吐哈油田无渗透钻井液评价.pdf

大 庆 石 油 学 院 学 报 J OURNAL OF DAQI NG PETROLEUM I NS TI TUTE 第 3 3卷 第 5期 2 0 0 9年 l O月 V0 1 ．3 3 No ．5 Oc t ． 2 0 0 9 吐哈油 田无渗透钻 井液评价 聂朝 强 ，荆文波。 ，张玉宁 ，刘全 洲 ，张毅 宁。 1 ．吐哈油田分公司 开发处， 新疆 哈密8 3 9 0 0 9 ； 2 ．吐哈油田分公司 勘探开发研究院， 新疆 哈密8 3 9 0 0 9 ； 3 ．吐 哈油 田分公 司 温米采油厂 ， 新疆 鄯善8 3 8 2 0 2 摘要 选用 B S TI 和 WL P --1无渗透处理剂 ， 分析 吐哈油 田常用钻井液体系的配伍 性并进行优选 ， 得到无渗透钻 井液配方， 评价配方 的降滤失 、 封堵裂缝和岩心伤害性 能．结果表明 无渗透钻井 液性 能优越 ， 能封堵 l mm 以下的裂缝 ； 可在砂 床滤失仪 中形成高结构强度 的渗透膜 ， 渗透膜的渗透率极低 ， 砂床滤失量可达 0 mI } 对岩心伤害小 ， 能使岩心渗透 率堵 塞率达 9 O 以上 ， 渗透率恢复值达 9 5 以上 ， 污染深度 只有 1 c m左右． 关键词 无渗透处理剂 ；钻井 液；渗透膜 ；吐哈油 田 中图分 类号 TE 2 5 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 01 8 9 1 2 0 0 9 0 50 0 8 6 0 4 液 柱压 力通 过地层 微 裂缝 持续 向周 围岩石 “ 扩散 ” 是 造成 近井 壁地带 岩石 原始 平衡 状态 被破 坏的 主要 因素， 在钻进页岩 、 泥岩和黏土岩等同类地层时， 即使极少量的钻井液进入地层， 也会造成近井地带孔隙压 力增大 ， 从而导致井壁不稳定[ 1 ] ．吐哈油 田为解决泥页岩井壁失稳问题 ， 控制泥页岩的压力传递和流体 的侵入 ， 实现零滤失钻井 ， 应用无渗透钻井液取得明显效果 ， 避免 了钻井液滤液侵入引起的水敏、 盐敏、 碱敏等储层损害 ， 提高了油气产量．与吐哈油 田常用钻井液体系相 比， 无渗透钻井液能够有效提高弱胶结 地层 的承压能力 ， 降滤失性能显著， 封堵裂缝能力强 ， 对岩心伤害程度低 ， 在保护油层和防止易漏地层漏失 钻井 液 方面具 有较 强 的应用 价值 ． 1 钻 井液 的配伍 性 ’ 无 渗透钻 井 液是通 过将 无渗 透处 理剂加 入 到常规 钻 井液 中转换 而 成 ， 无 渗透 处 理 剂 与常 规钻 井 液 的 配伍性决定转换后无渗透钻井液的性能．为了解无渗透处理剂与吐哈油田常规钻井液 的配伍性 ， 分别选 用 B S TI 和 WL P 一1 无 渗 透处理 剂 ， 分析 无渗 透处 理剂 加入 吐 哈 油 田常 用 的 聚合 物 钻井 液 和无 固相 钻 井液 中对钻井液性能 流变性 、 滤失性 、 及抗温性等 的影响， 结果见表 1 ． 表 1 无渗 透处理剂 与常规钻 井液配伍性 注 B S TI 和 WI P一1的加量均为 1 ％， 实验温度 为 4 5℃．AV为 表观黏 度 ， P V 为塑性 黏度 ， YP为屈 服值 ， Y P ／ P V为 动擐 比， G1 0 ” 为初始剪切力 ， G1 0 为最终剪切力 ， AP I 为失水量 ， HTHP为高温高压失水量．