低固相超高温水基钻井液研究及应用.pdf

第 3 2卷 2 01 5正 第 2期 3月 钴井液与 完井液 DRI LLI N G FLUI D COM PLET1 0N FLUI D V_0 1 ． 3 2 No ． 2 M a t ．2 01 5 d o i 1 0 ． 3 6 9 6 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 0 1 低 固相超高温水基钻井液研究及应用 黄维安 ， 王在明 ， 胡中志 ， 邱正松 ， 谢彬强 ， 毛惠 1 ． 中国石油大学 华东 石油工程学院，山东青岛 ； 2 ． 冀东油田钻采研究院，河北唐山 ； 3 ． 长江大学石油工程学院，湖北荆州 黄维安等 ． 低 固相超高 温水基钻 井液研究及应用 [ J ] ． 钻 井液与完井液 ，2 0 l 5 ，3 2 2 1 5 ． 摘要冀东油田南堡构造深部潜 山储层温度高、压力低 、裂缝发育，为满足保护储层和井下携岩的需要，基于开 发的聚合物增黏剂 S DK P以及对抗高温降滤失剂、油溶性封堵剂、润滑剂、高温保护剂和防水锁剂的优选，优化出一 套低 膨 润土低 固相超高 温水基钻 井液。 室 内评 价结 果表 明，I ％S D KP溶液在 1 6 5 o 老 『 匕1 6 h后 ，表观 黏度保 持率仍 可达 2 0 ％，表明S DK P的耐温性能好 ；S D 一 1 0 1和 S D 一 2 0 1复配可显著降低 1 ． 0 ％ 膨润土基浆的滤失量，油溶性封堵剂 HQ 一 1 0可显著降低高温高压滤失量 ； 该钻井液抗温达 2 3 5℃，在 2 0 0℃下的塑性黏度达到 1 5 mP a S ，满足携岩需要， 抗污染能力强，能抗 1 0 ％Na C 1 、2 ％C a C 1 ， 、1 0 ％劣质土污染，抑制性好，膨胀率降低率达 7 8 ％，页岩回收率从 8 ． 2 4 ％ 提高到 8 4 ． 4 5 ％，储层损害小。在探井南堡 3 8 2井五开井眼的现场应用表明，该钻井液在 2 2 0℃井底温度下的流变参 数基本稳定，AP I 滤失量不变，携岩性好，顺利钻达井深 6 0 3 7 m完钻，自喷求产，产液量为 4 3 ． 2 0 m ／ d 。证明该钻井 液可满足现场高温低压储层的钻井需要。 关键词 超高温钻井液 ； 低膨润土低固相钻井液 ； 抗温增黏剂 ；防止地层损害 中图分 类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 5 0 2 0 0 0 1 ． 0 5 冀东油 田南堡构造深部潜山储层 主要为奥 陶系 潜 山 裂缝发育段分布较广 ，勘探潜力巨大 ，是近几 年冀东油田、辽河油 田勘探开发部署的重点区域 [】 ] 。 该潜 山储层具有埋藏深 、温度高 、裂缝发育等特点 ， 储层岩性以碳酸盐岩为主，储集空间类型主要以构 造裂缝、风化裂缝和溶蚀缝为主 [2 -4 ] o其地温梯度为 3 ． 7 0 ～3 ． 7 8 o C／ 1 0 0 m，地层 压力系数 为 1 ． 0 1 ～1 ． 0 6 ， 属于典型的高温低压油气藏 [5 -6 ] o深部潜山复杂油气 藏能否高效 开发的关键在于油气层保护技 术 的有效 性 ，其直接关系到复杂油气井的寿命 和产量 。为减轻 储层伤害，拟在钻开储层过程采用无固相或低固相水 基钻井液体系。无固相、低膨润土低固相钻井液是指 钻井液总固相含量不大于 4 ％，并尽量降低膨润土含 量 ，不会对油气层造成较大 的伤害 [ 7 - 9 ] o但低膨润土 低固相钻井液的高温稳定性不好 ，会产生严重 的高温 降黏现象 [ 1 0 ] o 目前尚未见膨润土含量低于 3 ％、抗温 高于 2 0 0℃的低膨润土低 固相水基钻井液体系的研究 应用报道。