鄂尔多斯盆地深部复杂地层钻井液技术.pdf

第 2 9卷 第 2期 2 0 1 2年 3月 钻井液与完井液 DRI L LI NG F LUI D COM P L ETI ON F L UI D 、 ， 0 l _ 2 9 No． 2 M a t ．2 01 2 【 理论研究与应用技术 】 鄂尔多斯盆地深部复杂地层钻井液技术 徐江 ， 张国 ， 梅春桂 2 ， 邓红琳 3 ， 刘贵传 1 ． 中国石油大学石油天然气学院， 北京； 2 ． 中国石化石油工程技术研究院， 北京； 3 ． 中石化华北分公司工程技术研究院， 郑州 徐江等 ． 鄂尔多斯盆地深部复杂地层钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 2 2 4 。 2 6 ，2 9 ． 摘要通过对鄂尔多斯盆地深部地层特点及钻井现状进行分析，总结了钻井液技术难题，研发 了强抑制封堵 防塌钻井液。该钻井液抗温能力达 1 8 0 o C，并具有极强的封堵防塌、防渗能力。该钻井液在深探井DB 8井的现场 应用中成功抑制了高温地层的软泥岩造浆，顺利扫除了3 0 0 m水泥塞，性能平稳，钻遇渗漏地层时，可将渗漏量 减小 5 0 ％ 以上，含煤层井段井壁稳定，平均井径扩大率仅为7 ． 3 3 ％。在该区块深部钻探中，可推广使用该钻井液。 关键词抗高温钻井液 ；防塌钻井液 ； 深井 ； 鄂尔多斯盆地 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 2 0 2 ． 0 0 2 4 0 3 鄂尔多斯盆地因其古生界具有烃源岩发育、生 储盖组合多、圈闭类型丰富的有利条件，深部勘探 前景广阔。加强盆地西部古生界油气的勘探，对于 深人认识古生界油气资源潜力、开拓新的勘探层系 和领域，以及对于中石化油气勘探战略部署和调整 均具有重大意义 。该 区块地层地质年代跨度大，自 地表的新生界至前下古生界 ， 地层物性变化非常大 ， 地层条件复杂，深部地层钻探将钻遇高温、井漏、 煤层垮塌等技术难题。为确保勘探施工的顺利，提 高深井成井率及准确评价和发现地下油气资源，急 需研发与之相适宜的钻井液体系。 1 鄂尔多斯盆地钻井液技术的难点 鄂尔多斯盆地的施工井多为浅井，使用钾铵基 、 两性离子聚合 物、聚醚多元醇 、改性 天然高分子钻 井液。钾铵基 、两性离子聚合物钻井液虽有较强的 抑制能力，但抗温能力有限 ； 聚醚多元醇、改性天然 高分子钻井液具有定的防塌能力，但抑制性稍弱。 上述钻井液均难以满足深部地层钻探的需要 [ 1 】 。 1 ． 1 地温梯度异常 鄂尔多斯盆地的定北、麻黄山区块，地温梯度 异常 3 ． 3 7 c lC／ 1 0 0 m ，5 0 0 0 m井深井底静止温度 达 1 8 0℃， 该区块目前使用的聚合物钻井液抗温能 力均不超过 1 2 0℃，由钻井资料分析发现，当钻进 至井深 4 0 0 0 m时，聚合物钻井液流变性就已变差， 黏度切力急剧上升，高温增稠现象突出，但 由于此 类井完钻井深均较浅，不至于造成井下事故，但若 进行深部地层 的钻探 ，就必须考虑钻井液 的高温稳 定性问题。 1 ． 2 地层造浆能力强 二叠系石千峰、石盒子组地层的褐色软泥岩 中 蒙脱石含量高，造浆能力强，异常高温段常出现在该 层位，钻井液流变性能难以控制口 】 。 1 ． 3 地层 破碎且倾 角大 鄂尔多斯盆地东部近期完钻的宁深 1 井 的二开 长裸眼段 1 0 0 0 4 1 3 0 m地层破碎、 倾角大 4 ， 钻进时有掉块憋停钻具现象，极大地影响了钻进效 率 ，增大了钻井成本与风险。 1 ． 4 煤层、煤线 二叠系山西组、石炭系太原组、羊虎沟组均存 在多套煤层、煤线，煤岩的弹性模量较低，抗压、 抗拉强度弱，脆性大，胶结性差，受到钻井液冲刷 与钻具振动时易剥落，极易形成 “ 糖葫芦”井眼。 基金项目 国家 8 6 3项目 “ 超深井复杂地层井筒稳定性控制技术研究” 2 0 0 6 A A0 6 A1 0 9 ． 4 的部分研究成果。 第一作者简介 徐江，在读硕士研究生，1 9 8 1年生，主要从事钻井液工艺技术研究及井壁稳定研究工作。