钾盐成膜封堵低侵入钻井液在南堡油田的应用.pdf

第 2 6卷 第 1期 2 0 0 9年 1月 钻 井 液与 完 井 液 DRI L LI NG FL UI D COM P LET1 0N F LUI D Vo 1 ． 2 6 No ． 1 J a n ．2 0 0 9 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 1 0 0 2 9 0 4 钾盐成膜封堵低侵入钻 井液在南堡油 田的应 用 卢淑 芹 朱宽亮 吴 晓红 姜薇 杨峰 冀东油 田分公司钻采工艺研究 院， 河北唐山 摘要 南堡油田各层系储 层纵横 向渗透率和孔 隙度分布严重不均质 ， 且储层物 性、 泥质含 量纵横 向变化较大 。 针 对以上地 层特性 ， 优选 出 了加有 KC O OH 或 KC 1 、 高温高压 降滤失剂 、 低 荧光沥青、 成膜 剂、 特种 封堵剂等处 理剂 的钾 盐成膜 封堵低 侵入钻井液。该钻井液能在极短 时间内， 在坍塌层、 油层近 井壁 形成钻 井液动滤 失速 率接近零 、 厚度小于 1 c m 的成膜 封堵环带， 并利用钾 离子的强抑制性 能抑制黏 土膨胀 ， 通过 双重作 用实现 稳定井壁 ， 保 护储 层 的 目的。分析 了该 钻井液的作用机理 ， 提 出 了适用于南堡 油 田馆 陶组、 东 一段储层 的钾盐成膜 封堵低 侵入钻 井 液配方及现场施工措施。经现场使用证 实， 该钻井液能有效保护油气层 ， 防止地 层坍塌。 关键词 钾盐成膜封堵低侵入钻井液 ； 井眼稳定； 防止地层损害 ； 南堡油 田 中图分 类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 南堡油 田位于渤海湾盆地南堡 凹陷西南部 ， 分 5个 构造 ， 钻 遇 的 主要 含 油 层 系为 明化 镇 组 Nm 、 馆陶组 Ng 、 东营组 E d 、 奥陶系 O 。各层 系储 层纵横 向渗透率和孔隙度分布严重不均质， 且 5 个 构造各不相同， 其 中 1号构造馆 陶组和东营组地层 存在大段易坍塌玄武岩 。储层物性 、 泥质含量纵横 向变化 较大 ， 明化 镇组 至 东一段 储层 泥质 含量 较高 ， 深部沙河街储层泥质含量相对较低 。地层水矿化度 为 1 4 0 0 2 0 0 0 0 mg ／ L不等。因此 ， 为了进一步提 高勘探开发综合经济效益 ， 优选 出了钾盐成膜封堵 低侵入保护油层钻井液技术 ， 它能够有效减少不同 渗透率油层损害 。2 0 0 7年该钻井液在南堡油 田 1 、 2 号 构造 进行 了现 场应用 ， 收到 了 良好 的效果 。 1 钾 盐成膜 封堵钻井液作 用机理 钾盐成膜封堵低侵入钻井液技术是防止井壁坍 塌与保护储层完全协调一致的新技术 ， 在钻井液 中 加入了 KC OOH或 KC l 、 高温 高压降滤失剂 、 低荧 光沥青、 成膜剂 、 特种封堵剂等处理剂 。该钻井液中 的膨润土 、 加重剂 、 岩屑等固相能在不同渗透率的油 层表面架桥 、 填充 ， 高温高压降滤失剂、 低荧光沥青 、 成膜剂、 特种封堵剂等能封堵近井壁的孔喉， 成膜剂 在井壁上成膜并封堵孔喉未被架桥粒子、 填充粒子、 降滤失剂 、 封堵剂封堵的空 间， 从而在极短时间 内， 在坍塌层 、 油层近井壁形成 钻井液动滤失速率接近 零 、 厚度小于 1 c m的成膜封堵环带， 有效阻止钻井 液固相和液相进入油气层或坍塌地层 ， 从而实现稳 定井壁 、 保护油气层的目的。 2 室 内研 究 采用南堡油 田泥岩 、 储层岩心和常用钻井液 ， 对 钾盐成膜封堵低侵入钻井液进行 了研究 ， 结合钻井 施工条件及要求研究出如下 3 个配方 。 1 钾盐成膜封堵低侵入聚磺钻井液 1 基本 配方 基浆 0 ． 1 P HMA 0 ． 