针对 以上难题 ，笔者基于主要抗温处理剂 的研选 ，通过配伍性优化 ，研制 出一套膨润土含量为 2 ． 0 ％、 抗温达 2 3 5℃的低 固相低密度水基钻井液配方 ， 并成功在冀东油田南堡区块进行现场应用。 1 主要 处理剂 的研选 1 ． 1 抗温增黏剂 为考察实验室开发的聚合物增黏剂 S D K P在相似 应用条件下的抗温能力 ，测试了聚合物增黏剂在水溶 液中的热稳定性 ，溶液未除氧，未加热稳定剂。结果 见图 1 。由图 1 可知 ，在 1 2 0 、1 3 0 、1 4 0 老化 1 6 h 后 ，2种聚合物水溶液的黏度均基本保持不变 ，但在 更高温度 ≥1 5 0 下老化后 ，黏度迅速降低 ，其 中S D K P经 1 6 5 oC 老化 1 6 h 后，仍具有较高黏度保 持率 ， 而 H E 3 0 0 经 1 6 5℃老化 1 6 h 后 已基本完全降解 ， 基金项目 国家 自然科学基金项 目 5 1 3 7 4 2 3 3 ；山东省 自然科学基金项 目 Z R 2 0 1 3 E E M0 3 2 ；中国博士后基金面上资助 2 0 1 4 M5 5 1 9 8 6 o 第一作者简介 黄维安，1 9 7 6年生，2 0 0 7年获 中国石油大学 华东 油气井工程专业博士学位，现为中国石油大学 华东 副教授，主要从事油气井化学工程领域研究。地址 山东省青岛市经济技术开发 区长江西路 6 6号中国石油大学 华东 石油S - 程学院 ； 邮政编码 2 6 6 5 8 0；电话 0 5 3 28 6 9 8 1 1 9 0； E - ma i l ma s t e r h u a n g 1 9 9 7 1 6 3 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 钴井液与 完井液 2 0 1 5年 3月 S DK P的耐温抗老化性能优于 H E 3 0 0 康菲飞利浦公 司抗温聚合物 。这是因为 S D KP分子 中的 A MP S和 VC L单元具有很强 的刚性 ，聚合物具有优 良的耐温 抗水解能力 ，特别是 VC L具有七元环侧链 的特殊结 构，使 S D K P 具有良好的耐温抗老化性能。 ＼ 褥 鞭 褥 老化温度／ ℃ 图 1 1 ％ S DK P和 1 ％ H E 3 0 0 溶 液的 抗高温老化 1 6 h性能 1 ． 2 降滤失剂 为降低低膨润土钻井液体系在高温下的滤失量， 以提高其储层保护能力，进一步对磺化树脂 S MP 一 2 、 S D一 1 0 1 ，褐 煤树脂 S D一 2 0 1 、S P NH等降滤失剂进 行 了优选 。实验钻井液配方如下 ，结果见表 1 。 l 1 ． 0 ％膨 润 土 1 ． 0 ％S DK P 6 ． 0 ％S MP ． 2 2 ． 0 ％ S P NH 0 ． 5 ％ 高温保护剂 KY J ． 1 2 1 ． 0 ％膨 润 土 1 ． 0 ％S DK P 6 ． 0 ％S MP 一 2 2 ． 0 ％ S D一 2 01 0． 5 ％ KYJ ． 1 3 1 ． 0 ％膨润土 1 ． 0 ％S DK P 6 ． 0 ％S D 一 1 0 1 2 ． 0 ％ SD一 2 01 0 ． 5 ％KYJ ． 1 4 1 ． 0 ％ 膨润土 1 ． 0 ％S DK P 6 ． 0 ％S D 一 1 0 1 2 ． O ％ SP NHO． 5 ％KYJ 一 1 表 1 降滤失剂优选实验结果 由表 1 看出， 热滚前后 3 配方的A P I 滤失量最低， 且 老化前后其流变性变化较小， 表 明 S D一 1 0 1 、S D一 2 0 1 抗温性好 。这是因为 S D． 