地址 北京 市朝阳区北辰东路 8路北辰时代大厦 5 1 0室 ；邮政编码 1 0 0 1 0 1；电话 0 1 08 4 9 8 8 6 9 9； E - ma i l x u j i a n g ． s r i p e s i n o p e c ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9 卷 第2 期 徐江等鄂尔多斯盆地深部复杂地层钻井液技术 2 5 宁深 1 井 的古生界井段 的煤层就多达 1 5 套 ， 段井径扩大率高达 3 0 ％，影响了固井质量 。 1 ． 5 漏失频繁、安全密度窗口窄 该井 2 ． 1 ． 2 页岩滚动回收率 该区块下古生界、前古生界地层破裂压力低， 上部地层坍塌压力高， 裸眼段钻井液安全密度窗口 窄， 易塌易漏。下古生界多为碳酸盐岩，地层破碎易漏， 存在地层不整合接触面，可能存在孔洞、裂缝漏失。 特别是 白云岩地层岩屑结构较为松散、结构裂缝多、 裂缝 中充填物胶结性差。已钻井资料显示，该层 位 均发生过不 同程度 的漏失。所用的钻井液 防漏能力 差，井漏频繁，常需停钻堵漏，钻井液处理量大。 2 钻井液配方优选及其性能评价 研发出了适宜该盆地深部复杂地层钻探的封堵 防塌耐温钻井液 ，其配方如下。 1 2 ％～3 ％ NV - 1 膨润土 0 ． 2 ％抗温抗 盐聚合物降滤失剂 P F L ． H I ． 5 ％抗温抗盐聚合物降 滤 失 剂 P F L ． L 2 ％S MP 3 ％S P N H 3 ％抗 温 封 堵 防 塌剂 G WJ 一 3 1 ． 2 5 ％ 固结成膜剂 R M． 8 2 ． 5 ％超低渗 透剂 O ． 2 ％S P 一 8 0 B a S O 2 ． 1 抑制能力 2 ． 1 ． 1 膨润土膨胀率 取 1 0 g处理过 的膨润 土制成样 品片 f 2 】 ，在 2 0 mL密度 为 1 ． 1 0 、1 ． 6 5 g ／ c m 的 1 配方钻井 液和 两 性离子聚磺钻井液 2 配方 中浸泡 ，并在 NP 一 0 1 页岩膨胀仪上测定样 品的线性膨胀高度 ，及其 随时 问的变化值 ，测定时间为 8 h 。2 种不 同密度抗温钻 井液在 1 8 0℃下老化前后 的线性膨胀量见表 1 。由 表 1 可知，膨润土的 8 h 线性膨胀率在热滚前后的 抗温钻井液中均小于 1 0 ％，而在两性离子聚磺钻井 液 中的膨胀量达 2 8 ． 1 2 ％，说 明抗 温钻井液具有较 强的抑制性能与抗温能力。 表 1 膨润土在不同密度钻井液中的膨胀率 配 p ／ 起始高度 ／ ra m 膨胀量 ／ 1 0 mm 膨胀率 ／ ％ 方g ／ c m 老化前 老化后老化前 老化后老化前 老化后 注 2 为两性离子聚磺钻井液， 老化条件为 1 8 0℃、 1 6 h 。 称取 5 0 g风 干后 的粒径 为 2 ． 0 0 ～3 ． 2 0 mm 的 鄂尔 多斯 盆地 DB 一 5井钻屑 ，加 入 3 5 0 mL钻井 液 中， 在 1 8 0℃下老化 1 6 h 后过孔径为0 ．4 5 m m的筛， 筛余在 1 0 5℃下烘干 ，称重 [ 3 】 。计算热滚后的钻屑 回收率 ，结果见表 2 。由表 2可知 ，抗温钻井液经 l 8 O℃老化后，仍能较好地抑制钻屑的水化分散。 表 2 不同密度钻井液的岩屑回收率实验 2 ． 2 抗污染能力 2 ． 2 ． 1 固相污染 该抗温钻井液的抗钻屑污染能力评价结果见表 3 。由表 3可以看出 ， 该钻井液的钻屑容量限为 6 ％， 在该容量限范围内，钻井液 的流变性能稳定 。 表 3 密度为 1 ． 2 5 g ／ c m 的 1 配方钻井液 抗粒径为 0 ． 1 5 4 mm钻屑污染的实验 2 ． 2 ． 2 复合盐水污染 该区块地层水矿化度较高，因此对 1 配方钻井 液的抗盐抗钙污染能力进行了评价 ，见表 4 。 表 4 抗复合盐水污染实验 1 8 0℃ 1 6h 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 钻 井 液与 完 井液 2 0 1 2年 3月 由表 4可知，该钻井液的抗钙能力明显增强， 在钙离子含量为 2 5 0 0 mg ／ L 0 ． 7 ％ C a C 1 ， 时，钻井 液的性能仍稳定，且能控制中 压滤失量小于5 ． 5 mL 。 2 ． 