国内水平井钻井液,完井液应用技术综述.pdf

／ 一一 ／ 国 内 届 辅珏莽工程 坠兰 水平井钻 井液 、兀 井液应用技术综述 、一a／ 魏治明 石磊。马世昌 O ,- t 一 钻 工艺 研 究 院 1 摘要 。 盘 王介 绍 我 倒 平 井 钻井 昶 ．冗 牛昶 皇4 一 E 吁 应 啊- 咒兮护 了新 疆 油 田水 平 井拈 井液 、主牟 瓢 盘 存 在 曲 ￡垂 牲 置畦 7 - 前 言 丁E a } 。‘ 八五” 期间，我国在 7个 油E E 『 的不 同类型油藏钻 水平 井 5 0多 ．本文就我 国承平 井钻 井液 、完井被体 系 水平 井钻井液 、完井液技术及 目前 的研 究 方 向和应解决 的技术 难点f 主 要 是新疆 油 田存 在∞ 问题 进行 分析． 以总结经驻 、进一 步提高水平井钻 井液 、完井 液 技 求 水 平 ． 水 平井钻井液、完井液体 系 “ 八 五” 期 间 6个攻关集 1 戈据各 自钻水平井油藏 的实 际 ，为 满足水平 井钻井井 壁稳定 、 润滑 环空净 化、防漏 、堵漏及 保护储层 的需要 ，研 究 了水 平井钻井液 、完 井液体 系 ，评 选 丁处理剂．优 化 r水平 井钻井液 、完井液 配方，并 进行 了现场应用 ．在此 期 间我 国钻 成 的 5 0多 口水平井所选用 的钻井液 、完井液 体系及主要处 理剂 见表 1 ． 从表 1可以看 出水平井钻井液 、完井液 的 9 4％是水 基钻井 液体 系，而水基 钻井 液体 系又 以聚台物 混油 钻井液体系 和正 电胶 聚台物钻井液 体系 为主 ． 从油 藏类 型分析 ，浅层稠 油钻水平 井 2 5口， 占 5 0 ％；砂岩 油藏 2 0口， 占 4 0％裂 缝 油藏 5口 仅 占 1 0％． 5 O r 】 水平井 中有 5 0 ％的井深低 于 1 0 0 0 m ，井深 超过 3 0 0 0 m 的井有 7口，占 1 4 ％井 深 在 】 0 0 0 ～3 0 0 0 m 之 间 的 井 ， 占 3 6 ％． 水平 井钻 井液、完井液主要技术研 究与应用 1．井壁稳定技 术 石油大学 、大庆石 油学 院和西南石油学 院通过水 平井 井 壁稳定力学机 理 研究 与化学 机 理综 台研 究指 出控 制钻 井液密度是 保持水平 井井壁 稳定 、 防漏 的重要 手段 ．他们 根 据研 究 建立 了数学模型并 进行 了计算 ，这 些研究给 水平井 钻井液 密度设 计提 供 了一个 范 围． 为 维普资讯 铱 j昔蔫 3颤1 ， ， 一年 9川 后 ； 由钻 井 工 程 2 3 保证并 壁稳定，有 的井应 比相邻直井增加密 度 O ． O 5 0 0 7 g m 如官 1井 育 爿 困地 层 张应 力影 响．露易漏失 如 HW7 0 2井 ．但这 些研宄 结论 ，大部分 是水平井 已钻 完后 出的 对 现场 指导还不及 时。 表 1 、 五” 期间 5 0口水平井钻井液 、完井液体系 油 田 油藏类 型 垂探 井数 钻井赣完 井赣 主要 的娃 理剂 T n 】 口l 体 系 l山喷 点 裂 1 3 0 0 一 【 5 0 o 4 两性离 子聚古 F A 3 6 7、 XY 一 2 7、 J r 8 8 8． N 一 [- t P AN ． 新 缝 油 藏 物 棍 油 S MP、 S AS、 。c x -I 原 油等 疆 浅 崖 蛆 稠 油 两性 珥 于聚 台 F A一 3 6 7． XY 一 2 7 J Tg 8 g、 NH 一 HP AN 油 蜘钾盐 Q c x I． KC L S MP 剧 石费裂整 { 当藏 阿性 离子聚磺 XY 一 2 7 F 3 6 7， S MP S P NI t J T g 8 s 混 油钻井 赣 油． R i l l 0 I． Qc x - 1、 DS S AS 太庆 低涪薄层 油藏 1 2 O 州树平 i 并 油 包承钻井液 S P - 8 0．