5 NP AN 1 ． 5 S MC 1 ． 5 S MP 0 ． 5 K J ～ 1 1 ． 0 甲酸 盐 1 ． 0 ～1 ． 5 硅稀释剂 2 ． 0 9 ／ 6 ～1 ． 5 成膜剂 1 ． 0 ～1 ． 5 低 渗封堵 剂 3 ％细 目钙 4 0 0 目 2 润滑 剂 其中的基浆 为用 0 ． 1 ～0 ． 2 P HMA - 2 0 ． 5 ～0 ． 8 NP AN 胶液降低 了密度 与膨 润土 含量 3 5 ～4 5 g ／ L 的井浆 。 2 钾盐成膜封堵低侵入钻井液 2 基本配方 3 钠膨润土浆0 ． 3 ％KP A M 1 ． 5 ％环保 降 滤失剂2 9 ， 6 S MP - I I 2 仿沥青1 ． 0 ％低荧光磺 化沥青 2 聚合醇 3 ～5 KC 1 1 ． 5 ％低渗 封堵剂 1 ． 5 ～2 成膜剂石灰石粉或重晶石 第一作者简介 卢淑芹， 1 9 9 0年 毕业于石 油大学钻 井工程 专业 ， 现任冀 东油 田钻 采工 艺研 究院油层保 护 室副主任， 主要 从事钻井液 、 完井液、 注水等 油气层保 护研 究工作 。地 址 河北省唐 山市冀东油 田公 司钻采工 艺研 究院； 邮政编码 0 6 3 0 0 0 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 O 钻 井液与 完 井液 2 0 0 9年 1月 2 低荧 光 润滑剂 3 钾盐成膜封堵低侵入海水钻井液 3 配方 5 海水 膨润土浆 0 ． 3 5 K P AM0 ． 4 流 型调节剂 1 9 ／ 5 ～2 环保 降滤失剂 2 抗盐抗 温降滤失剂 1 ～1 ． 5 仿沥青 1 ～1 ． 5 低荧光磺化沥青 2 聚合 醇 3 9 ／ 6 ～5 K C 1 1 ％～2 ％ 成膜剂 1 ～2 低渗封堵剂 O ～ 1 硅稀释剂 石灰石粉或重晶石 2 低荧光润 滑 剂 2 ． 1 常规性能 钾盐成膜封堵低侵入钻井液性能见表 1 。由表 1 可 知 ， 该 钻井 液具 有较好 的流 变性 和 携 岩 能力 ， 滤 失 量低 。 表 1 钾盐成膜封堵低侵入钻井液性能 配T p Pv YP YPf Pv Ge l FL FL T H P 方 ℃ g ／ c m。mP a S P a P a ／ mP a s P a ／ P a mL mL 1 室 温1 ． 2 0 1 3 4 ． 8 0 ． 3 7 2 ． 5 ／ 8 ． 3 2 ． 5 1 0 ． 8 2 室 温1 ． 1 5 3 5 6 ． 0 0 ． 1 7 2 ． o ／ 7 ． 0 2 ． 0 9 ． 2 2 5 O 1 ． 1 5 3 0 1 8 ． o o ． 6 0 4 ． o ／ 6 ． 0 3 室 温 3 5 1 4 ． 5 0 ． 4 1 2 ． o ／ 8 ． 0 2 ． 8 8 ． 8 3 5 O 2 2 6 ． 5 0 ． 3 0 2 ． o ／ 5 ． 0 注 F L H T H P 测试条 件为 9 3℃ 、 3 ． 5 MP a 。 2 ． 2 高温高压砂床滤失性 钾盐成膜封堵低侵入钻井液的滤失实验数据见 表 2 。 表 2 钾盐成膜封堵低侵入钻井液的滤失实验数据 1 渗透0 ． 4 0 ． 8 1 ． 0 1 ． 2 1 ． 4 1 ． 6 1 ． 0 1 砂床0 ． 1 0 ． 4 0 ． 6 0 ． 8 0 ． 8 0 ． 8 1 ． 0 2 渗透0 ． 8 1 ． 0 1 ． 2 1 ． 4 1 ． 8 2 ． 0 0 ． 5 2 砂床0 0 0 0 0 0 0 ． 5 3 渗透0 ． 3 0 ． 6 0 ． 9 1 ． 2 1 ． 3 1 ． 4 1 ． 0 3 砂床0 0 0 ． 5 0 ． 6 0 ． 6 0 ． 6 1 ． 