， 在 4种 钻井 液 中， 低 伤 害 防塌 钻 井液 的岩 屑 滚 动 回收率 最 高 ， 表 明其 抑 制 岩 屑 分 散 的性 能 最 好 。同时也说 明 ， 暂堵剂 的加人 与钻井 液抑制 性基 本 无关 ， 而成膜剂 的加入 可明显提 高钻井液 的抑制性 。 1 O0 擂 水 1 2 3 4 试验流体 图 4各 种钻 井液及清水的页岩 回收率试验对 比 2 ． 6岩 心渗透 率恢 复 率评 价 为了评价低伤害防塌钻井液的储层保护效果 ， 使 用 J HMD 一 2型 岩心 动态 污染 损 害 评价 试 验装 置 ， 进行 了岩心 污染 试 验 ， 并 与 其 他 4种 钻井 液进 行 了 比较 。 由于缺少 具 有 代 表 性 的储 层 岩 心 ， 故选 用 具 有相 似 矿 物 组 成 和 岩 石 物 性 的 露 头 岩 心进 行 了试 验 ， 结果 见表 2 。由表 2可见 ， 经低 伤 害 防 塌钻 井 液 污染 后 ， 岩心 的 渗透率 恢 复 率 达 到 8 8 ． 1 1 ， 在 5种 钻井 液 中最高 ， 从 而 表 明 同 时 加入 理 想 充 填 暂 堵 剂 和成 膜剂 对储 层保 护具 有 协 同增 效 的作 用 。 表 2 经五种钻井液污染后砂岩露头岩心的渗透率恢复率 3 现场应用 目前 ， 新 型低 伤 害 防塌 钻 井 液 已 在苏 丹 6区的 KE 一 2 7井 和 F N4 8井应 用 ， 并取 得 了 良好 的井 眼 稳 定及储层保护预期效果 ， 与原用 KC 1 ／ 聚合物钻井液 相比， 具有更好 的井壁稳定和储层保护效果。 3 ． 1 KE 一 2 7 井 KE 一 2 7 井位 于 苏丹 六 区东北 部 ， 设 计 井深 2 3 2 7 m， 实 际完 钻井 深 2 3 2 7 m， 为 三 开结 构 。该 井 三开 井段所使用新型低伤害 防塌钻井液的主要性能为 密 度 1 ． 1 8 k g ／ L， 表 观黏 度 3 0 mP a s ， 塑 性黏 度 2 1 mP a S ， AP I 滤失 量 4 mL， p H 值 1 O 。 ∞ ∞ ∞ 加 0 姗 直 永 石 油 钻 探 技 术 该 井 整 个 三开 井 段井 眼相 当 规则 ， 基 本 上 未 出 现缩径 和井 径扩 大 的现象 ， 平 均井 径 扩 大 率 从 过去 的 1 5 以上 降至 5 以下 ， 这 充 分 表 明低 伤 害 防塌 钻 井液 有利 于维 持 易坍 塌 泥 页 岩 地 层 的井 壁 稳 定 。 该 井三 开井 段所 返 出岩 屑 具 有 较 强 的硬 度 ， 成形 性 好 ， 消 除 了过 去起 泥球 和糊 振动 筛 的现象 ， 表 明该钻 井 液具 有优 良的抑制性 能 。 经 试油 ， 该井 的油 气 显示 良好 ， 生产 稳 定 ， 日产 油达 9 5 t ， 为邻 井 的 3 ． 3 倍 。 目前该 井 日产 油稳 定 在 9 0 t 左右 ， 达 到 了预 期 目标 ， 表 明储 层 保 护 取 得 了显著 效果 。 3 ． 2 F N4 - 8井 F N4 8 井 是一 口开 发 井 ， 位 于苏 丹 六 区 F u l a区 块 。该井设计井深和完井 井深均 为 2 4 0 0 m， 钻井 周期 2 0 d 。该井三开井段所 使用新 型低伤害 防塌钻井 液 的 主要性能为 密度 1 ． 1 5 k g ／ L ， 表观 黏度 2 7 ． 5 m P a S ， 塑性黏度 1 9 m P a S ， A P I 滤失量 4 H ， p H值 1 O 。 该 井三 开井 段在钻 进 过程 中共起 下钻 1 4次 ， 其 中仅有 1次发 生 轻微 的超 拉现象 ， 其 他 1 3次均 顺利 下钻 到底 ， 表 明三 开井 段井 眼稳 定 ， 未 出现 缩径 或井 眼坍 塌 等 问题 。该 井 三开井 段平 均井 径扩 大率 低于 5 。 目前该 井 尚未投 产 ， 储层保 护情 况有 待 于试油 后 进行 跟踪 评价 。 4 结 论 1 在 苏 丹 六 区 原 用 KC 1 ／ 聚 合 物 钻 井 液 基 础 上 ， 利用 理想 充填 暂堵 剂 和成膜 剂 的协 同增效 作用 ， 优 选 出一种 适合 于苏 丹六 区 的新 型 低伤 害 防塌钻井 液体 系 。室 内试验 表 明 ， 其抑 制性 有 明显提 高 。 2 岩心 动态 污 染 评 价 试 验 和 动 滤 失 试 验 均表 明 ， 新 型低 伤 害防 塌钻 井 液 比原 用钻 井 液 有 更好 的 储层保 护 效果 ， 其岩 心渗 透率恢 复率 可达 8 8 ． 3 2 。 3 新 型低 伤 害 防塌 钻 井 液 体 系 的 总体 性 能优 良， 理 想充 填暂 堵剂 和 成 膜 剂 的加 人 显 著 降 低 了钻 井液 的滤 失量 ， 而对钻 井 液流 变性没 有显 著 的影 响 。 该钻井 液 的 HTHP滤 失量 较低 ， 抗温 可达 1 5 0℃ 。 4 两 口井 的现 场应 用表 明 ， 新 型低 伤 害 防塌钻 井液克 服 了原用 KC 1 ／ 聚合 物钻井 液体 系 的弱点 ， 井 壁稳定 性 明显提 高 ， 储 层 保护达 到 了预期效 果 ， 能够 满足苏 丹六 区优 快 钻 井 和保 护 储 层 的要 求 ， 具有 良 好 的推 广应 用前 景 。 参 考 文 献 [ 1 ] 郭健康 ， 鄢捷年 ， 范维旺 ， 等． KC 1 ／ 聚合 物钻井液 的改性及其 在 苏丹 3 ／ 7区的应用[ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 5 ， 3 3 6 2 8 3 1 ． [ 2 ] 孙金声 ， 汪世 国， 张毅 ， 等． 水基钻井 液成膜技术 研究[ J ] ． 钻 井 液 与 完 井 液 ， 2 0 0 3 ， 2 0 6 6 - 1 0 ． [ 3 ]叶艳 ， 鄢捷年 ， 邹盛礼 ， 等． 碳酸盐岩 裂缝性储层 钻井液损 害评 价新方法口] ． 