油酸、有机 土油承 比 9 。 门0 { 卣￡ 丑 低藩砂岩 油藏 1 2 铂 9 f 茂卓 1 井】 小 陬离子聚台 Nw一1、 CMC、 S MT N ～ HP A N XC 『 3 7 0 O 朝平 1 井 】 物 抻砉 j 钻井{ 焘 华北 石茁岩 潜山 2 7 0 2 0 I 任平 J 井 l 低 密度油承乳 油水 比 6 0 ／ 4 0， P ACI 4 1 CMC、 C P 2 3 3 油 毗 油藏 化钻井} 盘 A一 2 O、 N} L HP AN 低格 杖砂岩 2 0 0 7 官 1井 2 两性离子 聚音 F A一 3 6 2 P KN X 2 7、 KHm S AS． 港 油蘸 3 1 0 4 0 女 MH1井 蜘混油钻并蒗 S MP、原 油 油田 低漤块状砂岩 2 0 0 7 官 2井 正电腔钻井蒗 MMH、 NH { 一 HP AN S AS、 KP A 油 藏 辽河 栈层稠 油油藏 5 O07 0 0 3 卣出水包 油钻 XC、改性淀租 、乳化 剂 OT、 H3 油 田 井 } 盘 浅 层稠 油 油 蘸 8 3 0 9 6 0 S N一 2 正 电腔 混 MMH 、 C MC S M P、 S N一【 8 0 A5 i 胜 利 草 2 0井区 ． 2 【 油钻 井赣 P AC1 4 1， F C L S NH ． 一 HP AN、 白油或集 油 草 南 地 区 油 田 砂 岩 油 蘸 2 0 4 7 ～ 3 3 8 0 S N -【 聚台 物 承 P HP 、 P A C【 4 1 8 0 A5 1 ． J F F． S MP S P NH． 包 油钻井赣 X Y一 2 7 F C LS 柴油 白油． S AS 砂 岩沾藏 3 6 0 0 3 7 0 0 油基 钻井 赣 有机 土、蕊 青十二烷 基苹磺酸愕 环 烷酸钙．石 塔 中 灰 少量柬主要是柴 油 4 油田 砂岩油藏 3 6 O 0～3 7 0 0 4 聚磺 混油 S P 一1 1 、 CH S P 一 1、 S MP、 S MT QS - l ， 钻井赣 S P NH、 F T l、原油 目前 ，水平井井 壁稳定 主要还是 以物 理化学机 理 研究 为主 ，其主要研 究方法 是研 究泥 页岩 井壁稳定 的一般方法 ．只是在改进膨 胀仪、 沥青 封堵 试验研 究及提 高地层 承压 能力方 面有 较大进展 ． 。 1 1泥 页名矿 物组 分 、理化特性分祈 针对矿物组分、理化特性不同的油藏应选择不同类型完井液体系．大庆油 田针对蒙脱 石地层 ，选用 了油基钻 井液 、小 阳离子钻 井液 新 疆 、 太港 油田针对层 理面发育 ，有 微裂 维普资讯 4 魏拜 ． 臣 n 幂内承平井钻井灌、完井液应用技术综述 缝混页岩选用了沥青封堵的两性离子屏蔽暂堵钻井液胜利油田针对稠油油田浅层疏松的 特 ．选择了芷电腔钻井液辽河油田针对稠油层选择了低粘 土相 卤水钻井渍等 ． 2 泥页岩拄度牛值及比拳面分祈 坂土泥页岩在不同类型、不同浓度聚台物中分散的粒度大小不同．粒度中值大、 比表 面秘小．表示聚合物具有良好抑制性． f 3 CST试验 研究无机盐、聚合物抑制泥页岩分散程度及分散速度． C S T时间短，剪切后泥页岩不 继续分散、表示无机盐、聚台物抑制性强 可抑制泥页岩继续分散． 4 在钻笋液申滚动回收率及清髯中的 次曰没盎 各油田研究泥页岩在钻井液中回收率均走于9 0％．在 MMH正电胶钻井液中回收率大 于 8 0％．经两性离子聚合物 阳离子 聚音物浸泡五掘页岩清水二次回收率高． 5 泥 页岩膨胀试验及钟度试验 研究泥页岩制成的人造岩心，经钻井液浸泡后的膨胀程度及针入度研究表明油基钻井 液、聚台物钾盐钻井液是抑制泥页岩膨胀最好的钻井液．钻遇膨胀泥岩地层大部分选用上 述两种钻井液． 