硅酸盐钻井液在乍得Bongor盆地的应用.pdf

第2 8 卷 第2 期 2 0 1 1 年 3月 钻井液与完井液 DRI LLI NG F LUI D C0M PLET1 0N FLUI D V 0 1 ． 2 8 No ． 2 M a r ．2 0l 1 文章编号 1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 1 0 2 ． 0 0 3 6 ． 0 3 硫酸钾 ／ 硅酸盐钻井液在乍得 B o n g o r 盆地的应用 代礼杨 ， 李洪俊 ， 苏秀纯 ， 于永新 ， 董殿彬 2 ， 贾培娟 1 ． 渤海钻探工程技术研究院，天津 ； 2 ． 渤海钻探泥浆技术服务公司，天津 摘要乍得 B o n g o r 盆地 K u b l a 、Mi mo s a 地层黏土矿物含量高，层理和微裂隙发育，易发生井壁水化膨胀、井 眼坍塌现象。因此在对坍塌层位岩性进行综合分析的基础上，针对乍得B o n g o r 盆地环境保护要求高的特点，研制 出一种安全环保的强抑制 K 2 S O 4 ／ 硅酸盐钻井液。在 P r o s o p i s E 1 1 井的现场应用表明，该钻井液携岩能力强，具有 良好的抑制泥页岩水化膨胀能力和防止地层垮塌能力； 其抗盐膏、 水泥污染能力强， 性能稳定，易于维护； 润滑性好， 泥饼薄而韧，摩阻低 ； 所钻井井径规则，对稳定井壁起到了显著的作用。 关键词K2 5 04 ／ 硅酸盐钻井液 ； 井眼稳定 ； 强抑制 ； 润滑性 ； 乍得 B o n g o r 盆地 中图分类号 T E 2 5 4 | 3 文献标识码 A 硅酸盐钻井液是一种新 型强抑制性、无荧光 、 低成本和环保型水基钻井液 】 。由于在中国和苏丹 六区成功应用 的 KC 1 ／ 硅酸盐钻井液不 能满足乍得 环境保护的要求 ，因此在对 KC I ／ 硅酸盐钻井液研 究的基础上，开展 了 K 2 S O ／ 硅酸盐钻井液的研究 ， 并在乍得 B o n g o r 盆地 P r o s o p i s E 1 ． 1 井进行 了应用 ， 取得 了很好的防塌效果 。 硅酸盐稳定井壁的机理 实验研究表明，硅酸盐稳定井壁 的机理有以下 几个方面。 ①硅酸盐在水 中可形成不同大小 的颗粒 ， 颗粒尺寸分布宽，通过吸附、扩散等途径 ，在近井 壁堵塞孔 隙和微裂缝 ，阻止滤液进入地层 ，抑制页 岩 中黏 土矿物水化。② 硅酸根在 p H值 小于 9时 ， 与地层水作用 ，立即变成硅酸盐凝胶堵塞 裂缝孔 隙。③进入地层的硅酸根离子与岩石表面或地层水 中的 C a 2 、Mg 发生反应生成 C a S i O 、Mg S i O 沉 淀 ，覆盖在岩石表面起封堵作用 。④当井温低于 8 0 c I 二 时 ，硅酸盐可通过氢键力 、静电力和范德华力 的 叠加与地层黏土矿物牢固结合 ； 而井温高于 8 0℃， 特别在高于 1 0 5 o C 时 ，其分子中的硅醇基与黏土矿 物的铝醇基发生缩合反应 ，产生胶结性物质 ，将黏 土等矿物颗粒结合成牢固的整体，封 固井壁 [ 2 - 4 ] 。 2 室 内研 究 2 ． 1 抑制性 2 ． 1 ． 1 滚动 回收率 应用乍得 R o n i e r 4 1 井 Ku b l a 层岩心 ， 在 1 1 0℃、 1 6 h下进行滚动 回收率实验 ，结果见表 1 。从表 1 可以看出，在钾离子相 当的情况下 ，硫酸钾与氯化 钾抑制效果相当，复配盐的协 同防塌效果明显。 表 1 乍得 R o n i e r 4 1 井岩心 回收率 配方 回收率 岩心 2 ． 1 ． 