硅酸盐钻井液在大港油田侧钻井中的应用.pdf

第 2 5卷 第 2期 2 0 0 8年 3月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI L LI NG F I UI D C OM P LE TI ON F LUI D Vo 1 ． 2 5 NO ． 2 M a r ． 2 0 0 8 文 章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 2 0 0 2 2 0 3 硅酸盐钻 井液在大港油 田侧钻 井 中的应用 田增艳 张玉仕。 董殿彬 黄达全 王伟 忠 陈少亮。 苏秀纯 尹丽 1 ． 大港油 田集团钻井技术服务公司 ， 天津大港 ； 2 ． 大港油 田公司采油工艺研究 院， 天津 大港 3 ． 大港油田集团油田化学公司 ， 天津大港 ； 4 ． 大港油田集团钻采工艺研究院 ， 天津大港 摘要 大港油田侧钻井的主力油层主要分布在东营组和沙河街组， 该地层易发 生井塌。根据小 井眼侧钻井对钻 井液 的要求， 优选 出了K C I ／ 硅酸盐聚合物钻井液， 并对其性能进行 了评价。该钻井液在 5口侧钻井中进行 了应用， 取 得 了良好的应用效果 ， 岩屑 回收率在 8 5 以上， 井眼扩大率仅 为 3 ． 1 4 ， 其 中 1口井射孔试油形成 自喷油流。指 出 硅酸盐钻井液是通过其形成 的封固壳来保护油气层， 因此适用于射孔完井； 该钻井液适用于 易坍塌地层的钻进， 不适 用于造浆较强、 易缩径的地层； 该钻 井液对泥页岩含量较敏感 ， 对 固控设备要求高 。 关键词 硅酸盐钻 井液 钻井液性能 侧钻井 防止地层损害 中图分 类 号 TE 2 5 4 ． 3 文 献标 识 码 A 大港油 田从 2 O世 纪 9 O年代初 以来 侧 钻井 数量 逐年增多， 2 0 0 6年完成侧钻井 3 2口， 2 0 0 7年 1 ～9月 份完成 4 6口， 同期增 长 2 4 2 ， 因此小 井 眼侧钻 井钻 井液技术越来越受到关注。小井眼侧钻井要求钻井 液具有 良好的流 变性 、 触 变性 和造 壁性 、 较低 的滤失 量及较强的抑制性等。于是优选出了 K C U硅酸盐聚 合物钻井液。该钻井液在 5口侧钻井中进行 了试验 应用， 取得了良好的效果， 试验井岩屑回收率在 8 5 以上 ， 井径扩 大率 仅 为 3 ． 1 4 ， 其 中港 5 6 1 K 井射 孔 试 油形成 自喷油流 ， 取得 良好 的效益 。 1 室内实验 1 ． 1 抑制性评价 1 ． 1 ． 1 盐类单剂抑制性对 比 对 比评价 了硅 酸盐 与 K C | 单剂的抑制性 ， 结果见 表 1 。从表 1可 以看 出 ， N a 。 S i 的 抑制 能 力 比 K C 1 强 ， 其 中浓度 为 5 、 模数为 2 ． 8的 Na S i O 。 的抑制能 力 最强。 1 ． 1 ． 2 单盐与复合盐 的抑制性对 比 用港 2 0 5 井明化镇组地层岩心 ， 在 9 0。C、 1 6 h下 进行滚动 回收实验 ， 测得 岩心在 清水及 5 Na S i O 。 、 3 KC 1 和 5 Na 。 S i O 。 3 K C 1 溶液中的回收率分 别 为 3 ． 3 5 、 2 7 ． 5 5 、 1 3 ． 4 5 ％和 8 4 ． 3 5 ％ 。 采用高温高压页岩膨胀法， 在 1 ． 5 MP a 、 6 0 C下 ， 测定了岩心在不同配方中的膨胀率， 实验时间为 4 h ， 结果见 图 1 。