张店油田地层水钻井液体系研究及应用.pdf

第 2 5卷 第 3期 2 0 0 8年 5月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI L LI NG FI UI D COMPL ETI ON FL UI D Vo 1 ． 2 5 NO ． 3 M a y 2 0 0 8 文 章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 3 0 0 4 3 0 3 张店 油 田地层水钻 井液体 系研 究及应用 薛建 国 邱建君 刘魁威。 陈新 安 孙 中伟 1 ． 河南石油勘探局 ， 河南南 阳； 2 ． 河南油 田石油工程技术研究院钻井所 ， 河 南南 阳 ； 3 ． 长江大学石油工程学院 ， 湖北荆 州 摘 要 张店油 田地层亏空严重， 储层水敏性 强， 同时岩性破碎 ， 提 出用地层 水配 制钻 井液， 以期通过 提高钻 井 液与储层的配伍性来达 到保 护油层的效果。但 张店油 田地层水矿化度为 7 7 0 7 ～2 0 3 3 1 mg ／ I ， 不利 于基浆的配制 和钻 井液 的胶体 稳定 性。通过 室 内实验， 优选 出了张店油 田地层水 钻井液体 系 ， 并进行 了 5口井 的现场试验 。应 用结果表 明， 该地层水钻 井液体 系能满足钻 井工 艺要求， 抑制地层造浆效果好 ， 井径规 则， 起 下钻无遇 阻遇卡现象 ， 并满足 了油层保护的要求。 关键词 地层水 盐水 钻井液 钻井液配方 防止地层损害 张店 油田 中 图分 类 号 TE2 5 4 ． 3 文 献标 识 码 A 张店油 田位于河南油田南阳凹陷东南部断鼻构 造 带 ， 随着开 发程 度 的 加 大 ， 该 油 田地 层 亏 空 严 重 ， 部分 老井或 其附 近 区域 地层 压 力 由 2 2 MP a降 到 9 MP a 左 右 ； 同时 ， 该 区块 岩 性破 碎 ， 井 型 以定 向井 或 大斜度 井为 主 ， 且储 层水 敏性 强 ， 钻 井过 程 中易 出现 井 壁垮塌 、 缩径 等 复杂情 况 ， 这 就加 剧 了油层 保护 和 井 壁稳定 之 间的矛盾 。为 了进 一步 提高 钻井 液与 储 层 的配伍 性 ， 增 强钻 井液 对油 层 的保 护 效果 ， 提 出全 井 用 地 层 水 配 制 钻 井 液 的 创 新 思 路 。 在 资 料 调 研 ] 的基础 上 ， 通 过 室 内实验 ， 研 究 出 张店 油 田地 层 水钻井 液 ， 并 进行 了 5口井 的现场 试 验 。 1 储层特征及潜在损害 因素 该油 田储层 主要 分 布 在核 桃 园组 H。 Ⅱ一 H。 Ⅱ， 非均 质性严 重 ， 渗透 率为 3 ． 2 1 0 ～6 9 5 ． 0 1 0 ,u m。 不等 ， 造成 了损 害 机 理 不 同。 H。 Ⅱ一 H。 Ⅱ地 层 中黏 土矿物 绝 对 含 量 高 的达 7 ． 0 ～ 9 ． 1 ， 伊 ／ 蒙 混层 含量高 达 4 4 ， 并 多 以充 填 式 分 布 ， 形 态 以木 耳 状和蜂 窝状 为 主 ， 膨胀 性较 强 ， 当工 作液抑 制性 较 差 时 ， 极 易引起 黏 土 矿 物水 化 膨 胀 ， 导 致 孔 喉 缩 小 ， 渗透率下降。储层水敏为中到强 ， 碱敏为中等， 孔喉 中值半径为 1 ． 5 0 ～1 0 ． 7 1 r n ， 不匹配 固相易进人储 层堵 塞孔 喉 。