2 高温高压页岩膨胀率 使 用 J HT P高温 高压 智 能膨 胀仪 在 1 ． 5 MP a 、 第一作者简介 代礼杨，工程师，2 0 0 2年毕业于石油大学，现在从事钻井液完井液技术研究工作。地址 天津市大港 区渤海钻探工程技术研究院，邮政编码3 0 0 2 8 0；电话 0 2 22 5 9 2 8 2 3 1； E ma i l d a i l i y a n g _g c y 1 2 6 ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8 卷 第 2期 代礼杨等 硫酸钾／ 硅酸盐钻井液在乍得B o n g o r 盆地的应用 3 7 6 0 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 图 l 可以看出，5 ％氯 化钾和 6 ％硫 酸钾的抑制效果相 当，在硅酸盐体系 中加入氯化钾或硫酸钾后 ，可提高体系的抑制性。 4．O 3 ． 5 蠢 O． 5 0．O 一清水 5 ％硅酸钠 5 ％氯化钾 一I-一 清水 5 ％硅酸钠 6 ％硫酸钾 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 t ／ mi n 图 1 岩心在不同溶液中的高温高压页岩膨胀率 2 ． 2 环保 性能 采用发光细菌 5 0 0型仪器 ，按 照 I S O 1 1 3 4 8 3 标准 ，分别对 1 0 ％硅酸钠 、8 ％硫 酸钾进行 发光细 菌法 E C 铀毒性实验，测试结果均为 0 ，无毒。硅酸 钠和硫酸钾对环境无影响 ，满足乍得地 区的环境保 护要求 。 2 ． 3 K S O ／ 硅酸盐钻 井液的 配方优选 基 于室 内和现场现有 的处理剂及乍 得地 区的 环境保护和钻井技术要求 ，经多次优化实验确定 了 K， S O ／ 硅酸盐钻井 液基本配方 如下。该 钻井液 的 性能见表 2 。清水及该钻井液 的滚动回收率分别为 5 0 ． 0 ％、9 8 ． 5 ％。由表 2可知 ，该钻井液流变参数合 理、抑制分散能力强 ，满足乍得现场施工的需要。 1 ％～2 ％ 膨润土 0 - 2 ％～0 ． 6 ％ X C 0 ． 1 ％ ～ 0 ． 3 ％ K P AM 1 ％～2 ％ 聚阴离子纤维素 P AC 5 ％～8 ％ K S O 8 ％～ 1 0 ％ 硅酸钠 模数为 2 ． 6 重晶石粉 表 2 S O ／ 硅酸盐钻井液的性能 注 为在 1 1 0℃热滚 1 6 h后的钻井 液性 能。 3现 场 应 用及 效 果 3 ． 1 乍得B o n g o r 盆地地层特性 B o n g o r 盆地位 于乍得南部 ，地处非洲乍得 湖 东南部 ，构造位置处于中西非裂谷系，是白垩纪发 展起来的裂谷盆地。其地质分层及岩性为 第三系 地层 0 --5 0 5 m ，岩性 以砂岩为主 ，夹泥岩，顶 部 3 0 m有红土沉积 ，下部主要为砂岩 ； R o n i e r 地 层 5 0 5 ～ 1 0 1 0m ， 主要沉积大套细粒到粗粒砂岩 ， 间或沉积泥岩和页岩 ； Ku b l a 地层 1 0 1 0 ～1 7 3 7 m ， 主要沉积页岩 、粉砂岩和细砂岩 ，局部有细到粗粒 砂岩的反旋 回沉积 ，岩石主要 以暗色泥岩 、页岩为 主，常见粉砂岩 ，页岩井壁坍塌严重 ； Mi mo s a地 层 1 7 3 7 ～ 1 8 3 0 m ，以砂岩为主，夹深灰色、棕 红色泥岩 ； C a i l c e d r a地层 1 8 3 0 ～2 3 0 0m ，主要 沉积泥岩 、页岩、粉砂岩和细砂岩 。 