无固相微泡沫钻井液的研究及应用.pdf

第 2 9卷 第 3期 2 0 1 2年5月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D v0 1 ． 2 9 NO ． 3 M a v 201 2 【 理论研究与应用技术 】 无固相微泡沫钻井液的研究及应用 刘振东 ， 唐代绪 2 ， 刘从军 ， 隋旭强 1 ． 胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营 ； 2 ． 中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京 刘振东等 ． 无固相微泡沫钻井液的研究及应用 [ J ] l 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 3 3 3 3 5 ． 摘要无固相微泡沫钻井液密度低、携岩性能好、滤失量小，能够降低储层漏失及伤害，最大限度地控制固 相侵入 ， 是对低密度钻井液体系的一种完善。介绍了无固相微泡沫钻井液的作用原理， 优选了处理剂和钻井液配方， 评价 了钻井液的性能，由于其不含黏土相，配方设计合理，具有较好的抑制性，克服了普通微泡沫钻井液固相侵 入和普通泡沫发泡过多时泥浆泵上水效果不好的问题。并在邵 4 一 平 l井进行了应用，获得 良好的油层保护效果， 该 井完井后试 油，产 油量为 3 0 ～4 0t ／ d ，相 比邻井提高 5 0 ％ 以上。 关键词 无 固相 ； 微泡沫 ； 钻 井液 ； 低渗 油藏 ； 低 密度 ； 配方 ； 油层保护 中图分类号T E 2 5 4 _ 3 文献标识码 i A 文章编号1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 l 20 3 0 0 3 3 0 3 在低压 、低渗储层多采用常规钻井液实施近平 衡压力钻井 ，极易压漏地层 ，出现井下复杂事故 ， 损害油气层。采用空气钻井或油基钻井液体系 ，虽 然可以实现近平衡钻井 、保护油气层 ，但这些类型 的钻井液需要专门的设备 ，投资大、成本高、施工 工艺复杂。无固相微泡沫钻井液 由特定的表面活性 剂和聚合物组成 ，性能稳定 、密度低 、携砂能力强 、 防漏防塌效果 明显 、不需增加欠平衡钻井 的特殊设 备 、成本低 ，能够降低储层 的漏失及伤害。因此 ， 针对低压 、低渗、易漏地层开展无 固相微泡沫钻井 液技术研究和应用具有十分重要的意义 [ 1 - 2 ] 。 1 微泡 沫作 用原理 无 固相微泡沫钻井液是一种新型低密度钻井液 体系 ，是由特定的表面活性剂和聚合物组成的一种 微泡沫体系 ，即非聚集 、可循环使用的均匀刚性气 核体系。这些微泡沫包裹在一种独特 的增黏体系中， 其特殊性是不需要使用额外的设备，只需使用常规 的钻井液混合设备就可使钻井液获得有良好的抗压 性能 、可变形的微泡沫 。微泡沫钻井液在没有充足 的空气或注入气体 的情况下 ，在钻井液 内部即可产 生一种 由多层膜包裹的微泡沫 。该类微泡沫在较强 的界面张力作用下可形成复杂的微泡沫网结构 ，在 拉普拉斯压力 的作用下，微泡沫网结构具有极高的 能量 ，可在地层孔洞周 围形成一个微环境 ，从而在 井下产生桥塞作用并控制流体侵入地层 [ 3 - 7 ] 。 2 室 内研 究 2 ． 1 处理剂优选实验 2 ． 1 ． 1 发泡剂优选 根据地层特点 ，对多种发泡剂 的起泡能力进行 了对 比实验 ，结果见表 1 。 表 1 发泡剂起泡能力对 比实验 发泡剂起泡高度／ ／ 2 ．／ 发泡剂 起泡高度 ／ ／2 ． ／ m m m l n m i l l m a n SJ ． 6 l 8 7 1 0 9 AES 1 93 5 8 AC． 2 2 0 0 1 2 0 AS B 1 5 3 3 8 AC一 3 225 9 5 由表 1 可见 ，A C 一 2具有 良好 的起泡能力 ，生 成的泡沫细小均匀，且半衰期长，满足钻井液的特 第一作者简介 刘振东，工程师，2 0 0 6年毕业于太原理工大学高分子化学与物理专业，现在主要从事钻井液技术研究 和现场推广工作。地址 山东省东营市北一路 8 2 7号 ； 邮政编码 2 5 7 0 0 0； E ． ma i l l z d 7 9 0 8 s i n a ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 钻 井 液 与 完 并 液 2 0 1 2年 5月 性。