从页岩滚 动 回收实验 和图 1可 以看 出 ， 复合盐 的抑 制性最 强 。因此在硅 酸盐 钻井 液 中加 入 一 定量的 K C 1 可以很大程度地提高体系的抑制性 。 表 1 钠膨 润土岩心在不同浓度盐溶液中的膨胀率 4 ． 0 3 ． 5 3 ． 0 料2 ． 5 2 ． 0 渣1 ． 5 1 ． 0 0 ． 5 0 ． 0 0 5 0 l 0 0 l 5 0 2 0 0 2 5 0 测量时间／ m i n 图 1 岩心在不 同溶液 中的高温高压页岩膨胀率 第一作者简介 田增艳， 高级工程师， 1 9 8 9 年 毕业于天津大学石油分校钻井工程专业， 一直从事 钻井液技术研 究与应用 工 作 ， 现任大港油 田钻 井技术服务公司泥浆公司研 究所副所长。地址 天津市大港 区大港油 田钻井技术服务公司泥浆公司； 邮政编 码 3 0 0 2 8 0； 电话 0 2 2 2 5 9 1 7 5 8 8 。 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 2 期 田增艳等 硅酸盐钻 井液在大港油田侧钻井中的应用 2 3 1 ． 2 K C ／ 硅酸盐聚合物钻井液性能评价 通过进行 配伍 性 研 究 ， 最终 确 定 KC 1 ／ 硅 酸 盐 聚 合物钻 井液配方如下 。 1 1 膨润土O ． 2 流型调节剂1 ． 2 9 ／ 6 降滤 失剂 2 ％ S MP0 ． 5 稀 释 剂 5 N a 2 S i 0 3 3 KC1 2 1 膨 润土 2 S MP0 ． 2 流 型 调 节剂 1 ． 2 ％降滤 失剂 0 ． 5 稀 释剂 3 K C 1 5 Na 2 S i O 。 重 晶石 1 ． 2 ． 1 抗温稳定 性 KC l ／ 硅酸盐 聚合 物钻 井 液 的抗 温 性 见表 2 。 由 表 2 可 以看出 ， 该钻井 液在 1 2 0℃下 的高温高压 滤失 量满足要求， 在 1 2 0℃滚动 1 6 h后， 流变性稳定， 且 滤失量有所降低 ， 表明该钻井液有 良好 的抗温性 。 表 2 K C I ／ 硅酸盐聚合物钻 井液的抗温 性 注 1 ” 为在 1 0 0℃热滚 1 6 h后 的性能 ， 2 ” 为在 1 2 0℃ 热滚 1 6 h后的性能； F L H T H P 在为 1 2 0℃下测定。 1 ． 2 ． 2 抗岩心 粉污染性能 实验选用东营组岩心并 过孔径为 0 ． 1 5 4 mm 的 筛 ， K C 1 ／ 硅酸盐聚合物钻井液的抗岩心粉污染性能评 价结果见表 3 。由表 3可知， 当岩心加量为 1 2 9 ／ 6 时， 体 系仍具 有 良好 的流变性能 ， 表 明该体 系抗岩 心粉 污 染 的能力较强 ， 并具有 较强抑制性 。 表 3 K C I ／ 硅 酸盐聚合物钻 井液抗岩心粉污染的性能 将其加入 KC 1 ／ 硅酸盐聚合物钻井液中， 在 8 O℃滚动 1 6 h后用孔 径 为 0 ． 4 5 mm 的筛 回收 岩心 ， 计算 其 回 收率。结果 清水的回收率为 2 5 ． 4 ， 1 配方钻井液 的回收率为 8 8 ． 6 ， 表明该钻井液具有强的抑制性。 1 ． 2 ． 4 油层保护效 果 选用露头岩 心在 动态 滤 失仪 上进 行动 态 污染 实 验 。实验压 差为 3 ． 5 MP a ， 速度梯 度为 2 0 0 S _ 。 ， 循 环 时间为 2 h 。测得 1 配方钻井液的渗透率恢复值为 4 8 ． 