0 注 1 、 2 配方形 成的泥饼 薄、 韧性好 、 光 滑 ； 3 配 方形 成的泥饼完整 、 有韧性 、 坚实 。 从 表 2可 知 ， 该 钻井 液可 以形成 薄 而致 密 、 光 滑 且有韧性的内、 外泥饼 ， 有效降低高温高压渗透滤失 量和高温高压砂床滤失量。 2 ． 3 抑制性 选 用南 堡 油 田东 一 段 井 深 2 4 0 0 m 处 泥 岩 岩 心 。将 岩心 研碎 ， 取粒 径为 2 ． 0 ～ 3 ． 2 mm 的岩 屑加 入钻井液中， 在 9 0℃下热滚 1 6 h后 ， 用孔径为 0 ． 4 5 mm的筛 回收 。由实验得到 ， 岩心在清水 中的回收 率为 1 ． 6 ， 在 1 、 2 和 3 配方钻井液中的一次 回 收率分别为 9 0 、 8 9 9 ／ 5 、 8 5 ， 在 2 和 3 配方钻井 液 中的二次 回收率分别为 7 4 ． 7 和 5 7 ． 0 。 2 ． 4 储层保护 选取气相 渗透 率为 7 7 1 O ～ 1 2 7 81 0 肚 m 的露头砂岩岩心， 用模拟地层水饱和， 注入煤油 建立束缚水饱和度， 测油相渗透率。然后分别对密 度为 1 ． 1 5 、 1 _ 3 0 g ／ c m。的钾盐成膜封堵低侵入钻井 液进行渗透率恢复值实验， 结果见表 3 。 表 3 钾盐成膜封堵低 侵入钻井液的渗透率恢复值 注 *为 2 配方 的加 重浆 。 由表 3可 以看出， 钾盐成膜封堵低侵入钻井液 能有效保护高、 中、 低渗透率储层 ， 储层的渗透率恢 复值均高于 8 2 ， 动滤失量小于 7 ． 5 mL； 封堵带厚 度小于 1 c m， 从岩心污染端切除 1 c m后 ， 再次测渗 透率恢复值， 均能完全恢复。 3 现 场 应 用及 效 果 3 ． 1 施工措施 1 清洗配液罐后 ， 按配方配制钻井液或将上部 聚合物钻井液转化 。转化前必须将钻井液中膨润土 含量降低至 5 0 3 5 g ／ L 根据现场小型实验确定 。 膨润土含量过高 ， 钻井液流变性能不好控制 ； 但膨润 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 1 期 卢淑 芹等 钾盐成膜封堵低侵入钻 井液在南堡油田的应用 3 1 土含量 过 低 ， 钻 井 液 的 动切 力 、 动 塑 比偏 低 ， 不 利 于 携带岩屑 ， 因此为了控制加入成膜剂、 低渗封堵剂时 引起 的黏 度 、 切 力增 加 的幅 度 ， 应 在加 人上 述处 理剂 之前 ， 加入 适量 硅稀 释剂 。 2 钻井过程中， 按配方以等浓度处理原则 ， 以胶 液方式进行维护 ， 可通过调整流型调节剂或降黏剂 用量 调控 钻井 液 流变 性 ， 用 石 灰 石 或 重 晶石 调 节钻 井液密度 ， 保持钻井液具有 良好性能 。 3 进入馆陶组玄武岩地层 前 2 0 0 m 使用筛布 孔径为 0 ． 2 8 mm 的振动筛 ， 同时加入足量的酚醛树 脂类处理剂 、 低荧光沥青 、 成膜剂和低渗封堵剂等 。 4 钻井过程 中， 加入成膜剂 有利 于渗透率恢复 值的提高， 成膜剂与低渗封堵剂 的比例控制 为 1 2 ～ 2 1 ， 总加量大于 3 ； 控制高温高压渗透滤失 量 和 高温 高压砂 床 滤 失 量 ， 改 善 泥 饼 质 量 。通 过 形成 薄而致密 的泥饼 ， 保持井壁光滑 ， 降低扭矩 。当摩阻 系数大于 0 ． 0 6时可加入适量的低荧光润滑剂 。 5 完井前 3 0 m 调整好钻井液性能 ， 尽量保证 钻井液有较高的密度和黏度 ， 并且加入 2 ～3 的 塑料小球等 。采用 P D C钻头钻至中途完钻井深时， 采 用三 牙轮 钻头通 井 一次 ， 确保 测井 和 固井顺 利 。 3 ． 2 应用效果 3 ． 2 ． 