1 0 1 通过改善体系的胶体稳 定性和泥饼可压缩性降低滤失量 ， S D一 2 0 1 在体系中有 一 部分以胶态微粒存在， 可进一步降低滤饼渗透性， 并 且与 S D 一 1 0 1 有很好协 同作用 ，因此选用 S D一 1 0 1 、 S D 一 2 0 1 作为抗高温低膨润土钻井液的降滤失剂。 1 ． 3油溶性封 堵剂 油溶性封堵剂可封堵井壁微孔隙、裂隙，降低钻 井液滤失量 ，有利于井壁稳定和储层保护。以上述 3 配方为基浆 ，对 比了封堵剂 F T - 1 、F T - 3 0 0 0和 H Q． 1 0 降低高温高压滤失量的性能 ，实验结果见表 2 。 表 2 油溶性封堵剂优选 实验结果 配 方 素 AV |P v | Y P | m P a S m P a S P a F L ／ F L H HP／ m L m L 注 热滚条件为 2 0 0℃、1 6 h； 高温高压滤失量测试条件 为 1 8 0℃、3 ． 5 MP a 。 由表 2可知，加入封堵剂后 ，各配方钻井液热滚 后的中压滤失量都稍有降低，而高温高压滤失量降低 更 明显 ，其 中 HQ． 1 0效果最好 ，且对钻井液流变性 影响较小，其软化点较高、分布范围较宽， 适用于高 温长裸眼井段 。因此 ，选用 HQ ． 1 0作为抗高温低膨 润土钻井液用油溶性封堵剂。但实验浆的高温高压滤 失量仍然达到 3 8 ． 8 mL，其与增黏剂的配伍性需要进 一 步优化。 2 抗高温低膨润土钻井液配方及性能 在主要抗温处理剂优选 的基础上 ，通过配伍性优 化研究 ，构建了低膨润土相超高 温水基钻井液体系， 其配方如下 。 2 ． 0 ％膨 润土 0 ． I ％Na O H 0 ． 7 ％S DK P 6 ． 0 ％S D． 1 0 1 2 ． 0 ％S D一 2 0 1 0 ． 5 ％高 温保 护 剂KYJ 一 1 3 ． 0 ％HQ一 1 0 4 ． 0 ％抗高温润滑剂 S D5 0 5 0 ． 3 ％ 防水锁剂 S D一 9 0 5 记 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 2卷 第2期 黄维安等低固相超高温水基钻井液研究及应用 3 为 DT X钻井液 5 0 4 5 2 -1 阶 梯 式 耐 温 性 能 奄4350 分 别 测 试 了 D T x 钻 井 液 配 方 经 2 0 0 、 2 3 0 、 2 3 5 ℃ 蠢23 50 阶梯式热滚老化 1 6 h后 的性能变化 ，结果见表 3 。 2 1 5 0 表 3 D T X钻井液阶梯式耐温性能评价结果 从表 3 看出，经高温阶梯式热滚老化后 ， D T X 钻井液的黏度和切力有所降低、AP I 滤失量稍有增大， 但整体l生 能变化不大，表明D T X钻井液的抗温能力非 常强。 2 ． 2 高温高压流变性能 压力对水基钻井液密度和流变性 的影响不大 ，因 此主要测试了钻井液流变参数在 5 ． 5 MP a 高压下随温 度 的变化情 况。D T X钻井液 的高温高压 流变曲线如 图 2所示 。 ＼ 尽 密 剪切速率／ s 。 图 2 DT X钻井液在不同温度下的流变曲线 5 ． 5 MP a 由图 2可知 ，DT X钻井液在 高温 高压条件下属 于塑性流体 ； 不同剪切速率下 ，钻井液 的剪切力随着 温度上升而降低，且高剪切速率下其剪切力的下降幅 度更大。 DT X钻井液 的表观 黏度 、塑性黏度和动切力 随 温度 变化 的规 律如 图 3所示。从 图 3可以看 出，随 着温度 升高 ，钻井 液 的表观黏度 、塑性 黏度和动切 力均明显降低 ； 在 2 0 0 q C 下钻井液的表观黏度、塑 性黏度分别为 2 8 m P a S 、1 9 m P a S ，动塑比为 O ．4 7 P a ／ mP a S ，这表 明 DT X钻井液具有较强 的高温携岩 能力。 ℃ 图3 D T X钻井液流变性能随温度的变化曲线 不 同温度下 DT X钻井液 的 4种流变模式拟合相 关系数见图 4 。 1 ． 01 1 ． 0 O 籁0 ． 9 9 0． 9 8 0． 9 7 0． 9 6 O ． 9 5 ℃ 图 4 不同温度下 DT X钻井液 4种流变模式拟合相关系数 由图4看出，高温高压下，三参数的赫 ． 巴模式 对 D T X钻井液体系的流变曲线拟合效果最好，其相 关系数均在 0 ． 9 9 5以上 。 2 ． 3 抗污染性能 实验进行了D T X钻井液抗氯化钠、氯化钙和劣 质土污染性能的评价，劣质土为冀东油田沙三段地层 泥页岩岩样粉碎后过孔径 为 0 ． 1 5 4 1T U T I 的筛 ，实验结 果见表 4 。从 表 4可 以看 出，随着 氯化钠加量增 大 ， D T X钻井液热滚后 的黏度和切力先 上升后 降低 ，老 化后滤失量稍有增加 ； 氯化钠加量达 1 0 ％时，热滚 前后 DT X钻井液 的流变性 和降滤失性均变化不 大， 仍具有较好的高温稳定性，可抗 1 0 ％氯化钠污染 ； 随着 氯化钙 加量增 大 ，D T X钻井 液热滚 后 的黏度、 切力都有不 同程度 的降低 ，而滤 失量有所增加 ，整 体性能变化较小 ，抗氯化钙污染能力达 2 ％； 随着劣 质 土加量 的增大 ，DT X钻井液的黏度和切力均有所 增加，A P I 滤失量则降低，总体性能变化不大，可抗 1 0 ％ 劣质土污染。 2 ． 4 抑 制性 选用二级膨润土 ，评价 了 DT X钻井液 的抑制水 化膨胀性能，D T X钻井液中的岩心膨胀率为 5 ．8 4 ％， 远低于去离子水 中的岩心膨胀率 2 6 ． 2 7 ％ o选用环 渤海湾沙河街组 2 ～5 l n i n泥页岩 ，通过页岩分散实 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 钴井液与 完井液 2 O 1 5年 3月 验评价 D T X钻井液的抑制水化分散性能。测得 DT X 钻井液 的岩屑 回收率为 8 5 ． 4 5 ％，较去离子水 中的回 收率 8 ． 2 4 ％有显著提高。评价结果表明，DT X钻 井液具有较强的抑制水化能力 。 表 4 DT X钻 井液抗污染-眭能评价结果 污染物 实验条件 A V ／ ． P P V ／ ． Y Pa P／ F m L L ／ m ea S m a s 。 上 J ‘ 上 J a 上 ， a ， 上 ， a m L 2 ． 5 储层保护性能 选用经人工造缝的冀东油田奥陶系露头灰岩岩心 进行 D T X钻井液的储层保护性能测试。测试条件 围压 为 3 MP a ，驱 替 流 速 为 2 mL ／ mi n ，驱 替 液 为 5 4 0 0 0 g ／ m 盐水 ，污染压差为 2 ． 5 MP a 。得到以下实 验结果 DT X钻井液可在岩心表面形成致密暂堵带 ， 反向封堵率为 8 9 ．6 5 ％和 9 1 ．9 8 ％； 污染后渗透率恢复 率分别 为 9 0 ． 0 6 ％ 和 8 6 ． 3 0 ％，表 明 DT X具有 良好的 储层保护效果。 3 现 场 应 用 南堡 3 ． 8 2井是 中石油冀东油 田布置 的一 口重点 科学 预探井 定 向井 ，该井斜深 为 6 0 8 0 m、垂深 为 5 5 8 5 m，完钻井底温度预计约为 2 2 0℃，是冀东 油田公司 2 0 1 3 年钻探油气田开发中 “ 第二深”的一 口预探井。该井面临深部潜山储层高温低密度钻井液 流变性调 控问题 、井壁稳定 问题及 防漏堵漏 等钻 井 液技术难 题。