在钻 井 过 程 中 为 了稳 定 井 壁 ， 均 采 取 了正 压差 钻进 ， 采用 的钻 井 液体 系均 为淡 水 聚 合 物 钻 井 液 ， 该 钻井 液在 正 压 差 的 作用 下进 人 油 层 引起 了 固相 堵塞 和水 敏损 害 。实验 结 果 表 明 ， 钻 井 液损 害率 为 3 3 ～ 5 0 ， 其 中液 相 损 害率 为 2 5 ～ 42 。 2 室 内实验 1 地层 水水 质分 析 。张店 油 田地 层水 总矿 化度 为 7 7 0 7 ～2 0 3 3 1 mg ／ L， C 1 一 浓 度 为 2 0 1 6 ～ 1 0 4 7 3 mg ／ L， HC O。 一浓 度 为 2 1 6 7 ～ 2 7 4 2 mg ／ L， K 、 Na 、 C a 抖 、 Mg 。 等 阳 离 子 浓 度 为 3 5 5 6 ～ 7 0 1 3 mg ／ L， p H 值 为 7 ． 2 0 ～8 ． 4 2 ， 属于 重 碳酸 钠水 型 ， 重 金属、 细菌类含量较低 ， 均在环境保护要求范围内。 2 地 层水 造 浆 能 力 评 价 。取 张店 油 田地 层 水 ， 加人 0 ． 3 纯 碱 和 不 同加 量 的 膨 润 土 进 行 造 浆 实 验 ， 结果见 表 1 。 表 1 地 层 水 造 浆 实 验 结 果 配 方№ 膨 土 pH 1 0 0 2 8 2 0 ．3 4 3 O 2 1 ． 0 3 0 ．3 5 3 O 2 1 ． O 4 0 ．3 6 3 0 3 0 ．5 5 0 ．3 7 31 3 0． 5 第一作者简介 薛建国 ， 高级工程师， 1 9 5 8年 生， 1 9 8 2年 毕业于华东石 油学院钻 井工程专 业， 现任河 南石 油勘探局 副总工 程师。地址 河南省南阳市河南油田石油工 程技 术研 究院钻井所； 邮政编码 4 7 3 1 3 2 ； 电话 0 3 7 7 6 3 8 5 6 9 6 9 ； E - ma i l x j g 0 5 0 3 一 c n s i n a ． c o rn。 O O O 9 9 9 ∞ 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 5月 由表 1可知 ， 随着膨 润土 加量 的增加 ， 地层 水浆 黏度变化 很小 且 一 直 很 低 ， 滤 失 量 在 9 0 mI 以上 ， 因此 该地层 水不 利 于膨 润土 造浆 和钻井 液 的胶 体稳 定性 。 3 抗盐 增黏 剂 的优 选 。以 3 配方 为基 浆 优 选 抗盐增 黏 剂 ， 实 验 结 果 见 表 2 。 由表 2可 以看 出 ， HV C MC的抗盐 提黏 和降滤 失效 果最好 。 表 2 增黏剂优选 实验 结果 4 HV C MC的增 黏效 果评 价 。HV C MC的增 黏效果 见表 3 。由表 3可 以看 出， 在 地 层 水 中加 入 0 ． 5 HV C MC后 ， 漏 斗 黏度 由 2 8 S 提高 到 3 5 S ； 随 膨 润土加 量 由 4 增 加 到 7 9 ／ 5 ， 漏 斗 黏 度 由 4 5 S提 高 到 5 9 S ， 说 明膨 润 土 与 HV C MC形 成 了一 定 结 构 ， 自由水减少 ， 滤失 量 降到 6 ． 4 mI 。 表 3 HV OMO 的增 黏 效 果 3 地层 水钻井 液优选 对地层水钻井液配方进行了优选 ， 结果见表 4 。 从 表 4可 以看 出 ， 在 3 配方 基础上 ， HV C MC、 螯 合 金 属 聚合物 、 P AC系 列 和 KP AM 的复 配 使 用 效 果 较好 ， 能够提高钻井液的黏度 、 切力 ， 将滤失量降低 到 6 mI 以下 ； 7 配方 的抗温性较差 ， 其余配方的抗 温性均 好 。