对坍塌物进行的 x ． 射线衍射分析表明，K u b l a 地层为典 型的泥页岩 ，其黏土矿物总量超过 5 0 ％， 以伊 ／ 蒙混层为主 ，问层 比约为 5 ％ ； 极易引起井壁 水化膨胀 、井眼缩径 、坍塌等井下复杂情况 。同时 地层中层理和微裂隙发育 ， 钻井液滤液侵入微裂缝 ， 岩石水化膨胀不均匀 ，降低 了岩石的内部结构稳定 性 ，造成井眼失稳。从该地区地质资料及完钻井情 况来看 ，钻井过程中面临的主要问题是 ① R o n i e r 层井眼易坍塌 ，K u b l a 、Mi mo s a 地层存在大段泥页 岩 ，易水化膨胀 ，常导致起钻超拉和下钻遇阻，全 井短程起下钻频繁，机械钻速有待提高 ； ②多 口井 出现下套管遇阻，下完套管后开泵困难 。 3 ． 2 P r o s o p i s E1 1 井应用实例 P r o s o p i s E1 ． 1井 是 B o n g o r 盆 地 P r o s o p i s 区 块 的一 口评 价 井 ，设计 井 深 为 1 6 5 0 m， 目的层 为 K u b l a ／ Mi mo s a 。P r o s o p i s E1 1 井是在乍得地 区应用 K S O ／ 硅酸盐钻井液钻的第一 口井 。 3 ． 2 ． 1 钻井液配制及维护方法 ①该井二开井段 3 7 3 ～ 1 6 6 0 m 采用 1 2 S O ／ 硅酸盐钻井液。一开固井后 ，全面清淘循环罐并放 掉井浆。加入清水 ，通过混合漏斗按照配方依次加 入硫酸钾 、降滤失剂、流型调节剂 ，配制完后充分 循环。在处理剂完全溶解后，依次混入预先配好的 KP A M 溶液 、膨润土浆 ，加重 晶石粉将密度提高到 1 ． 1 0 g ／ c m 。钻完水泥塞后加入 硅酸盐和重晶石粉 将密度提高至设计要求。②在钻进过程中根据钻井 进尺和钻井液消耗量补充降滤失剂 、K S 0 、流型 调节剂和 Na ． S i O 等处理剂 ，所有处理剂均采用预 配胶液的方式进行补充 ，确保钻井液性能稳定。③ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年 3月 使用固控设备清除钻屑 ，振动筛、除砂器、除泥器 使用率均达到 1 0 0 ％，振动筛使用孔径为 0 ． 0 7 4 mm 的筛布，定期使用离心机。④控制钻井液 p H值在 1 1 ～1 2 ． 5之间，如果 p H值小于 l 1 ，应立 即补充硅 酸盐。维持 p H值对体系的性能和稳定性均至关重 要。⑤进入油层前加入 B S T - I I 和 QS ． 2 ，维持其有 效含量，有效保护油气层。⑥在钻进中控制排量在 3 2 L ／ s 以上 ， 满足井眼净化需要 ， 同时达到冲刷井壁 、 扩大井径的目的。 3 ． 2 ． 2 应用 结果 试验井钻井液的流变性能稳定 ， 现场维护方便 。 P r o s o p i s E 1 ． 1 井二开钻井液I 生能见表 3 。 表 3 P r o s o p i s E 1 1 井二开钻井液性能 1 抑制防塌效果好。该硅酸盐钻 井液具有非 常强的抑制能力 ，所钻钻屑几乎没有分散 ，并且带 有明显 的钻头切削痕迹 ，钻井液过筛容易 振动筛 筛布孔径为 0 ． 0 7 4 ra i n 。钻屑代表性强 ，易于清洗。 2硅酸盐钻井液具有 良好的防塌能力 ，可 以 最大限度地降低钻井液密度，实现低固相，充分体 现 了对油层 的保护理念。二开使用硅酸盐钻井液 ， 井眼规则 ，井径在 2 0 5 ． 2 ～2 5 6 ． 