6 沥青封堵试验 存在层理面及微裂缝泥页岩．要防止其分散．都提到应用 S A S、沥青类处理荆进行封 堵．电镜扫描、分敞试验、岩心渗透率试验，结果分析均证明沥青类封堵是有效的． 7 润湿性研究即矿勒 油稳定井壁研究 矿物油加入钻井液中浸润井壁及含油滤液渗入泥页岩可使泥页岩发生润湿反转，不易 水化．水平井水基钻井液加入矿物油，主要起润滑作用，但也有稳定井壁作用． 总的来讲水平井井壁稳定研究．运用了研究井壁稳定的一切方法，研究得出的结论经 现场应用，获得了预期的效果．基本上保证了水平井井壁稳定． 2．水平井钻井液润滑技术 用 E P极压润滑仪、 L E M或 DA L一 1 型润滑仪，可以模拟钻柱与套管、泥饼岩石 之间的转动扭矩，可以研究钻井液液相及润滑膜的润滑性能． 根据各油田数据分析，水平井钻井液润滑系数控制在 E P极压润滑仪 0 ， 1 20 ， 1 5， D A [ 一 l 型润滑仪 O ， 1 5～0 1 8就能满足钻井液润滑性能要求． 用泥饼摩阻系数测定仪和泥饼粘附系数测定仪可以模拟钻柱与泥饼接触后 静止接触1 重新运动阻力大小，可以反映泥饼摩阻系数大小． 各油田泥饼摩阻系数为n角 3 。 1 。 ，即 O ． 0 3 4 90 ． 0 6 9 9，泥饼粘附系数小于 0 ． 1 0．达 到该指标，即可防止粘卡． 各油田实现上述指标采取的主要技术措施是 0加入由改性脂肪酸甘油酯、热聚植物油、脂肪酸、乳化剂合成的各种牌号的润滑剂 I％ 一 3 ％ ②加入 8％一1 0％的原油、柴油或白油，并加适当乳化荆 ③加入 S AS类 2％一3％ ④下套管前加入固体润滑荆 2％一3％． 3．水平井环空净化技术 维普资讯 第 j 巷嚣 3 期[ 9 9 6 苷 9 J 五弛 薹 占 并 工 程 2 5 “ 八 五” 期 问各 攻关集 剐研 究 丁水 平井 偏心环空 紊流、层流 、螺旋 流流 场性 质及岩 屑浓 度 、岩 屑运移机 理 ，建立 了偏心 环芏素 流、螺旋流 、岩 屑浓 度和岩 屑床 厚 度的数 学模 型， 开展 了环空模 拟 试验 ．模拟 试验 丁环空 近速、 偏心 度、 斜 角、钻 具转 动 、钻井液密 度 、 钻井液流 变特 性 有效粘 度、动切力 、动 塑比、 n值等 对岩 屑运 移 、岩 屑浓 度 、岩 屑床厚度 的影 响规律，得 出 了重要结论 ． f 1 】影响净化 的主要 因 紊 所有模 拟 试验证 明紊流有 利于 环空净 化．但是 由于选择的钻井 液 体系 、处理 剂的影 响 及井身结构、水力条件的限制很少有水平井钻井液完井液达到紊流． 钻井液的 动切力 YP、动 塑 比、06及g3读 数、静切力、松弛 力 及洗 井条 件等 选择适 当 将 能保证环空 净 化． 归纳各油 田提出的钻井液流变特性指标大致如下 动切力 YP 1 2 一 l 5 P a 动塑 比YP ／ P V 0 ． 5 P a ／ mP a - s左右； 06读数l 5～2 5格 03读数1 0～ l 5格 ； 静切 力 G1 0 s ／ G1 0 mi n 5～ 1 0 ／ 1 0～ 1 5 P a ／ P a ； 松弛 力测 静切力旋转粘 度 计指针 长时 间不 回零 ，或者 指针根本 不 回零 ．这就 表 明钻 井液形成结构 较快 ，有 利于携岩 ； 洗 井条件转 动钻 具洗井 ，或上提下放洗 井，或 适 当增加短提 次数 ． 2 实现上述钻 井液流 乏特 性 的主要方 法 0控制坂 土含量 4％～5％． ②混油乳 化．混油乳 化后动切力、 静切 力、动塑比一般 较高． ③加 人大分子 聚合物． 如 F A一 3 6 7、 8 0 A5 1 、 P HP、 P ACl 4 l、 KP A N 等 ． ④加 入增粘 、增切 专用处理 剂．如 XC 生物 聚合物 、 j F F 聚腐 粉 等 ． ⑤加 入混层金 属氢氧 化物 、 MMH及 无机 盐等 ． 