因此虽 然 地 层 水造 浆 性 差 ， 通过 合 理 匹 配其它 处理剂 能 达 到所 需 要 的 黏度 、 切 力 。钻 井 液 配方 如下 。 6 3 0．5 HV CM C 1 SFT 1 S PNH一 Ⅲ 0 ． 3 CM P 一 1 0 ． 3 P AC1 4 2 0 ． 5 SHN一 1 7 3 0 ．5 HV C MC 1 ％ S FT 0 ． 3 KP AM 0 ．3 P AC1 4 2 1 S PNH I I I 0 ．5 ％ SH N一 1 8 3 0 ．5 H V CM C 0 ．3 PAC1 4 1 0 ． 3 P AC] 4 2 1 S PNH I I I 1 ％S FT 表 4 地层水钻 井液优选实验结果 注 热 滚 条件 为 9 O ℃ 模 拟 张 店 油 田井F循 环 温 度 、 1 6 h。 4 地层水 钻井液性能评价 4 ． 1 抗钻 屑污 染能 力 实验选 用 张 1 3 0 7井 井 深 1 0 0 0 m 处 分 散 性 较 强 的粒径 为 2 ． 0 0 43 ． 2 0 mm 的泥 页岩评 价蒸 馏 水 、 3 、 6 和 8 配 方 的抗 污染 能力 ， 实验结 果见 表 5 。 表 5 地 层水 钻 井 液抗 钻 屑 污染 实 验 结 果 配方岩 oA 屑 P P V ． Y P P FL 。 回 率 蒸馏水0 3 2 ． 5 热滚后 3 0 6 8 ． 1 热 滚 后 6 7 3 1 1 1 ． 5 4 ． 4 养护 2 4 h 6 1 0 3 4 1 2 ． 0 4 ． 2 养护 2 4 h 6 1 0 3 4 1 4 ． 0 3 ． 8 8 6 ． 7 热滚后 8 1 0 3 4 1 3 ． 5 4 ． 6 8 5 ． 9 热滚后 注 热 滚 条 件 为 9 O ℃ 、 1 6 h。 由表 5可知， 6 和 8 配方加入岩屑后的黏度、 切 力变化不大， 滤失量有所降低。岩屑在蒸馏水中的回 收率只有 3 2 ． 5 9 ／ 6 ， 在地层水配制的基浆中回收率提高 到 6 8 ． 1 ， 在 6 和 8 配方 中的回收率 达 8 5 以上 。 由此 得知 ， 地层水钻井 液体系 的抑制效果好 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 3期 薛建 国等 张店 油 田地层 水钻 井液 体 系研 究及 应 用 4 5 4 ． 2 渗透率恢复值评价 取 张 7 井 H Ⅲ层 位 岩 心 ， 在 压 差 为 3 ． 5 MP a 、 温度为 9 0℃、 剪切速率为 1 8 0 s 条件下进行渗透 率恢 复值实 验 ， 结 果见 表 6 。由 表 6可 以 看 出 ， 地 层 水钻井 液体 系的 岩心渗 透率恢 复值 明显好 于淡 水钻 井液 。 表 6 渗透 率恢 复值评 价结果 4 ． 3 体 系性能 的可 调性 现 场使用 的钻井 液需 要根 据 实际情 况进 行性 能 调 整 ， 因此对该 体 系性 能 的可 调性 进行 了评 价 ， 结 果 见 表 7 。由表 7可 以看 出 ， 可通 过改 变处 理 剂 浓 度 来 调整体 系 的黏 度 ， 通 常 情 况 下 ， 在 9 配 方 中加 入 0 ． 1 P AC 1 4 1即可满足 钻井 要求 。 表 7钻 井 液 体 系可 调 性 实 验 结 果 配 方 Pv YP FL m Pa S Pa m I 注 9 配 方 3 0 ．3 HV CMC 0 ．