配方 质量分 数1 ， 聚合 物钻井液 ； 2 ， 聚 合 物钻井液 1 ． 0 ％B S TI ； 3 ， 聚合物钻井液1 ． 0 WI P 一1 ； 4 ， 无 固相钻井 液； 5 ， 无 固相钻井 液1 ． 0 B S TI ； 6 ， 无 固相钻井液 1 ． o WI P 一1 ． 收稿 日期 2 0 0 9一 O 2 2 0 ； 审稿人 孙玉学 ； 编辑 任志平 基 金项 目 国家 自然科学基金项 目 4 0 8 7 2 0 7 6 作者简介 聂朝强 1 9 7 5 一 ， 男 ， 工程师 ， 主要从 事油 田开发方面的研究 8 6 第 5期 聂朝 强等 吐哈油田无 渗透钻井液评价 聚合物钻井液体系配方 质量 分数 4 土浆 0 ． 3 YF KN0 ． 5 S P 一8 l L YD F1 Na H PAN 无 固相钻 井液 体系 配方 质 量分 数 HC OO Na 0 ． 4 ％X C0 ． 5 ％P ACO ． 5 ％P AL--2 1 ． 5 改性 淀粉 ． 由表 1 可以看出， 2 种无渗透处理剂无论是对聚合物钻井液还是对无 固相钻井液的性能均没有影响 ， 无渗透处理剂加入钻井液后 ， 体系失水降低 ， 说 明具有降失水作用 ， 与吐哈油 田常用钻井液体系配伍性好． 2 无渗透处理剂 的优选 选择一种钻井液 无 固相钻井液Ⅲ 作为后续研究对象．通过砂床滤失实验和膜结构 密封度实验， 分 析无渗透处理剂 的种类和加量对钻井液性能的影响， 优选无渗透处理剂的种类和加量． 2 ． 1砂床 滤 失实验 在 4 配方 中逐步增加 B s TI 和 wL P一1的质量分数 ， 通过可视式砂床 中压滤失仪 ， 将砂床滤失仪 的圆柱筒中加入 3 5 0 c m。 经清水洗净后烘干的砂子 粒径为 0 ． 4 5 ～0 ． 9 0 ram ， 压实铺平， 慢慢加入 5 0 0 mL钻井液 ， 按测试 AP I 滤失量的方法 加压测试滤失量或测量滤液进入砂 床的深度 ， 结果见表 2 ， 实验 温 度为 4 5℃． 表 2 无 渗 透 处 理 剂 的 加 量 对 砂 床滤 失 量 的 影 响 配方号 AV／ mP as P V／ mP as YP ／ P a YP ／ P V／ I O 一 6 s _ AP I ／ mI HTHP ／ mL砂床滤失量 mI ／ 进入深度 c m 4 2 7 ． 5 2 l 6 ． 5 0 ． 3 1 6 ． 4 1 4 ． 3 全滤失 6 3 2 ． 0 2 3 9 ． 0 0 ． 3 9 6 ． 2 1 4 ． 3 6 o ／ 全 通 过 7 4 5 ． 0 3 2 1 3 ． 0 0 ． 4 1 5 ． 8 1 4 ． 0 o ／ 9 8 5 0 ． 0 3 2 1 8 ． 0 0 ． 5 6 5 ． 4 1 3 ． 6 o ／ 9 9 3 i ． 0 2 3 8 ． 0 0 ． 3 5 6 ． 4 1 4 ． 2 8 o ／ 全 通 过 1 04 4 ． 0 2 8 1 6 ． 0 0 ． 5 7 6 ． 1 1 4 ． 0 5 ／ 通 过 1 l 5 0 ． 0 3 O 2 O ． 0 0 ． 6 7 5 ． 3 1 3 ． 5 o ／ 1 2 注 7 ， 4 1 ． 5 B S T I； 8 ， 4 2 ． 