1 1 配 方钻 并液 应用 效果 钾盐成膜封堵低侵入 聚磺钻井 液 1 在南 堡 油 田探井 、 定 向井 、 水平井等类型井上进行 了现场试 验 。部分井钻井液 的渗 透率恢复值 实验结果见 表 4 。南 堡 1 2 2井井 深 2 2 8 5 r n处 与南堡 1 1 7 井 井深 2 0 5 7 m处未加成膜剂 、 低 渗封堵 剂的钻井液 的渗 透率恢 复值分别为 3 6 ． 3 6 9 ／ 6 和 7 5 ． O ； 而加 入成膜 剂、 低渗封 堵剂 的钻井液 的渗透率 恢 复值平 均达 9 0 以上 ， 证实了其效果 。 通 过 4口井 的现场试 验 可 以得 出以下看 法 。 1 该钻井液在油气层近井壁形成的封堵环带厚 度小于 1 c m， 并且能有效地阻止钻井液 中固相和液 相进入油气层 ， 从而实现了对油气层 的保护。从表 4可 以看出 ， 加入成膜剂和低渗封堵剂的钻井液 ， 将 岩心污染端切除小于 1 C E i l 的长度后 ， 渗透率恢复值 大于 9 8 。 2 在钻井过程 中加入成膜剂 、 低渗封堵剂 、 3 细 目碳酸钙 QS 一 Ⅱ 、 酚醛树脂类处理剂 和低荧光 沥 青后 ， 在 油 层 井 段 钻 进 过 程 中 ， 封 堵 层 形 成 快 而 薄， 完井射孔后 ， 在反向压力作用下 ， 封堵层被射穿， 油层渗透率得到恢复。该钻井液返排突破压力绝大 部分低于 o ． 1 1 MP a 见表 4 ， 有利于返排。 3 钾盐成膜封堵低侵入钻井液应用井的油层表 皮系数为一2 ． 2 9 ～1 ． 4 5 ， 表现为无伤害或轻微伤害； 产液量为 1 5 ． 0 ～7 6 ． 8 m。 ／ d不等 ， 有效保护了储层。 表 4 钾 盐成膜封堵低侵入 聚磺钻 井液渗 透率恢复值 井号 。 K o K o d 备注 2 2 8 5 1 5 7 0 3 9 0 ． 5 7 1 4 2 ． 0 3 3 6 ． 4 0 ． 0 5 0 6 ． 0未加 NP 2 8 9 2 2 3 3 ． 3 5 3 0 ． 4 1 3 0 ． 4 1 1 0 0 ． 0 0 ． 1 0 8 1 4 ． 5 加 1 22 2 9 60 2 27 ． 21 3O ．8 1 3 O． 81 1 0 0． 0 0． 10 4 1 5 ．0 2 057 1 63 2 35 2． 8 8 2 6 4．6 6 7 5 ．0 0． 01 8 NP 2 37 0 2 65 ．7 9 42 ．1 3 4 2．1 3 10 0． 0 0． 10 2 l _ 1 7 2 9 45 24 2 ．73 54 ．8 1 4 0． 39 7 3 ．7 0． 09 0 切 去 0 ． 8 5 c m 5 3 ． 9 3 9 8 ． 4 注 “ 未 加 ” 、 “ 加 ” 表 不 未 加 或 加 入 了 ． 成 膜 剂 和 封 堵 剂 ； “ 只加 ” 为只加封堵剂 。 4 成膜剂和封堵剂的使用能有效封堵玄武岩的 裂隙， 有利于稳定井壁 ， 钻井液密度稍有降低 ， 井下 复杂情况大幅度减少 ， 井径扩大率明显改善。5口 试验井的 NP 1 1 7和 NP 1 2 2井馆 陶组未使用成膜 剂和封堵剂 ， 井径扩大率分别为 2 1 ． 9 6 、 2 4 ． 6 ， 而使用成膜剂和封堵剂 的井段 的井径扩 大率则 为 1 0 ． 8 ～ 1 5 ． 7 前者 钻井 液密度 为 1 ． 2 8 g ／ c m。 ， 后者钻井液密度为 1 ． 2 6 g ／ c m。 。 3 ． 2 ． 2 2 和 3 配方钻井液应用效果 钾盐成膜封堵低侵入钻井液 2 、 钾盐成膜封 堵低侵入海水钻井 液 3 在 NP 1 ～ 3 X 4 5 7 、 N P 1 1 一 D1 一 X1 2 、 NP 2 2 O 井进行了现场试验 ， 应用井钻井液性能 及渗透率恢复值见表 5 及表 6 。 从表 5可看 出， 3 配方钻井液的动塑 比为 0 ． 