在钻至 四开完钻井深张夏组底部地层 5 6 9 4 m处 ，井底电测温度约为 1 9 0℃ 四开钻井液 漏失近 1 0 0 0 m3 ，估计近井地带温度 在漏失钻井液 情况下有所降低 ，五开采用 了低 固相低密度超 高温 水基钻井 液体 系 DT X。整个试验 阶段将 四开钻井液 放掉 ，重新 配制新钻井 液 ，室 内实验测得其抗温能 力达 2 3 5℃，新钻井液的密度 为 1 ． 0 5 g ／ c m ，漏斗黏 度为 4 7 S ，表观黏度为 2 6 ． 5 mP a S ，塑性黏度为 2 4 mP a S ，动切力为 2 ． 5 P a ，动塑比为 0 ． 1 1 P a ／ mP a S ， A P I 滤失量为 4 ． 8 m L， p H值为 9 ， 膨润土含量为2 ． 5 ％， 含砂量为 0 ． 2 ％，井 口钻井液流出温度约为 8 O℃。钻 井液从井 口到井底再返排至井 口的循环时间为 2 ． 5 h 。 钻进 中将 S DK P以胶液 的形式缓慢加入井浆 中，在 整体钻井液中的含量约为 0 ． 3 ％。钻井液流变性及滤 失性的测试结果如表 5所示 ，各循环周下漏斗黏度变 化如图 5所示 。 表 5 NP 3 8 2井 D T X钻井液基本性能 由表 5可以看出，从人 口至出口，钻井液 的表观 黏度 、塑性黏度、漏斗黏度及动切力基本保持不变 ， AP I 滤失量不变。五开各循环周下 D T X钻井液漏斗黏 度变化小、流变性稳定 见图 5 ，携岩性好，排量为 1 6 1 8 L ／ s ，顺利钻达井深 6 0 3 7 m 垂深为 5 5 5 5 m 完钻。自喷求产，产液量为 4 3 ．2 0 1“13 ／ d ，平均流压为 4 3 ． 4 8 MP a ，测试结论定性为水层含气 。表明该高温 低固相低密度钻井液体系在现场试验取得 了成功。 6 O 5 5 5 0 45 姆 4 o 赎3 5 3 0 循环周 图 5 NP 3 8 2 井 五开各循 环周下 D T X钻井液漏斗黏度变化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2 卷 第2 期 黄维安等 低固相超高温水基钻井液研究及应用 4 结 论 1 ． 聚合 物增 黏 剂 S DK P经 1 6 5℃老 化 1 6 h后 ， 仍具有较高黏度保持率，耐温抗老化性能要优 于 H E 3 0 0； S D一 1 0 1 、S D一 2 0 1 组合 可显著 降低低 膨润土 相基浆的滤失量 ，油溶性封堵剂 H Q 一 1 0 可显著降低 高温高压滤失量 。 2 ． 研制 的低 固相低密度超高温水基钻井液抗温达 2 3 5℃，在 2 0 0℃下 的黏度满 足携岩需 要 ，抗 1 0 ％ 氯化钠、2 ％氯化钙、1 0 ％劣质土， 抑制水化能力强， 暂堵性好 ，储层损害率低 。 3 ． 在冀东油田南堡 3 8 2 井的现场应用结果表明， 低固相低密度超高温水基钻井液在 2 2 0℃井底温度条 件下的表观黏度 、塑性黏度 、漏斗黏度及动切力基本 稳定，A P I 滤失量不变，可满足现场高温低压储层的 钻井需要 。 [ 2 ] [ 3 ] 参 考 文 献 赵力民，赵贤正，刘井 旺，等 ． 冀中坳陷古近系地层岩 性油藏 成藏特征及勘探方 向 [ J ] ． 石油学报 ， 2 0 0 9 ， 3 0 4 49 2 50 5． Zha o Li mi n， Zha o Xi a nz h e ng， Li u J i n g wa n g，e t a 1 ． Ch a r a c t e r i s t i c s o f p a l e o g e n e s t r a t i g r a p h i c a n d l i t h o l o g i c r e s e r v o i r s a n d i t s e x p l o r a t i o n d i r e c t i o n i n J i z h o n g d e p r e s s i o n [ J ] ． Ac t a P e t r o l e i S i n i c a，2 0 0 9，3 0 4 49 2． 