0 B S T I； 9 ， 4 1 WL P-- 1 ； 1 0 ， 4 十 1 ． 5 W I P 一 1 ； 1 1 ， 4 2 ． 0 WI P一1 ． 由表 2可见 ， 在 砂床 滤失 实验 中 ， 随着 B S TI 或 W L P 一 1的质量 分数 增 加 ， 4 钻 井液 的黏 度 和切 力 逐步增大， 体系失水逐步减小 ； 当 B s TI 和 wL P 一1的质量分数相同时 ， B s TI 降低砂床滤失量的效果 更 好 ； 当 B S TI 加 量 为 1 ． 5 9 ／ 6 时 ， 砂床 滤失 量 为 0 mL， 滤液 进 入深度 为 9 c m， 继 续增 加 质 量分 数 ， 滤 液进 入 深度没 有 变化． 2 ． 2膜 结构 密封 度 实验 在可 视式 中压 滤 失实 验 后 倒 出泥 浆 ， 然 后 缓 慢 倒入 清 水 做 中压 滤 失 实 验l 6 ] ， 记 录 不 同 时 间下 清 水 的滤 失量 ， 并 观察实 验 现象 ， 结果 见表 3 ． 由表 3可 以看 出 ， 加 入 B S T I或 WL P一1后 钻 井 液 的 清 水 滤 失 量 急 剧 减 小 ， 说 明 B S T I和 wL P 一1无渗透处理剂可使膜结构的密封度显著增 加．2种无渗透处理剂对密封度的影响具有相似 的 规律 只需微 量 的无 渗 透 处 理 剂 就 可使 清 水 滤 失 量 急剧 减小 ； 并 且 随着无 渗透 处理 剂加 量 的增 加 ， 清水 配 表 3不同压实时间膜结构密 封度实验结果 方号 4 全滤失 6 9 0 70 80 9世 2 0 0 1 0 2 0 1 10 9 2 9 5 9 5 0 0 0 O O O 2 1 0 2 1 0 2 1 0 2 1 2 1 ． 5 2 1 ． 5 O 0 0 滤 失量迅 速 降低 为 0 mL， 之后 清水 滤 失量 不再 发 生 变化 ； 压 实 时 间对 清 水 滤失 量 的影 响 不 大．加 人 质量 分数为 1 ． 5 的 B s T I使得清水滤失量迅速降低为 0 mL， 而 wL P 一1的质量分数达到 2 ． 0 时才可使 清水 滤失 量 降低为 0 mL ． B S T一 工和 wL P 一1是性能优 良的无渗透处理剂， 加入质量分数 为 1 ． 5 的 B S T I就可使无渗透 大庆石油学院学报 第 3 3卷2 0 0 9年 钻 井 液达 到较好 的 降滤失 效果 ， 渗 透膜结 构得 到显 著加强 ．因此 ， 优选 无渗 透处 理 剂种 类 为 B S T I．无 渗透钻井液体系的最终配方为 7 配方 ， 即 HC OO Na 0 ． 4 XC0 ． 5 P A C0 ． 5 P AL一2 1 ． 5 oA改 性 淀粉 1 ． 5 B S T一 工． ‘ 3 性能评价 3 ． 1封堵 裂缝 实验 为 解决 钻井 过 程 中 的井 漏 等 问 题 ， 对无 渗 透 钻 井 液开 发一 种零 滤失 堵 漏 剂 B S TI I E T ．为 考察 无 渗 透钻 井液 的堵漏 性 能 ， 在 实验 中选取 4 配 方 和 7 配方 无渗 透 钻 井 液 为 参 照对 象 ， 分 别 向 7配 方 中加 入质 量分数 为 1 ． 5 ， 2 ． 0 ， 2 ． 