2 7 ～ 0 ． 3 P a ／ mP a S ， 滤失量小于 4 mL ， 高温高压滤失量 小于 1 3 m L； 2 配方钻井液 的动塑 比为 0 ． 4 4 一O ． 6 6 P a ／ mP a s ， 滤失量小于 3 ． 2 mL ， 高温高压滤失量小于 8 ． 6 mL。 下 转第 4 1页 加 未方 6 O 6 3 7 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 1期 丁士东等 候凝过程 中脉 冲振动水泥浆防止环空气窜机理 4 1 参 考 文 献 S h i p l e y S E ． Th e e f f e c t o f h o l e i n c l i n a t i o n O n g a g mi g r a t i o n [- R ] ． S P E 2 0 4 3 2 ， 1 9 8 5 S we a t ma n R E ． Fi r s t h i g h t e mp e r a t u r e a p p l i c a t i o n s o f a n t i g a s mi g r a t i o n s l a g c e me n t a n d s e t t a b l e o i l - mu d r e - mo v a l s p a c e r s i n d e e p s o u t h Te x a s g a s w e l l [ R ] ．S P E 3 0 51 2，2 000 Ta l a b a n i S ． Ga s mi g r a t i o n e l i mi n a t e d t h r o u g h c o r r e c t c e me n t d e s i g n i n c l u d i n g e l a s t o me r s E R] ． S P E 3 9 2 7 9 ， 2 O O1 Ha b e r ma n J P ．M e t h o d a p p a r a t u s t O i mp r o v e t h e d i s p l a c e me n t o f d r i l l i n g f l u i d b y c e me n t s l u r r i e s d u r i n g p r i ma r y a n d r e me d i a l c e me n t i n g o p e r a t i o n s a n d t O i mp r o ve e e me nt b o nd l o gs a nd t O r e du c e o r el i mi na t e ga s mi g r a t i o n p r o b l e ms [ P ] ．U S P a t e n t 5 3 7 7 7 5 3 ， 1 9 9 5 E a ] 丁士东 高德利 ， 张 克坚 ， 等 ，脉冲振动 对水泥浆 性能 影响的实验研 究E J ] ．自然科学进展， 2 0 0 7 ， 1 7 9 l 2 51 一 l 2 57 E 6 ] 丁士东 ，高德利 ， 王崎 ， 等． 脉 冲振 动处 理对水 泥石早 期性能的影响口] ． 钻采工艺， 2 0 0 7 ，3 0 6 1 0 5 1 0 7 I- 7 ] S u t t o n D L ．N e w me t h o d s f o r d e t e r m i n i n g d o wn h o l e p r o p e r t i e s t h a t a f f e c t g a s mi g r a t i o n a n d a n n u l a r s e a l i n g r R] ． S PE 1 9 5 2 0，1 9 8 2 [ 8 ] 孙展利．