3 封堵能力评价 在鄂尔多斯盆地定北区块钻进下古生界奥陶系 侵蚀面之后漏失严重，例如 D B ． 5 井在三开 3 8 5 9 ～ 4 0 4 0 m井段多次出现井漏 ， 最大漏速达 1 6 ／ l 1 。 由于该井 的漏失多为孔渗性漏失 ，因此用 F A型砂 床滤失仪对钻井液的封堵能力进行了评价，实验条 件为 2 5℃、0 ．7 MP a ，砂床粒径为 0 ．2 8 ～0 ．4 5 I／ l n l ， 实验结果见表 5 。由此可知，随着超低渗透处理剂 加量的增大，体系黏度有逐渐增大趋势，但对钻井 液性能影响不大，热滚后中压滤失量明显减小，且 其侵入砂床深度均小于 3 c m， 说明其防漏效果明显。 表 5 在 1 配方钻井液中加入不同量超低渗处理剂的性能 3 应 用效 果 DB ． 8井是位于鄂尔多斯盆地天环 向斜 中段东 翼鼻隆中部的一 口重点探井，为探索深部海相地层 油气特点，该井将钻进至前古生界 5 0 m， 设计完钻 井深为 5 0 3 5 m。该井将钻遇新生界 、中生界 、上、 下古生界、前古生界等多套复杂压力地层，下古生 界地质资料缺乏，下部井段钻井条件十分复杂，预 计井底温度将高达 1 7 7℃。在该井使用研制的封堵 防塌耐温钻井液， 效果良好。 3 ． 1 抑制性能突出 该井钻进至井深 3 3 0 0 m 石千峰组 时，井 口钻井液温度 高达 7 0 c 【 ，地层造浆严重 ，现场使 用的钻井液流变性能变差 ，返出岩屑不能成型 ，成 稀泥状，糊筛严重，钻井液性能控制困难。将其转 换为所研制的钻井液后，抑制性明显增强，返砂形 状保持完好，钻井液流变性得以改善。 3 ． 2 抗污染能力较强 由于二开固井作业中，套管附件 回压凡尔 失灵，致使水泥浆倒返，最终井内留下近 3 0 0 m的 水泥塞 ，在深井高温下水泥塞会对钻井液性能造成 严重的破坏，使细分散钻井液变得极不稳定。该井 使用了抗温钻井液，扫塞前后钻井液性能见表 6 。 由表 6 可 以看出，该抗温钻井液表现出了极好 的抗 钙能力 ，扫塞前后钻井液性能波动不大。 表 6 扫水泥塞 井深 3 9 4 9m 中的钻 井液性能 3 ． 3 防渗能 力强 该井三开钻进中 ，由于下古生界、前古生界地 层孔隙、裂缝较为发育，经常发生渗漏。该井段以 防漏与兼顾保护油气层为主要 目的，采用研发的封 堵防塌耐温钻井液，防渗能力明显。图 1 为该井三 开部分井段钻井液的 E t 耗量 ，前 3天为没有加入超 低渗剂的钻井液 日耗量 ，可 以看 出，在加入超低渗 剂后 ，消耗量明显减少 ，起到了防渗漏的效果。 注 抗温钻井液 1 为抗温钻井液 超低渗处理剂。 图 1 三开部分井段钻井液 日耗量 3 ． 4 煤层防塌效果好 D B ． 8 井二开下部井段含有多套煤层与煤线， 取心中就见较纯的厚煤层，而由于使用了研发的抗 温钻井液，其突出的防塌护壁能力遏制了煤层的松 散掉块，保证了井身质量。如图 2 所示，该井二开 平均井径为2 5 8 ． 9 9 Ⅱ lm，平均井径扩大率为 7 ．3 3 ％， 井身质量优 良。 下转第2 9 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 9 卷 第 2 期 赵长新等甲酸盐及有机盐钻井液基液的润滑性 2 9 溶液基本没有润滑性所致。另外 ，实验发现 ，饱 和 的润滑性系数相近。 KC 1 与饱和 甲酸钾 、饱和 N a C 1 与饱和 甲酸钾复配 后有白色结 晶析出，其原因有待于进一步研究 。 参 考 文 献 2认 识 与 结论 [ 】 1 ． 同一种 甲酸盐 、有机盐溶 液的润 滑系数 随 溶液密度的升高而降低 ； 溶液的密度越高，润滑系 数越小。饱和溶液 的润滑系数 由小 到大依次为 甲 酸铯We i g h 4 、 O S ． 2 0 0 O S 一 1 0 0 、 We ig h 3 、甲酸钾 We i g h 2 、甲酸钠。 2 ． 饱和甲酸盐和有机盐溶液的润滑系数随温度 的升高而增大 ； 饱和甲酸盐和有机盐溶液的密度越 高 ，润滑系数越小 ，润滑 系数随温度的升高而增大 的幅度越小 。 3 ． 不 同饱和 甲酸盐和有机盐溶液相互复配后 ， 混合溶液的润滑系数与相同密度的该甲酸盐、有机 盐溶液润滑系数相近 。