1 5 ， 截去 2 c m后 ， 渗透率恢 复值 为 9 6 ． 3 7 。 2 现 场 应 用及 效 果 2 ． 1 现场应用 K C 1 ／ 硅酸 盐钻 井 液 在大港 油 田西 3 8 2 6 K、 板 深 7 4 1 K、 港 5 6 1 K、 板南 5 - 4 K 和板 8 3 9 1 K 小井 眼侧钻 井中进行了现场应用， 取得了良好效果 。 2 ． 1 ． 1 现场工艺 1 钻井 液处理方法及维 护 ①开窗前配制 1 膨润土浆， 预水化 2 4 h以上备 用。按 KC l ／ 硅酸盐聚合物钻井液配方对基浆进行预 处理， 调整其性能， 使之达到设计要求。 ②钻井过程 中及 时补 充液体 硅酸钠 和 N a O H 水 溶液， 控制钻井液 p H值为 1 O ～1 2 ， 保证体系性能稳 定， 同时依据钻井速度和钻井液消耗量补充流型调节 剂、 低黏降滤失剂、 KC 1 、 S A S 、 S MP ， 以调节钻井液流 型、 降低滤失量 、 改善泥饼 ， 提高钻井液的防塌能力。 ③如果发现 摩 阻系数 升 高或 活动 钻具 拉力 异 常 时 ， 及时补充原 油 、 乳 化剂 ， 使摩 阻 系数小 于 0 ． 0 8 ， 如 黏度 、 切力升 高可 补充 液 体硅 酸钠 ， 提 高钻 井液 抑制 性， 降低钻井液黏度和切力。 ④在尽量提 高排量 的同时 ， 合理控制钻 井液 的黏 度和切 力 ， 控制动塑 比为 0 ． 4 ～O ． 7 P a ／ mP a S ， 使钻井 液具有 较好 的携砂能力 。 ⑤用振动筛 、 除砂器清除钻屑 ， 用离心机清除劣 质土 ， 使含砂 量小于 0 ． 3 ％、 膨润土含量小 于 3 0 g ／ L 。 ⑥完钻前调整好钻井液各项性能， 完钻后大排量 充分洗 井 ， 保证 电测 、 下套 管顺利完成 。 2 保 护油气层技术措 施 ①在不出现井塌、 严重油气侵、 井涌情况下 ， 将钻 井液密 度控制在 设 计下 限 ， 降低惰 性 固相含 量 ， 保 护 好储层 。 ②进入 目的层前， 调整好钻井液性能， 按要求加 入油层保护剂， 将钻井液改造为保护油层钻井液。 ③在 目的层井段控制钻井液 AP I 滤失量小于 6 O O O 5 O一 “ u 一 ～ ～ ～ ～ 一 一～ ～ 粥 燃 一 “ 2 洲 洲 吲 州 驯 一 ～ 一 0 0 0 0 0 一 为 4 4 2 4 6 一 量 为 5 6 6 6 7 一 Zr 5 5 5 5 O l_l ● ● ● ● ● ■ _ ’__ ，} 8 O 8 8 7 一 ￡_ 1 3 4 3 3 3 O 4 7 O O 一 ． 封 △ 一 一 一 一 一 一一 ～ 一 L L L L L 一 3 实 3 *一 2 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 钻 井液与 完 井液 2 0 0 8年 3月 mI ， 高温高压滤失量小于 1 5 mI ， 减少滤液侵入量 。 ④确保固控设备的使用率， 有效清除有害固相 ， 保持完井液清洁 。 ⑤做好各项工序的衔接， 提高机械钻速， 快速穿 过 目的层 ， 减少钻井液对储层 的浸泡时间 。 2 ． 1 ． 2现场 应用井实例 以港 5 6 1 K井为例 介绍 KC I ,／ 硅 酸盐 聚合物 钻井 液 的现场应用 情况 。原井 港 5 6 1井是 一 口完钻 井深 为 2 6 3 2 m， 1 3 9 ． 7 m m 套 管 下至 井深 2 6 3 1 ． 