8 1T I IT I 范围内，平均 井径为 2 1 8 ． 6 1 T l n l ，平均井径扩大率为 1 ． 2 2 ％。而邻 井 P r o s o p i s E ． 1 井的井径 曲线极不规则 ，缩径 、坍 塌的井段较多 ，井径为 2 0 2 ． 7 3 9 5 ． 5 m l n，平均井 径为 2 2 3 ． 2 mm，平均井径扩大率为 3 ． 4 0 ％。P r o s o p i s E 1 ． 1 和 P r o s o p i s E 一 1 井的井径曲线对 比见图 2 。 3携岩能力强 、与水泥浆配伍性好 、完井顺 利 、固井质量优 。在该井 2 1 5 ． 9 ton i 井眼内下人 西1 7 7 ． 8 1 T I I T I 套管 ，分别在井深 9 0 0 、1 2 0 0 、1 5 0 0 m 打通循环 ，无砂子返出，至井深 1 6 4 1 ． 5 m到底 后 循环一周 ，没有憋泵 、开泵 困难 的现象，顺利 完 成 固井作业 ，经测井解 释，固井 质量优质。而 邻 井 P r o s o p i s E 一 1 井 2 1 5 ． 9 ton i 井 眼下入 西1 7 7 ． 8 mm套管后开泵 困难 ，泵压高 ，循环时间长。说 明 P r o s o p i s E 1 一 l 井井眼规则 、钻井液井眼净化效果好 ， 硅酸盐钻井液和水泥浆相容性好 ，固井质量优。 4易于维护。K 2 S O ／ 硅酸盐钻井液的主处理 剂只有 5 种 ， 配制简单。 由于其良好 的抑制防塌能力 ， 钻屑等在其中不分散 ，且抗盐膏 、水泥污染能力强 ， 性能稳定，易于维护 。 5润滑性好。K 2 s O 4 ／ 硅酸盐钻井 液 自身润滑 性好 ，除特殊情况外 ，基本不使用润滑剂 ，泥饼薄 而韧 ，摩阻低。 6安全环保。采用发光细菌法 G。 毒性实验 K2 S O ／ 硅酸盐钻井液的材料能满足环境保护的要求。 4结论 与建议 1 ． K 2 5 0 4 ／ 硅酸盐钻井液是一种环保的强抑制性 钻井液 ，抑制 防塌效果 明显 ，现场配制简便 ，易于 维护 。 2 ． K z S O ／ 硅 酸盐钻井液满足乍得 B o n g o r 盆地 易塌地层钻井 的需要 ，提高了井壁稳定性 ，对环境 有好 的保护作用 。 3 ． 硅酸盐钻井液携岩能力强 ， 井眼净化效果好 ， 井眼规则，有利于提高固井质量 。 参 考 文 献 『 1 】 郭健康，鄢捷年，王奎才，等 ． 强抑制性 K C 1 ／ 硅酸盐 钻井液体系及其在苏丹六区的应用 [ J ] ． 钻井液与完井 液 ，2 0 0 5 ，2 2 1 1 4 - 1 8 ． f 2 1 苏秀纯， 郑淑杰， 钟慧敏， 等． 硅酸盐钻井液体系研究[ c 】 ． 钻井承包商协会论文集． 石油工业出版社． 2 0 0 5 2 5 6 2 6 4 ． 『 3 】 苏秀纯，李洪俊，于永新 ，等 ． 无机硅酸盐钻井液体系 研究与应用 [ c 】 ． 钻井承包商协会论文集 ． 石油工业出 版社 2 0 0 6 2 4 4 2 5 3 ． 『 4 1 田增艳， 张仕玉， 董殿彬，等 ． 硅酸盐钻井液在大港油田 侧钻井中的应用 [ J 】 ． 钻井液与完井漉 2 0 0 8 ，2 5 2 2 2 2 4 ． 图2 P r o s o p i s E 1 ． 1 和P r o s o p i s E - 1 井径曲线 收稿日2 0 1 0 1 0 2 1 ；HG F 1 1 0 2 M6 ；编辑马倩芸 g 黑 轶 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m