石油学报 ， 2 0 0 8 ， 2 9 5 7 5 2 7 5 6 ． r 4 ]Ha n d s N， Ko wbe l K， Ma i k r a n z S ． Dr i l l i n g i n f l u i d r e d u c e s f o r ma t i o n d a ma g e ， i n c r e a s e s p r o d u c t i o n r a t e s [ J ] ． Oil Ga s J o u r n a l ， 1 9 9 8， 9 6 2 8 6 5 - 6 8 ． [ 5 ] 舒 勇， 鄢捷年 ， 宋付英 ， 等． 暂堵剂 图解优化新方 法在钻井液 设 计 中的应用 _ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 6 4 8 - 5 1 ． [ 6 ] 袁春 ， 孙金声 ， 王平全 ， 等． 抗高温成膜降滤失剂 C MJ - 1的研 制 及其性 能[ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 4 ， 3 2 2 3 0 3 2 ． [ 7 ] 鄢捷年 ， 赵胜英 ， 王兆霖 ， 等． 理想充 填油气层保 护技术在青 海 油田深探井 中的应用[ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 7 ， 3 5 4 5 3 - 5 5 ． E 8 ] 罗向东， 罗平 亚． 屏 蔽式 暂堵 技术 在储 层保 护 中的应 用研 究 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 1 9 9 2 ， 9 2 1 9 - 2 7 ． [ 审稿刘贵传 ] An An t i Sl o u g h i ng a n d Lo w Da m a g e Dr i l l i ng Fl u i d Us e d i n Bl o c k 6，S u d a n Zha n g Fe n g y i ng Ya n Ji e ni a n Zho u J i nh u i Fa n W a n g 1 ． MOE Ke y La b o r a t o r y o f Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g，C h i n a Un i v e r s i t y o f P e t r o l e u m，C h a n g p i n g， Be i j i n g， 1 0 2 2 4 9 ，C h i n a；2 ． Dr i l l i n g Fl u i d C o mp a n y，CNPCG r e a t Wa l l Dr i l l i n g C o ． ，Be i j i n g，1 0 0 1 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t W e l l b o r e s l o u g h i n g a n d r e s e r v o i r d a ma g e a r e p r o n e t O O c c u r d u r i ng d r i l l i n g f o r ma t i o n s wi t h h i g h p o r o s i t y a n d h i gh p e r me a b i l i t y i n bl o c k 6，S u d a n ．A l o w d a ma ge a nt i s l o u g h i n g d r i l l i n g f l u i d wa s d e v e l o p e d b a s e d o n o r i g i na l KC1 p o l y me r d r i l l i n g f l u i d u s i n g i d e a l b r i d g i n g a g e n t s a l o ng wi t h f i l m f o r mi n g a g e nt ．La b t e s t s i n d i c a t e t h a t t h i s d r i l l i n g f l u i d p e r f o r ms g o o d i n h i b i t i o n c o mp a r e d wi t h o r i gi n a l o ne ，a n d c a n r e d u c e f l u i d l o s s r e ma r k a b l y a n d i mp r o v e c o r e r e c o v e r r a t i o u p t o 8 8 ． 3 2 ，a nd b e h a v e s r e ma r k a b l e r e s e r v o i r p r o t e c t i o n e f f e c t i v e ne s s ．Th i s d r i l l i n g flu i d wa s t e s t e d i n t wo we l l s d u r i n g d r i l l i n g t h e t h i r d h o l e s e c t i o ns a n d a c h i e v e d be t t e r we l l b o r e s t a b i l i t y a n d r e s e r v o i r p r o t e c t i o n，a nd r e s o l v e d t e c hn i c a l c ha l l e n g e s o f b o t h we l l b o r e c a v i ng a n d f o r ma t i o n d a ma g e s ． Ke y wo r d si d e a l pa c ki n g；f i l m f or mi ng a ge nt ；t e m p o r a r y bl o c ki ng a ge nt ；h ol e s l o u ghi ng p r e ve nt i o n； d r i l l i ng f l u i d；dr i l l i n g f l ui d pr o pe r t y；f o r m a t i o n da m a g e pr e v e n t i o n