9 9 m 的二开 井。在此 基 础上 施 工 的港 5 6 1 K 井从 原井 套 管开窗侧钻， 在开窗前先配制 7 5 m 。基浆 ， 然后， 在基 浆 中加入 1 5 0 0 0 k g液体硅酸钠 、 6 5 0 0 k g K C I 、 1 2 0 0 k g小分子降滤失剂、 1 2 0 0 k g高黏降滤失剂 、 2 0 0 k g 流型调节剂 和 2 0 0 0 k g磺 化 沥青 ， 在 地面充 分循 环 ， 使其黏度 达到 4 5 S ， 然后使用重 晶石粉加重 至密度 为 1 ． 1 6 g ／ c m 。 。用新配制 的硅酸盐钻井液替出井筒套 管 内污泥 、 油水并放掉 。 定 向过程 中用 S MP 一 2降低 中压及 高温 高压滤 失 量， 在井深 2 1 5 2 m和 2 3 1 5 m各混入 5 m。 原油 ， 并 加入 9 0 0 k g 膨化石墨， 使泥饼摩阻系数降至 0 ． 0 7 ， 改 善润滑性能， 减少托压现象。混入原油后中压滤失量 降至 4 mI ， 泥饼质量 随之 明显改 善 。 钻至井深 2 1 8 6 m， 除砂器 坏 ， 不 能正 常使用 ， 钻 井液含砂量增 到 0 ． 7 ； p H 值降至 1 0 ． 5 ， 出现增 黏现 象 ， 黏度高达 7 0 S 。加入 N a OH提高 p H值到 1 1 ． 5 ， 并加水 降黏 。钻 至井 深 2 2 4 5 m 后 ， 为 了提 高 抑 制 性 ， 防止井壁垮塌 ， 补 充 1 0 0 0 k g KC I ， 加 Na OH控 制 p H值在 1 1 ， 钻井 液性能稳定 。钻 至井深 2 4 8 2 I n ． ， 加 水补充钻井液 ， 并加入相应处理剂， 使井浆密度提高 到 1 ． 1 8 g ／ c m 。 进入油层前 5 0 m， 加入两溶性屏蔽暂堵剂等油 层保护材料 ， 将钻井 液密度控制在 1 ． 1 8 g ／ c m 。 。钻 至 井深 2 5 8 7 m， 配制胶液补充消耗量， 同时在循环罐中 加入少量大分 子和润 滑防塌剂 ， 防止 黏度下 降并控 制 滤失量 。钻 至井 深 2 6 5 8 ． 2 3 m 完钻 ， 钻井 液性 能 稳 定 。全井钻井 液性 能见表 4 。 电测前充 分 循 环 ， 加 入 1 0 0 k g磺 化沥 青 、 5 0 膨化石 墨 和 5 0 k g润 滑 防塌 剂 配 制封 闭液 ， 注 入 井 内， 电测顺利。通井下钻到底循环 2 ～3 h ， 下套管前 未作钻井液处理 ， 下套管固井顺利。 2 ． 2 现场应用效果分析 试验 井钻 井液 的流 变性 能稳 定 ， 现 场维 护方 便 、 简单 。5口井 钻 井 液 高 温 高压 滤 失 量 平均 为 1 3 ． 2 6 mI ， 岩心 回收 率 在 8 5 以上 ， 平均 井径 扩 大 率仅 为 3 ． 1 2 ， 有效地解决 了小井眼侧 钻井井 眼稳定 的技术 难题 。 表 4 港 5 6 1 K井现场实测硅酸盐钻井液性能 2 1 2 0 1 ． 1 6 4 5 8 ． 0 0 ． 5 0 1 ． 0 ／ 2 ． 0 1 6 7 ． 5 2 1 2 1 1 ． 1 6 5 2 6 ． 0 0 ． 5 0 ． 3 0 ． 5 ／ 1 ． 0 2 9 6 ． 0 2 1 7 4 1 ． 1 5 5 3 5 ． 0 0 ． 5 0 ． 3 1 ． 0 ／ 2 ． 0 2 8 4 ． 0 2 2 5 7 1 ． 