50 5． 易士威，赵淑芳 ，范炳达，等 ． 冀中坳陷中央断裂构造 带潜山发育特征及成藏模式 [ J ] ． 石油学报， 2 0 1 0 ， 3 1 3 361 ． 3 67． Yi S h i we i ， Z h a o S h u n g，F a n Bi n g d a，e t a 1 ． De v e l o p me n t c h a r a c t e ris t i c s o f b u rie d h i l l a n d r e s e r v o i r - f o r mi n g p a R e m i n c e n t r a l f a u l t e d s t r u c t u r a l b e l t o f J i z h o n g De p r e s s i o n [ J ] ． Ae t a P e t r o l e i i c a ，2 0 1 0 ，3 1 3 3 6 1 ． 3 6 7 ． 李军 ，刘丽峰，赵玉合，等 ． 古潜山油气藏研究综述 [ J ] ． 地球物理学进展，2 0 0 6 ，2 1 3 8 7 9 。 8 8 7 ． Li J un， Li u Li f e ng， Zh a o Yu he， e t a1 ． A r e vi e w of s t ud y o n a n c i e n t b u r i e d h i l l r e s e r v o i r [ J ] ． P r o g r e s s I n Ge o p h y s i c s ， 2 0 0 6 ．2 1 3 8 7 9 8 8 7 ． [ 4 ] 赵贤正 ，王权 ，金凤鸣，等 ． 冀中坳陷隐蔽型潜山油气 藏主控因素与勘探实践 [ J ] ． 石油学报，2 0 1 2 ，3 3 s 0 7l 一 7 9． Z h a o Xi a n z h e n g ，Wa n g Qu a n ，J i n F e n g mi n g ，e t a 1 ． Ma i n c o n t r o l l i n g f a c t o r s a n d e x p l o r a t i o n p r a c t i c e o f s u b t l e b u r i e d - h i l l h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r i n J i z h o n g d e p r e s s i o n [ J ] ． Ac t a P e t r o l e i S i n i c a ，2 0 1 2 ，3 3 S 0 7 1 ． 7 9 ． [ 5 ] 朱宽亮 ． 南堡深层潜山水平井欠平衡钻井技术研究与实 践 [ J ] ． 石油钻采工艺 ，2 0 1 3 ，3 5 4 1 7 ． 2 1 ． Z h u Ku a n l i a n g． Re s e a r c h a n d p r a c t i c e o f u n d e r b a l a n c e d h o r i z o n t a l we l l d r i l l i n g t e c h n o l o g y i n d e e p b u r i e d - 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