1 PAC1 4 1 1 S PNH I I2 S FTO ． 5 GW一 1 ； p H 值 均 为 8 。 5 现 场 应 用 地层 水钻井 液技 术 在张店 油 田 5口采油 定 向井 中进 行 了应 用 。一开 井段 采用 地层 水膨 润土 聚合 物 体系 ， 二开井 段 采 用 地层 水 防塌 聚 合 物体 系 。进 入 油层 段前 5 0 ～1 0 0 1“1 3 ． ， 加强 对钻 井液 性 能 的维 护 ， 将 滤失 量控 制在 4 ． 0 ～5 ． 0 mL范 围 内。5口井 施工 顺 利 ， 无复杂情况发生。其 中张 1 2 0 3和张 1 1 0 6井 多 次起 下钻 ， 钻进取 心 1 4筒 ， 仍未 出现 遇 阻遇卡 现象 ， 下 套 管 、 电测顺 利 。 与 同期 使用 淡 水 钻 井 液 体 系 的井 相 比 ， 5口应 用 井 的钻速 由 1 0 ． 6 8 m／ h提 高 到 1 4 ． 8 7 m／ h ， 提 高 了 3 9 ． 2 9 ／ 5 ； 平均井径扩大率由 7 ． 3 7 降到 5 ． 6 8 ； 平均钻井周期由 2 0 ． 4 3 d降到 1 7 ． 4 d 。试验井与同 区块邻井相 比， 油层保护效果明显提高 ， 采油指数由 0 ． 0 9 6 t ／ d MP a m 提高 到 0 ． 1 3 2 t ／ d MP a m ， 采 液 指 数 由 0 ． 1 2 7 t ／ d MP a m 提 高 到 0 ． 1 5 9 t ／ d MPa m 。 张 1 2 0 3井 是第 一 口试 验 井 。该 井 完 钻井 深 为 2 1 3 5 m， 最 大井 斜为 1 3 ． 7 8 。 。 一 开用 4 4 4 ． 5 mm 钻 头钻 至井深 3 5 1 m， 钻井 液 配 方如下 。 地层水 0 ． 3 Na C O。 5 ～6 膨 润 土 0． 3 H V CM C 0 ． 3 FA3 6 7 一 开钻 井液 密度 为 1 ． 0 2 ～ 1 ． 0 7 g ／ c m。 ， 漏 斗黏 度 为 3 5 ～4 5 S 。 二开 采 用 2 1 6 mm 钻 头 钻 至 完 钻 井 深 ， 钻 井 液 配方 如下 。 地 层水 5 膨 润 土 浆 0 ． 2 ～ 0 ． 4 HV C MC0 ． 3 9 ／ 5 Na C 0 。 0 ． 2 9 ／ 5 ～0 ． 4 P AC 1 4 1 0 ． 2 F A 一 3 6 7 1 ～ 2 9 ／ 5 S P NH一 Ⅲ 1 9 ／ 5 ～ 2 SFT 0． 5 GW 一 1 二 开 3 5 2 ～2 0 1 4 m 井段 钻 井 液密 度 为 1 ． 1 0 ～ 1 ． 1 7 g ／ c m。 ， 黏度 为 3 5 ～6 1 S ， 滤失 量 为 8 ～ 6 mL ， p H 值 为 8 ， 表 观黏度 为 1 7 ． 5 ～2 6 ． 0 mP a S ， 塑性 黏 度为 1 1 ～ 1 6 mP a S ， 动 切力 为 6 ． 5 ～1 0 ． 0 P a ， 切 力 为 0 ． 5 ／ 3 ． 0 ～3 ． o ／ 8 ． 0 Pa ／ P a 。 二开 2 0 1 5 ～2 1 3 5 m 井 段 钻 井 液密 度 为 1 ． 1 5 ～ 1 ． 1 7 g ／ c m ， 漏 斗 黏 度 为 5 8 ～ 6 0 s 。滤 失 量 为 4 ～ 5 mI ， p H 值为 8 ， 表 观 黏 度 为 2 1 ～ 2 6 mP a S ， 塑 性 黏 度为 1 2 ～1 9 mP a S ， 动 切 力 为 9 ． 