1 6 5 8 4 ． 5 0 ． 5 0 ． 5 2 ． o ／ 3 ． 0 2 8 9 ． 0 2 4 0 7 1 ． 1 6 5 6 4 ． 0 0 ． 5 0 ． 3 2 ． 5 ／ 4 ． 0 2 9 5 ． 5 2 6 5 8 l _ 1 8 5 6 4 ． 0 0 ． 5 0 ． 3 2 ． 0 ／ 3 ． 5 1 7 1 1 ． 0 注 *在此开窗； 井深 2 2 5 7 r l l 处井浆 回收率为 8 8 ． 3 ， 高温高压滤失量为 1 4 ． 6 mI 。 2 ． 2 ． 1 具有强抑制性 试验井钻屑几乎没 有分散 ， 振动筛 上钻屑棱角分 明 ， 钻 屑代表性 强 ， 钻井 液过筛 容易 。 2 ． 2 ． 2井壁稳定 由于硅酸盐钻 井液具有 良好 的抑制性 ， 加 上 K 的协同防塌作用 ， 保证 了小井 眼 的井壁 稳定 效果 ， 试 验井在施工中均未发生地层岩石剥落掉块现象 ， 平均 井 径扩大率仅为 3 ． 1 2 。港 5 6 1 K井钻 至井 深 2 5 8 7 m， 起钻换钻 头 ， 下钻 至窗 口位置钻 头遇 阻 ， 先后采 取 换 不同型号洗锥 修窗 的措施 ， 累计 空井 时间 达 9 6 h ， 修 窗成功后 ， 裸眼 井段下 钻顺 利 到底 ， 未 发生 井塌 和 缩 径现象 。板深 7 4 1 K井完钻井 深为 3 2 9 6 ． 5 7 1 T I ， 最 大井斜 为 3 0 ． 3 8 。 ， 裸眼井段长 ， 方位 变化大 ， 井 眼轨迹 较差， 施工中发生了掉钻头等事故 ， 导致试验井钻井 周期长， 全井施工过程中起下钻顺利， 没有阻卡现象， 使该井顺利完成。 2 ． 2 ． 3油气层保 护效 果 部分井渗透率恢复值评价实验结果见表 5 。由 表 5可以看 出， 硅酸盐钻井液 的渗 透率恢复值 并不是 很 高 ， 但 切去一定 长度 的暂堵 带后 ， 渗透 率恢 复值 在 9 0 以上 ， 因此该钻井液适用于射孔完井。在现场施 工过程 中， 由于该体系的强抑制性 ， 密度一直低于邻 井密度， 进一步减少了固相带来的损害。室内评价结 果 表明 ， 该钻井 液 的动滤 失 量平 均为 3 ． 2 mL 。试油 过程中， 港 5 6 1 K井获高产， 自喷产量为 5 5 ． 0 8 t ／ a ， 刨 最好水平 。 下转第2 8 页 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 3月 该 井在 四开后通 过使用 离心机 将膨润 土含 量控 制为 2 0 ～2 5 g ／ L 。在钻井后期， 由于井温高， 聚合 物 的降解速度 快 ， 将 聚 磺钻 井 液 转换 为 钾 基磺 化 钻 井液。此时将 K 浓度控制在 1 ～2 左右， 避免 高温下 固相 过度分散 ； 简化 处理剂 品种和 配方 ， 减 少 因处理剂品种过多而引起高温交联 ； 在体系中强调 s MP和 S MC的复配 ， 使得钻井液 的高温高压滤失 量得 到很好 的控制 ， 均 为 8 mI 以下 ， 泥饼 厚 度 为 1 mm 左右 。 电测 资料 显示 ， 在井深 5 7 5 8 m 处 ， 地层 温度 达 到 了 1 2 4℃， 在完 钻时 ， 井 温 为 1 4 0 C， 钻 井 液未 出 现高温增稠或减稠现象， 满足了深井抗温的要求 。 通过综合运用快速钻井工艺 和配套钻井液技 术， 仅用 1 4 1 d就完成了最大井斜为 4 6 ． 