特 别指 出正 电胶钻井液 形成结构快 、动切力高、动塑 比高 、06 与 3读数相 近且高 、 静切力 高、松 弛力强是有 利环空净 化的钻井液体系． 4．水平井钻井液 、完并液防暑堵嗣技术 “ 八五” 期蚵在老油区和稠油油藏钻水平井均发生了严重漏失．水平井钻井的防精堵精 技术 已有 较大突破 ． f 1 水平 井钻 井液 防漏技 术 ①研究 了密度 低于 1 ． 0 o } m 水包油 钻井液、完井 液体系，有效 防止 了压力 系数为 0 ． 8 9 的古 潜山油藏的 漏失． 研究 了 MMH正 电肢钻井液 体系 ，有效 防止了稠 油油藏漏失 ．如胜利 油 田革平 加 井 区和草 南平地 区． 将屏蔽 暂封技术用 于防漏．用单 封 、 不 同粒度 Ca C嘎 、 S AS有 效 防止 了裂缝 性油藏 清失，一般来说采 用该 技术 艟提 高地层承压 能力 3 ． 0 MP a以上，钻井 液密 度提 高 0 ． 1 5～ 0 ． 3 0 g ／ m 不会发生漏失，新疆油田的 HW7 0 2、 H W7 0 1 和 F H W0 0 1 应用该技术比较成功． 合理的井身结构 用套管封隔．待压力相近地层钻穿后用套管封隔．如HW7 0 3 井． 2 水平 井钻井液堵 漏技 术 水 平井钻井 液堵 漏技术 仍 以桥塞堵 漏为 主．对桥 堵 剂粒 度配 比及 桥 堵材 料种类 进行 了 维普资讯 2 6 魏 治 明 国 内水 平 井钻 井 液 、完 井液 应用 技术综 述 研 究 ，使 之更为合 理．在 堵漏 工艺上 实施 了关井 挤压办法 ．使地层 达到钻井 所 需要 的承压 能 力 ． 5．水平井油层保 护技术 1 水平 井增产 效果 分析 “ 八 五” 期 间所钻 的 水平 井，有 的获 得 了增产 ．有 的增产 效果不 明显． 典型 增产水 平井 和增产效果不 明显 水平井 统计见表 2． 表 2水 平 井增 产 效 果 油田 井号 油藏凳塑 井深 m 完l井方 式 卸产 f“ 稳产 t ／ d 完井 { 袁类型 胜利 草平 2 0 5口井 拽层 稠 油 8 如 一 9 6 0 套管 5 9 1 8 】 I 8一 l O 2 正 电胶完井{ 蠢 胜 利 程科 I 砂岩 油藏 l 7 7 8 8 S 嚣管 I 8 l 6 鼙 台材 水包 油 胜利 水平 2 砂岩 油藏 l 9 5 3 7 3 套管 3 0 l 4 鼙台物 水包油 塔 丁 Z 4 一 】 7 一 H 4 砂 岩 油藏 3 6 】 0 4 4 套 管 】 0 I 7 油 基完井{ 蠢 中 T Z 4 - 2 7 Hl 4 砂 岩 油藏 3 6 5 0 0 。 套 管 g 0 o 鼙磺混袖 华北 任平 1 ‘ 古漕 山 2 7 ∞ 0 0 摄 眼 1 ] 2 古水上升 快 水 包油乳社 I 直 H W7 0 2 裂缝 油藏 1 4 2 3 5 g 摄 眼 g 7 不 出 屏 蕺暂堵 新疆 7 0 】 裂缝 油藏 l 3 4 4 9 0 打孔 管 2 8 2 8 屏蕺暂堵 封 掰 器 HW7 0 3 裂缝 油藏 】 3 】 2 9 4 套管 无液体 屏蕺暂堵 大庆 轲平 】 3口 氍誊 油藏 】 2 0 。0 0 套管 步 量 油 包水钻井{ 袁 Ⅱ河 睁平 3 ‘ 稠 油油藏 5 o 0 7 o 0 害 I 缝 筛管砾 由水牯井 I 直 石充填 太港 官 1 ‘ 井 砂 岩油藏 官 】 2 0 0 7 套管 4 3 6 屏蔽 哲堵 女 1 ‘ 3 1 】 0 7 4 从表 2分析 ．基本规 律是 ①老 油区、注 水 区钻 水平井地 质条 件复杂 ，增产效 果不 明显． ⑦低渗透油藏钻水平井增产效果不明显． ⑦稠 油油藏 ．砂岩 油藏钻 水平井增产 效果显著 ．