0 ～ 1 3 ． 0 P a ， 静 切力 为 2 ． o ／ 8 ． 0 ～4 ． 5 ／ 7 ． 5 P a ／ P a 。钻 井 液 性 能 满 足油 层保 护 的要求 。 从 井 深 1 7 0 0 m 处 进 入 造 斜 段 ， 补 充 1 ． 0 z RH一 2润滑剂提高体系的润滑性。全井钻井顺利 ， 多 次起 下钻 ， 钻进 取心 9筒 ， 未 出现井 下复 杂情况 。 由于地 层 水 与地 层 岩 性 配伍 ， 再 加 上 大分 子 的 包 被作用 ， 钻 屑分 散 程 度 小 ， 井 浆 中微 米 、 亚 微 米 固 相粒子少 ， 这是钻井液提高钻速的主要 因素。所 以 地 层水钻 井液 一方 面 与 地 层 配 伍性 好 ， 有利 于 油 层 保 护 ， 另 一方 面有利 于 提高钻 井速 度 ， 减 少 油层浸 泡 时 间 。 下转第4 8页 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 5月 水泥 塞后 ， 用膨润 土浆 顶替 出钻 水泥 塞清 水 ， 循环 中 加入 胶液与膨 润 土原浆 的混合 浆 。开 钻前 通 过混 合 漏斗 均匀加 入 4 t Z D - 1 ， 钻进 1 d后通 过混合 漏斗均 匀加 入 3 t EP - 1 。 钻 井液维 护处 理的重 点是 改善 钻井 液 的封 堵 防 塌能力 、 保护油气层和保持钻井液性能的稳定。 1 浅井段 。用 l 0 I T I 清 水 、 7 5 k g F A一 3 6 7 、 7 5 k g X Y一 2 7配成胶 液对 钻井 液进行 处理 。 2 深井段 。用 l O I T I 。 清水 、 7 5 k g F A 一 3 6 7 、 7 5 k g X Y- 2 7 2 0 0 k g S MP 一 2配 成 胶 液 对 钻 井 液 进 行 处 理 。 特别指 出 的是 ， F A一 3 6 7要 连续 使 用 ， 这样 能 提 高钻井 液 的抑制 防塌 能力 、 包 被钻 屑 、 控 制 黏 土颗粒 处 于适度 的分 散一 絮凝状 态 ， 以及 改善 钻井 液 流型 、 提 高钻 井液 的剪切稀 释 能力 。 4 油层 保 护 措 施 ①在 钻 开油 气 层 前 使 钻 井 液 密 度 不 超 过 1 ． 1 2 g ／ c m 。②维持钻井液中高分子量聚合物含量大 于 0 ． 5 ， 始 终保 持体 系的 化 学 抑制 环 境 ， 防止 泥 岩 吸 水膨 胀造 成井 壁 失稳 。③ 严格 控 制 滤 失 量 ， 避 免 大 量 滤液进 入油层 后 造 成 的水 锁 及 贾 敏 效 应 ， 损 害 油 气 层 。④进 入油 气 层 前 ， 保 持 钻井 液 中酸 溶 性 暂 堵 剂 Z D - I含量 为 3 ， 油溶 性 暂堵 剂 E P含量 为 2 ， 使 钻井液具 有 屏蔽 暂 堵 功 能 ， 将 防 塌 与油 气 层 保 护 相结 合 ， 实 现稳 定 井 壁 和保 护 油 气 层 的 目的 。⑤ 钻 人油 气层后 ， 保 持 良好 的钻 井 液 性 能 ， 避 免井 塌 、 划 眼等复杂事故的发生 ， 缩 短油气层浸泡时间。⑥三 开钻井液加重应采用可酸化 的石灰石加重剂 ， 禁用 重 晶石 加重 ， 并在 钻开油层 前 ， 充分 高 效地 使用 固控 设 备 ， 降低 劣质 固相 含量 。⑦ 在 三 开井 段 控 制烧 碱 和纯碱的使用量， 保持 p H值为 7 ． 0 ～7 ． 5 ， 尤其是进 入 油层后 禁止 使用烧 碱 。 5 结 论 及 建 议 1 ． 