2 5 。 、 井深为 6 4 3 1 m的定 向 深 井 龙 岗3 井 ， 而 在 同 构 造 井 深 为 6 5 3 0 m、 钻 井工 艺基 本 相 同 的直井 龙 岗 1井 ， 钻 井 周 期 为 1 4 5 d 。 3 结论 与 C A ． 识 1 ．根据 地层 特性 和钻井工 艺 的要 求 ， 有 针对 性 地选 取钻井 液及 配套工 艺 ， 是钻 井提速 的基础 。 2 ． 在空气钻进时， 提前作好顶替钻井液的准备 和处理， 强化顶替钻井液 的抑制性、 封堵性、 胶结能 力及快速造壁性能 ， 是气体钻进后防止井壁失稳的 关键 。 3 ．在放宽钻井液滤失量的同时， 控制好泥饼质 量 ， 形成固相颗粒分布的理想级配， 采用合理的钻井 参数 钻进 ， 可 以避 免 因虚 厚 泥饼 而 产 生 的井下 复杂 情况 。 4 ．深井选 用抗 膏 盐 、 抗 高 温 能力 强 的钻 井 液 。 简化 钻井液 处理剂 材料 及配方 、 控制膨 润 土含 量 、 强 调 S MP和 S MC的复配使用， 是提高钻井液抗温能 力 的基础 。 参 考 文 献 [ 1 ] 屈沅治 ， 孙金声 ， 苏义脑． 快速钻进钻井液技术新进展． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 6 ， 3 6 8 7 1 [ 2 ] 艾贵成 ， 邱佩瑜 ， 王宏 ， 等． 有机盐聚合 醇氯化钾 钻井 液 的应用． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 6 ， 3 ； 5 1 5 4 收稿 日期 2 0 0 7 0 9 1 7 ； HG F 0 8 0 2 N1 ； 编辑 王小娜 上接第 2 4页 表5 部分井渗透率恢复值评价实验 计性能后钻井液性能稳定， 维护方法简便 ， 具有 良好 的携砂 能力 、 井 眼清 洁能力 以及较好 的流变 性 。 3 ．硅 酸盐 钻 井 液是 通 过 其 强 抑 制 性 所 形 成 的 封固壳阻缓钻井液中固相及滤液侵入储层 ， 实 现保 护油气层的 目的， 因此 ， 该项技术适用于射孔完井。 4 ． KCl ／ 硅 酸盐 聚 合 物 钻 井 液 技 术 适 用 于 小 井 眼侧钻井及易坍塌地层 的钻进 ， 建议在该类井型应 用 ， 不适用于造浆较强 、 易缩径的地层钻进使用 。 5 ．硅 酸盐钻 井液对 泥 页 岩含 量 比较 敏感 ， 因此 对 现场 固控设备 要求 比较 高 。 参 考 文 献 3认 识 与 建 议 [ ] 1 ． KC 1 ／ 硅 酸盐 聚 合 物 钻 井 液 的抑 制 性 明显 优 于常规抑制性钻井液。现场试验无论从返出的钻屑 [ 2 ] 以及井径扩大率方面能够充分证明。 2 ．硅酸盐 钻井液 配 制工 艺 简单 ， 一 旦 调 整 到设 郭健康 ， 鄢 捷年 ， 王奎 才 ， 等． 强抑制 性 KC l ／ 硅酸盐 钻 井液体系及其 在苏 丹六 区 的应 用． 钻井 液 与完 井液 ， 2 0 05 1 l 4 一 l 8 成效华 ， 马惠 。 何兴 华， 等． 硅酸盐 钻井 液技术 在牛 斜 1 1 4井中的应用． 钻井液与完井 液 ， 2 0 0 5 5 2 8 4 0 收稿 日期 2 0 0 7 1 0 3 0 ； HGF 0 8 0 2 W7 ； 编辑 汪桂娟 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m