如胜利油 田、塔 中 4 油 田、大港油 田． ④在裂缝油藏钻水平井虽可以获得增产．但完井方法选择上困难较大．最终增产效果 也 不明显． f 2 1保 护储 层 的 方 法 “ 八五” 期间各油田根据各 自油藏的特征，研究应用了不同类型完井液．油层矿物粘 土 含量高．低渗油藏及浅层稠油油藏强调完井液抑制性，如大庆低渗油藏采用油包水完井液 和小阳离子完井液、辽河稠油藏采用低粘相 卤水完井液及胜利稠油藏使用正 电胶完井液． 低压油藏强调控制密度及低固相．砂岩油藏、裂缝油藏普遍应用丁屏蔽暂堵完井液． 如大港油田、塔 中 4 油 田及 新疆 油田． 值得重 视的是 水平井 完 井液 ，比较 成功地 运 用于直井 的完 井液是 今后水 平井 完井 应首 先考虑的．多年来钻直井及试油的成功经验特别重要，塔中 油田水平井和胜利油田水平 井完井渣研 究方面来见 其有 特殊报道，反 而 获得了高产 ． 维普资讯 第 3畚第 3 期1 9 9 6年 9月 启 油 { 占 井 工 程 新疆油田H莆需研究的主要问题 新疆油田钻水平井与全国其它油田钻水平井相 比有几个不同点，所以本油田也应研究 一 些新的问题． 1 ．新疆油田钻水平井与全胃其它油田的不周点 0在老油区钻水平井，要穿过断层，钻遇断层破碎带． 在老油区钻水平井，油田受长期开采 注水影响，层位压力系数差别太，在 1 ． O 5 2 ． 1 3 g ， c r r I 3 之间，加之穿过断层．形成多套压力系鼓． ③钻水平段、 斜度段钻井液密度高，一般在 1 ． 6 O一1 ． 9 0 g ／ e m’ ，全国钻水平井钻井液 密度未超过 1 ．2 5 g ，c m ． ④有最深水平井，垂深 4 3 9 0 m也有最浅水平井，垂深 3 4 0 m． 主要在裂缝性油藏钻水平井． 2．目营研究方向殛应解决的技术难点 ①钻遇石炭 二迭系断裂带l及破碎带保持井壁稳定、防止坍塌问题． 石炭 选系断裂带、 。 破碎带的地层E B 菠坚硬 不分散，但受断层影响，无胶结．或 胶结差．水平井大斜度段、水平段钻至该层位不仅仅是井径扩太 而是太量掉块、出砂． 造成无法钻进 目前解决这一难题的钻井液技术措施为一是提高密度，但受油层压力系 数限匍，提高密度有限；二是有效封堵 聚合物沥青钻井液、正电胶沥青钻井液虽能封堵， 但 目前试验方法缺乏。还未获得模拟试验结果． 老油区多层压力系数的井身结构、轨迹控制及防漏、防喷问题．该问题虽然通过改变 井身结构设计，堵漏 压井措施可以钻进，但成本较高．经济效益差． ③高密度钻井液钻水平井，降低起下钻阻力 的措施 ．新疆油 田钻水平 井大斜度段 、水 平 段钻{ } 液密度为 1 ． 6 O一1 9 0 ,c m ．而其他油田在 1 2 5 g ， c I l l 下． 高密度钻井液钻水平井，由于井斜角和方位角变化。造成钻拄易推靠井壁 嵌埋井壁 这种状态既类似压差卡钻，又类似键槽卡钻．由于钻井液密度、固相高 泥饼厚．受液柱 压力和钻柱 自重压力的作用．钻具嵌埋井壁．可能将泥饼内液体挤出，造成局部压差大 很可能 阻卡严重 载荷大，反复提 下钻后，井壁就 会真正形成键槽．所 以高密度 钻井 液钻 水平井，特别是深井水平井难度更大些． ④裂缝性油藏完井液技术及完井方式选择． “ 八五” 期间研究了用屏蔽暂堵技术保护裂缝 性储层，从试产效果分析。是可行的．试产产量均比较高，但是完井后除 HW7 0 1 外其余井 几乎没什么产量，这其中有完井方式问题．裸眼完井是不可行的，打孔筛加封隔器完井比 较好，但成本较高 固井完井的 H W7 0 3 水平井几乎无流体．所以裂缝性油藏完井液及完井 方法还应进一步研究． 总之，新疆油田钻水平井，应选择适当油藏、适当地质条件．使水平井钻井工程、钻 井液技术、完井方式不增加太多困难，不过多增加钻井成本．而且获得高产．这样才能提 高综合经济效益． 责任编辑钱续军 维普资讯