5 的零 滤 失 堵 漏剂 B S TI I ， 各 配成 的 3 0 0 mL钻井 液 并水 化 3 ～ 4 h ， 装入 QD一2型堵漏材料实验装置 ， 测定各钻 井 液封堵 1 mm 裂缝 的能 力 ， 结 果见 表 4 ． 由表 4可见 未加 入 零 滤失 堵 漏 剂 B S TI I的 表 4不同压实时间钻井液封堵 1 mm 裂缝 实验 结果 注 1 2 ， 7 l _ 5 B S TI I ； 1 3 ， 72 ． 0 ％B S T I I ； 1 4 ， 7 2 ． 5 ％B S TI 1 ． 4 和 7 钻 井 液 ， 不 能封 堵 1 mm 的裂 缝 ； 在 无渗 透 钻 井液 中加 入 B S TI I 后 ， 钻 井 液封 堵 裂 缝 能力 增 强 ， 并且 封堵 裂缝 能力 随着 B S TI I 质量 分数 的增 加而 增加 ； 加入 2 ． 0 ％的 B S TI I 后 ， 即使 压实 时 间 为 2 0 mi n密封效果依然良好．因此 ， 在钻遇微裂缝地层时 ， 在钻井液中应加入质量分数为 2 ． 0 ％的 B S TI I ． 3 ． 2滤 失效 果 实验 为评价无渗透钻井液与其他几种钻井液的封堵滤失性能 ， 进行砂床滤失、 膜结构密封度及封堵裂缝实 验_ 8 ] ， 结果见表 5 ．由表 5可以看出 尽管强酸溶性和油溶性暂堵钻井液完井液 的 A P I 失水较低 ， 但其 在 砂床滤失仪中为全滤失， 膜结构强度也很低 ， 对裂缝的封堵能力弱； 无渗透钻井液的膜结构强度高 ， 封堵裂 缝 能力 强． 表 5不同钻井液类型封堵实验结果 1 2 0 mi n 3 ． 3岩心伤 害 实验 岩 心伤 害实 验条 件 温 度为 5 0℃ ， 压 差为 3 ． 5 MP a ， 剪 切 率 为 1 5 0 S r 。 ．所 取 岩 心 为直 径 2 ． 5 c m．长 5 ． 0 c m 的 圆柱体 ． 3 ． 3 ． 1 岩 心污染 利 用智 能 岩 心 污 染 仪 ， 评 价 优 选 的 无 渗 透 钻 井 液 ， ， 记 录钻 井 液 对 岩 12 , 的滤失 量及 钻 井 液 的侵 入 深 度 ， 结 果 见 表 6 ．由表 6可 以 看 出 4钻 井 液污 染 岩心后 ， 渗透率堵塞率较低 ； 无渗透钻井 表 6 无渗透钻 井液岩 心污 染结果 注 K。为污染前岩心渗透率 ； 为污染后岩心渗透率 液的渗透率堵塞率达到 9 8 ． 6 oA， 说明无渗透钻井液能快速在岩心端面形成渗透率极低 的屏蔽层 ， 从而阻 止 钻井 液 的固相及 滤 液渗 入岩 心 ， 能 较好 地保 护储层 不受 伤 害． 3 ． 3 ． 2 岩心 承压 能力 分别将 4 和 7 钻井液污染后的岩心取出， 轻轻刮下岩心表面的滤饼 ， 重新装入岩心夹持器中， 测定 8 8 第 5 期 聂朝 强等 吐哈油田无 渗透 钻井 液评价 岩 心 的承 压 能力 ， 结 果 见 表 7 ．由表 7可 以看 出 加 入 B S TI 之后 ， 岩 心 的承压 能 力 显 著提 高 ； 无 渗 透 钻井 液 的岩心 承压 能力 超过 1 5 MP a ， 即在达 到 实验 仪 器设计 压力 1 5 MP a 后 ， 岩心 仍无 滤 液流 出． 3 ． 3 ． 