而它们与饱和 KC 1 、Na C 1 溶 液按 1 1的体积 比相互 复配后 ，混合溶液 的润滑 系数则 比相 同密度该 甲酸盐 、有机盐溶液润滑系数 稍高 。We i g h 3与 We i g h 4 ，OS 一 1 0 0与 OS ． 2 0 0 、KC 1 与 甲酸钾 、Na C l 与 甲酸钾 ，它们 的饱和溶液 复配 后有结晶析出，不适宜相互复配使用。 刘志良，周天辉 ，王凤 ，等 ． 高密度甲酸钾钻井液的研 究 [ J ] ． 新疆石油天然气，2 0 0 8 ，4 3 4 5 ． 4 8 ． 吴飞，陈礼仪，周应华，等 ． 甲酸盐无固相钻井液研 究 f J 1 ． 成都理工大学学报，2 0 0 3 ，3 0 3 3 2 2 3 2 6 ． 虞海法 ，左凤江，陶德灿 ，等 ． 水平井无固相甲酸盐保 护储层钻井完井液技术 『 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 8 ，2 5 5 7 5 ． 7 6 ． 李志勇，鄢捷年，李东平，等 ． 新型甲酸盐 ／ 正电聚 醇钻井液在南部滩海地区的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 5 ，2 2 6 3 7 ． 4 0 ． 郑力会 ，王志军 ，张民立 ． 盐膏层用高密度有机盐钻井 液的研究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 4 ，2 1 4 37 39． ’ 姚少全 ， 汪世国， 谢远灿 ， 等 ． 有机盐钻井液的研究和 应用 [ J ] ． 石油钻探技术，2 0 0 1 ，2 9 5 4 3 ． 4 5 ． 周长虹，冯京海 ，徐同台，等 无黏土低固相新型有机 盐钻井液的室内研究 『 J 1 ． 钻井液与完井液， 2 0 0 7 ， 2 4 6 22 ． 24 ． 周建东 ，李在均，邹盛礼 ． 有机盐钻井液在塔里木东 河油 田D H1 ． 8 6井的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 2 ， 1 9 4 2 1 ． 2 3 ． 4 ． 饱和 K C 1 、N a C I 溶液的润滑陛系数与蒸馏水 收稿日 2 0 1 1 ． 1 0 ． 0 2 ； IN D D 1 2 0 2 W2 ； 编辑汪 桂娟 上接第2 6 页 井深 n 图 2 DB 一 8 井二开井径曲线 4结论 与建 议 1 ． 该抗高温钻井液抗温可达 1 8 0℃，同时可抗 复合盐水污染，在钙离子浓度为2 5 0 0 m g ／ L时该抗 高温钻井液仍可维持性能稳定。 2 ． 使用超低渗剂可提高该钻井液的防渗漏能力。 3 ． 使用该抗高温钻井液顺利钻穿了D B ． 8 井的 石千峰组软泥岩，抑制了黏土的高温污染，该体系 体现出了较好的抑制与抗污染能力。 4 ． 该钻井液的防塌护壁能力强 ，试验井段井身 质量优 良，平均井径扩大率小于 8 ％，并对疏松煤 层也有 良好 的防塌护壁能力 ，建议在鄂尔多斯盆地 深部地层勘探开发 中进一步推广应用。 参 考 文 献 [ 1 ] 张浩，康毅力，李前贵，等 ． 鄂尔多斯盆地北部致密砂 岩气层粘土微结构与流体敏感性 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 5 ，2 2 6 2 2 ． 2 5 ． [ 2 ] 宁印平，崔迎春，薛波，等 ． 鄂尔多斯盆地延长区块天 然气探井钻井液技术改进与应用 [ J 】 _ 钻井液与完井液， 2 0 0 9 ，2 6 2 1 2 6 1 2 8 ． [ 3 】 刘晓栋 ． 耐高盐高强度膜屏蔽剂的研制与性能评价 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ，2 8 3 1 2 ． 1 5 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 9 ． 2 7 ；H GF 1 2 0 1 M7 ；编辑马倩芸 嘲 矗要 欺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m