最终选择 自行研制的 AC ． 2作为无 固相微泡沫 钻井液的发泡剂。 2 ． 1 ． 2 稳泡剂优选 将 3 种稳泡剂 0 ．8 ％P A C 、O ． 8 ％ X C和O ． 8 ％ P A C 0 ．8 ％X C分别加人基液 3 ％ T V - 2 0 ． 1 ％ P A M中搅 拌均匀，再加人 O ．3 ％的起泡剂A C 一 2 ，高速搅拌， 倒人 1 0 0 0 mL量筒中，观察泡沫变化情况。3种稳 泡剂 的起泡高度分别为 5 1 0 、4 0 0 、4 6 0 mm，半衰 期分别为 3 2 0 、 3 0 0 和大于4 9 0 m i n 。由此可以看出， P AC与 XC复配使用对形成和稳定微泡效果最好。 2 ． 2 钻井液配方优选 2 ． 2 ． 1 发泡剂加量 利用无 固相钻井液常规配方 中主要的处理剂配 制成基 液 3 ％T V - 2 0 ． I ％P AM ，对 发泡剂的加量 进行了室内优选 ，结果见表 2 。 表 2 发泡剂加量优选 实验 实验结果表明，起泡剂加量为 0 ． 3 ％较为合适 ， 如加量太低 ，起泡量会很少 ，难以形成微泡沫钻井 液 ，无法降低钻井液密度 ； 而加量过高 ，生成的微 泡沫太多，钻井液密度过低 ，会严重影响泥浆泵的 上水效果 ，同时有可能导致井下仪器信号失常。 2 ． 2 ． 2 稳泡剂加量 在基液 3 ％T V - 2 0 ． I ％P AM 0 ． 3 ％AC ． 2中加 入不 同加量 的 XC和 P AC复配稳泡剂后高速搅拌 ， 观察钻井液性能，实验结果见表 3 。 表 3 稳泡剂加量优选实验 虽然 XC和 P AC的复配对泡沫的起泡量有一定 的影响，但却能大大提高泡沫的稳定性。因此 ，确 定稳泡剂加量为 0 ．2 ％XC和 0 ． 1 ％P AC。 3 钻井液性能评价 3 ． 1抗油性 用煤油模拟地层油对无固相微泡沫钻井液的抗 污染性能进行了评价 ，实验结果见图 1 。 1 ． o 0 0 ． 9 8 黑 o ．9 6 0 ． 9 4 0 ． 9 2 0 ．9 O 煤油， 图 1 无固相微泡沫钻井液抗煤油污染实验 由图 1 可知，煤油加量小于 9 ％ 时，煤油对微 泡沫性能 的影 响较小 ；当加量超过 9 ％后 ，随着煤 油加量的增加 ，钻井液密度快速升高 ，表明发泡剂 的发泡能力 明显下降。现场在钻遇油层时 ，为防止 微泡沫排液速度过快 ，应适当增加发泡剂的加量 。 3 ． 2 抗温性 为了研究优选出的无 固相微泡沫钻井液的抗温 性能 ，在 8 0 、1 0 0℃下对无固相微泡沫钻井液进行 8h的抗温实验 ，结果见表 4 。 表 4 抗温性能评价 由表 4 可以看出，微泡沫钻井液经 1 0 0℃、8 h 的高温滚动后，各项性能基本不变，说明微泡沫钻 井液具有较好的高温稳定性 ，能满足大部分现场施 工和作业的需要。 3 ． 3 抑制性 将人造岩心在微泡沫、聚合醇、无黏土相钻 井液 中分别浸泡 1 6 h ，然后利用 2 0 0 0型线性膨胀 仪 测得 岩心 的线 性膨 胀率 分别 为 1 9 ． 8 ％、4 7 ． 5 ％、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 3期 刘振 东等 无 固相微泡沫钻井液的研 究及应用 3 5 5 8 ． 2 ％。 由此可知 ， 微泡沫钻井液的线性膨胀率最低 。 说明该钻井液具有较好的抑制性 ， 有利于井壁稳定。 4现 场 应 用 4 ． 1 地质概况 邵 4 一 平 1 井是一 口生产井，位于济阳坳陷沾 化 凹陷邵家洼陷缓坡断裂坡折带g ig 4 块潜 山高部位 ， 钻探目的是挖掘邵 4 块潜山油藏奥陶系剩余油，提 高油藏产能及采收率。该井设计垂深为 2 7 6 0 ． O 0 m， 目的层为奥 陶系的八 陡组和马家沟组 ，岩性 以灰色 灰岩 、白云岩 、藻团粒 白云岩及其过渡岩性组成 ， 其 中夹有薄层泥岩和煌斑岩等。邵 4 ． 平 1 井储 层 灰岩岩心平均孔隙度为 9 ． 5 ％， 空气渗透率为 0 ．2 ～ 1 0 0 0 1 0 m 。邻井钻遇奥陶系潜山地层时有 漏失现象 ，故在该井钻井过程 中采用无固相微泡沫 钻井液 ，一是用 以保护油层 ，避免污染油层 ，二是 采用低密度钻井液 ，防止漏失。 4 ． 2 工 程简况 邵 4 一 平 1 井一开钻进 ，进尺为 3 8 4 m。