3 岩心渗透率恢复值 表 7 4 和 7 钻井液承压能 力实验结果 对无渗透钻井液体系污染后 的岩心 ， 用航空煤油反向测其渗透率 ， 与污染前的渗透率进行对 比， 计算 其渗透率恢复值m] ．记录返排最高压差及返排时间， 结果见表 8 ．由表 8可以看 出 2块岩心返排压差较 小 ， 最大 返排 压差 为 o ． 9 3 MP a ， 岩心渗 透 率恢 复值 大 于 9 5 ， 说 明用无 渗 透钻 井完 井 液 污染 岩 心 后 ， 其 返 排较 为容 易． 表 8无渗透钻 井液体系渗透率恢复值测定 实验结果 3 ． 3 ． 4污染深 度 对 无渗 透钻 井 液体 系污 染后 的岩 心 ， 在 污染 端 截去 1 c r n左 右 ， 用 航空 煤 油反 向测 其渗 透率 ， 与 污染 前 的渗透率进行对 比， 计算其渗透率恢复值， 渗透率 恢 复值 达 9 0 后 ， 其截 长 为污 染 深 度 ； 若 渗透 率 恢 复值小 于 9 0 ， 继 续 截 去 一 定 长 度 岩 心 进 行 渗 透 率 测定 实验 ， 直 到渗 透率恢 复 值大 于 9 0 为 止． 污 染 时 间 为 4 h ， 结 果 见 表 9 ．由表 9可 以看 表 9 无渗透钻 井液体 系污染深度实验结果 出 从岩 心污染 端 切去 0 ． 9 C I T I 或 1 ． 0 c m 后 ， 岩 心 渗 透 率恢 复 值 均 大 于 9 O ， 可 以认 为 污染 深 度 为 1 c m 左右 ， 说 明钻 井液 进入 岩心 深度 浅 ， 可 以通过 射孔 解 除堵 塞． 4 结论 1 通过分析无渗透处理剂与吐哈油 田常用聚合物和无 固相钻井液体系配伍性 ， 以及无渗透处理剂种 类及 加量 的优 选 ， 确定 无 渗 透 钻 井 液 的 配 方 质 量 分 数 为 HC OONa 0 ． 4 X C 0 ． 5 P AC0 ． 5 P AI 一2 1 ． 5 改 性淀 粉 1 ． 5 B S TI ． 2 无 渗透 钻井 液能 够形 成高 结构 强度 的 渗透膜 ， 可 以将 砂床 滤 失量 降低 到 0 mI ； 无 渗透 钻井 液裂 缝 封 堵能 力强 ， 能 封堵 1 mm 以下 的裂缝 ； 对 岩心 伤 害小 ， 能在 岩 心表 面快 速形 成一 层渗 透率 极低 的保护 膜 ， 使渗透率堵塞率达 9 O ％以上 ， 渗透率恢复值为 9 5 以上 ， 污染深度在 1 c m左右． 参考文献 [ 1 ] 胡茂焱．钻井液设计 系统 的研究[ D] ．北京 中国地质大学 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 马海佳 ， 张海军．基于 THM 的井 壁稳定性分析 [ J ] ．大庆石 油学 院学报 ， 2 0 0 8 ， 3 2 6 5 0 5 5 ． E 3 ] 付春权 ， 尹 洪军．复合油藏垂直裂缝井压力动态分析[ J ] ．大庆石油学院学报 ， 2 0 0 8 ， 3 2 2 1 1 3 1 1 6 ． [ 4 ]陈乐亮 ， 汪桂娟．甲酸盐基钻井液完井液体系综述E J ] ．钻井液与完井液 ． 2 0 0 3 ， 2 0 1 3 1 3 6 ． [ 5 ] 肖红翼 ， 陈召军．基于 AD UC 8 1 2单片机 的智能失 水仪 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