形 成 了一 套 适 合 于该 油 田 的钻 井 液 体 系 ， 该 套钻井 液抑 制性 能好 、 抗 膏 盐污染 能 力强 、 防 塌封 堵 能力 优 良 ， 能够 满 足扎 那 若 尔 油 田钻井 和完 井 作业 要 求 。 2 ． 根据 不 同的 地质 情 况 ， 采 取 有 效 的 钻 井 工艺 技术 措 施 ， 形 成 了完 整 的 钻穿 该 油 田膏 盐 层 的 钻井 液及 维 护措施 ， 提 高 了钻 井速度 ， 缩 短 了钻 井周期 。 3 ． 该 套钻井 液体 系及 工 艺技 术 好地 解决 了哈 萨克 斯坦 扎 那若 尔 油 田在 钻 井 施 工 L } 】 经 常 发 生 井 塌 、 缩 径及 卡钻 等井 下复 杂和事故 的难 题 。 4 ． 在 钻进 中加 强 对 钻 井 液 的维 护 处 理 ， 在 盐 膏 层 中加 入 足够 的抗钙 、 抗盐 等处 理剂 ， 以确保 钻井 液 在盐 膏层 中不被 污染 ， 并要 严格 控制 钻井 液 的密 度 ， 做 好 防塌 、 防漏 ， 减少 钻井 事故及 复杂 的发 生 。 参 考 文 献 [ 1 ] 刘汝山 ， 曾义金 ， 马开华 ， 等． 复杂条件下钻 井技术难点 及 对 策 ． 北 京 中 国 石 化 出 版社 ， 2 0 0 5 E 2 ] 邓小刚 ， 朱爱军． 扎那若 尔油田巨厚盐层 的钻 井钻井液 工艺． 西南石油学报 ， 2 0 0 3 ， 2 5 1 5 2 5 4 [ 3 ] 邓小刚 ， 庄立新 ， 王小 石， 等． 扎 那若尔油 田钻 井液工艺 技术． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 1 ， 1 8 6 3 9 4 0 收 稿 日期 2 0 0 7 1 卜O 2 ； HGF一0 8 3 A3； 编 辑 张 炳 芹 上接第 4 5页 6 结 论 及 认 识 1 ．张店 油 田地 层 水 矿 化 度 为 7 7 0 7 ～ 2 0 3 3 1 mg ／ L， 不利于基浆的配制和钻井液的胶体稳定 。采 用 HV - C MC、 P AC 1 4 1 、 F A3 6 7等大分 子配合 提 高 基 浆 黏度 和切 力 ， 使 钻 井 液黏度 达 到 了 4 0 S以上 。选 择抗 盐较好 的降 滤失剂 S P NH～ Ⅲ和 S HN 一 1 ， 防塌 剂 S F T、 硅稳定 剂 G W一 1等 ， 形 成满 足张 店 油 田钻 井 工 艺和油层保护要求的地层水钻井液体系。 2 ．地 层水 钻井液 体 系现 场应 用 了 5口井 ， 起 下 钻 未 出现 遇 阻遇卡 现象 ， 井 径规 则 ； 油层段 钻 井 液性 能 稳定 ， 滤失 量低 ， 油层 保护效 果 好 。 3 ． 地 层水 钻井 液体 系还 不 太 成熟 ， 存 在 着 处理 剂 用量 较大 、 费 用较 高 的问 题 ， 有 待 于 进 一 步 补充 、 完 善 。 参 考 文 献 [ 1 ] 徐 同台 ， 赵 忠举 ， 冯京海． 2 0 0 5年 国外 钻井液 新技术． 钻 井液与完井 液 ， 2 0 0 7 ． 1 ， 2 4 1 6 0 7 0 [ 2 ] 赵 忠举 ， 徐同台． 国外钻井液新技 术． 钻井 液与完井液 ， 20 00， 1 7 2 32 36 收稿 日期 2 0 0 7 一 l 2 - 0 5 ； HG F 0 8 0 2 N1 0 ； 编 辑 王小 娜 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m