二开直 井段钻具结 构为 2 4 1 _ 3 mm钻 头 6 3 0 4 1 0接头 1 7 7 ． 8 mm 无 磁 1 7 7 ． 8 mm钻 挺 2 3 8 mm 扶正 器 西1 7 7 ． 8 m m 钻挺 4根 西1 2 7 n I I T I 加 重 钻杆 1 5 根 1 2 7 m l T l 钻杆 。本井造斜点位 于井 深 2 4 8 4 ． 9 2 m处 ，二开井深为 2 8 4 3 ． 5 m。 该井使用清水顶替 出套管 内原钻井液 ，并配制 无固相微泡沫钻井液。配制过程中，全井循环 ，按 照循环周均匀依次加入各处理剂并充分循环。三开 钻进过程中，根据无 固相微泡沫钻井液 的特点 ，进 行合理的维护，及时补充发泡剂，并充分利用固控 设备，确保钻井液性能稳定。三开钻井液的密度为 0 ． 9 5 g ／ c m ， 黏度为 4 1 S ， 至井深 2 9 1 3 ． 7 5 m遇溶洞 ， 发生严重漏失 ，放空 2 m，钻压为 1 0 0 k N，随即完 钻。三开钻进期间，通过采用有效措施 ，全烃值最 高达 4 0 ％，槽面有大量油花，有效保护 了储层。该 井完井后试油，产油量为 3 0 ～4 0 t ／ d ，相比邻井提 高 5 0 ％ 以上 。 4 ． 3 钻井液的维护处理措施 ①钻进期间，尽量把所有钻井液处理剂都配制 成胶液 ，然后均匀加入钻井液 ，保持钻井液性能的 稳定。②充分利用各循环罐 中的搅拌器及钻井液枪 将微泡沫钻井液中的大泡变成微泡沫，维持泥浆泵 有较好的上水效率。③钻进过程中根据泡沫基液的 消耗情况适时配制泡沫基液进行补充 ，并采用加料 漏斗的方式添加发泡剂和稳泡剂，让部分气体进入 钻井液。④根据返砂情况、泡沫返出状态及实验结 果，适时补充各种处理剂，使之满足携岩要求。⑤ 使用 XC、P A C及 P A M 调整钻井液 的黏度 和切力 ， 以井下情况为依据，保持较高的动切力和动塑比， 保证钻井液具有 良好的携岩性和悬浮性 ，防止岩屑 床的形成 。 5 结 论 及 认 识 1 ． 无 固相微泡沫钻井液密度可调范 围大 ，可实 现近平衡压力钻井 ，有效地保护油气层。 2 ． 该钻井液不含土相 ，并具有较好 的抑制性 ， 克服 了普通微泡沫钻井液 固相侵入的问题 。 3 ． 无固相微泡沫钻井液配方设计合理，可解决 普通泡沫发泡过多时泥浆泵上水效果不好的问题。 4 ． 无固相微泡沫钻井液在防漏堵漏和油气层保 护机理上还有待进一步研究 ，以指导新型处理剂的 研发 ，提高钻井液性能。 参 考 文 献 [ 1 ] 杨虎，郡捷年，陈涛 ． 新型水基微泡沫钻井液的室内配 方优选和性能评价 [ J ] ． 石油钻探技术，2 0 0 6 ，3 4 2 41 4 4． [ 2 ] 王洪军，焦震 ，郑秀华 ，等 ． 大庆油田微泡沫钻井液的 研究与应用 [ J ] ． 石油钻采工艺，2 0 0 7 ，2 9 5 8 8 9 2 ． [ 3 ]3 汪桂娟，丁玉兴，陈乐亮，等 ． 具有特殊结构的微泡沫 钻井液技术综述 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 4 ，2 1 3 44 ． 52． [ 4 】 左凤江，贾东民，郭卫 ，等 ． 可循环微泡沫钻井液技 术研究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 2 ，1 9 6 8 5． 8 8． [ 5 ] 刘德胜 ，郭 志强，郑永臣，等 ． 微泡沫钻井液在 哈 3 4 5 X井的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 0 ，1 7 5 21 2 4． 【 6 ] 刘德胜，陈星元，陈光，等 ． 伊 朗T A B NA K气 田低 压裂缝性地层泡沫钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 3 ，2 0 3 1 - 3 ． [ 7 ] 张毅 ，胡辉 ，高立新，等 ． 三相可循环微泡沫钻井液 的研究及其在彩南油 田的应用 [ J 】 _ 钻井液与完井液， 2 0 0 4 ，2 1 1 1 1 - 1 4 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 1 0 ． 2 5 ；HG F 1 2 0 2 M3 ；编辑马倩芸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m