水泥浆在不同井斜的沉降失重和沉降一 胶凝 失重r J ] ． 天然气工业 ，1 9 9 8 ，1 8 4 5 5 5 8 [ 0 3 孙展利． 水 泥浆 的沉 降失 重研 究 [ 刀． 石 油钻 采工 艺 ， 1 9 9 7，1 9 2 3 1 - 3 6 收稿 日期 2 0 0 8 0 9 - 3 0 ； HG F 0 9 0 1 W6 ； 编辑 汪桂娟 上接第 3 1页 从表 6 看 出 ， 被 3 钻井 液污染 后 的岩 心切 1 c l r l 后 ， 渗透率恢复值均高于 8 6 ． 9 ， 在 NP 2 2 0井上应 用的 2 配方钻井液 的渗透率恢 复值为 1 0 0 ， 说明 2种钻 井 液配方 均具 有 良好 的保护 油气 层效 果 。 表 5 现场 使用 的钻 井液性能 注 I为 NP 1 3 X 4 5 7井 ，Ⅱ 为 NP 1 1 - D 1 一 X 1 2 5 ，I ll为 N P 1 1 一 X l 1 2 井， Ⅳ为N P 2 2 0 井， V为N P 3 2 井。 表 6 现场使用的钻 井液 的岩 心渗透 率恢复值 井号 井 深 Ka K。 K0 d R d R d m 1 0 一 。 m 1 0 一 。 m。 l o 一 。 m ％ 注 R a 为从岩心污染端切去 1 c m 后的渗透率恢复值 。 应用钾盐成膜封堵低侵入钻井液 的 3口井投产 效果较好 ， NP l l D 1 一 X 1 2 5 、 NP 1 1 一 Xl 1 2和 NP 3 2井 的初 期 日产 油分别 为 6 5 。 3 、 3 2 ． 5和 1 1 3 ． 7 t ／ d ， 含水 量分别为 3 8 ． 5 、 1 8 ． 7 和 0 ， 达到开发预期效果 。 4 认 识 1 ．钾盐成膜封堵低侵入钻井液是在钾盐 聚磺 钻井液、 氯化钾聚合醇钻井液基础上加入成膜剂 、 低 渗封堵剂组配成的一种新钻井 液， 该钻井液具有 良 好的流变性、 抑制性和封堵性能及较低的滤失量。 2 ． 钾盐成膜封堵低侵入钻井液能在近井壁处快 速形成低渗透封堵带， 有效阻止钻井液 固相及液相 侵入地层 ， 防止渗透性井漏、 井壁坍塌 、 卡钻等井下 复杂情况 ， 有效保护油气层。 3 ． 通过南堡油 田几 十 口井现场使用证实 钾盐 成膜封堵低侵入钻井液有效减轻该油 田明化镇组与 馆陶组井漏 ， 防止玄武岩、 东营组泥岩坍塌， 井径规 则； 能有效降低油层损害 ， 钻井液渗透率恢复值高， 油井投产后表皮系数低 ， 为无损害或轻微损害。 参 考 文 献 E l i 徐同台 ， 冯京海 ， 朱宽亮 ， 等． 成膜封 堵低侵入保 护油层 钻井液技术的研讨[ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 6 ， 2 3 3 6 6 ～ 6 7 E 2 ] 孙金声 ， 苏 义脑 ， 罗 平亚 ， 等．超 低渗 透钻 井液 提高 地 层 承压 能力 机 理研 究 I- J -] ．钻 井液 与完 井 液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 5 7 8 - 8 1 [ 3 ] 齐从 丽．新型钻井液非 渗透钻 井液 的研 究与应 用 口] ． 断块油气田， 2 0 0 7 ， 1 4 3 6 1 6 2 [ 4 3 徐 同台 ， 赵敏 ， 等．保护油气层技术 [ M] ．第 二版 ， 石 油 工业 出版社 收稿 日期 2 0 0 8 0 9 3 0 ； HG F0 9 0 1 W4 ， 编辑 汪桂 娟 ] ] ] ] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m