东海某气田大位移井钻井液技术室内研究.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报2 0 1 3 年 l 2 月 第3 5 卷 第 1 2 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s Te c h n o l o g y J ． J PI De c ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 3 5 No ． 1 2 东海某气 田大位移 井钻 井液技术 室 内研究 邢希金 中 海油研究总院， 北京1 0 0 0 2 7 [ 摘要]依托平湖气 田平 台现有设施，利用 大位 移井可实现东 海某边 际气田难 动用储量 的经济开发 ，但 目 前东海海域 尚未有大位移井 的应用 实践，东海 复杂 的地 层情 况给 大位移 井开发 带来 了前所未 有 的挑 战。 对东海某大位移井油基钻 井液技术 开展 室内研 究和评价 ，建 立 了一套大位 移井油 基钻 井液体 系。试验结 果表 明，该油基钻井液性能 稳定，有着合 适 的流变参 数，能够 满足大位 移定 向井 井眼清 洁 的携砂 性 能， 具有 降低钻具旋转摩 阻性能防止地 层垮 塌及煤层 坍塌 的封堵性 能，并在需 要时可 以及 时消 除高 压疏松 易 漏地层 的钻井液漏失 ，能够满足东 海大位移 井钻 井技术 的实践要求 。 [ 关键词]大位移钻井 ；油基钻 井液 ；流变参数 [ 中图分类号]T E 2 5 4 [ 文献标志码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 3 1 2 0 1 1 2 O 5 东海某气 田位于平湖油气 田西南部，距离在产的平湖油气 田较近。该气 田有探井 1口，揭示含气层 位 为古 近系平 湖组 ，储层 埋深 3 5 0 0 m。现 拟依托 平湖气 田平 台现 有设施 ，利 用 大位移 井开发 该气 田。但 由于地层 煤层 发育 、储层 异常 高压等 复杂 地层特 征增 加 了钻井难 度 ， 由此钻 井液 体系 的选择 成 为决定 大 位 移井 开发作 业成 功与 否 的关键 因素 。笔 者分 析了 大位移 井钻井 难点 ，并通 过 室 内研 究推 荐 了适 合 于东 海 海域 大位移 井钻 进 的油基钻 井液体 系 。 1 东海某气 田大 位移井钻井液难点 1 ． 1地层煤 层发 育易 垮塌和 漏失 东 海海 域油气 田普 遍存在 煤层 发育特 征 。根据探 井地 质 录井 资料 显示 ，东 海某气 田 自上而 下 的新 近 系三潭 组 、玉泉组 、龙 井组 ，古近 系花港 组下段 及平 湖组 下段 均存在 薄煤层 ，探 井钻 探过程 中发生过 垮 塌 和漏 失等 复杂情 况 ，这增加 了大 位移井 的钻井 难度 。 l 。 2 裸 眼 并段长 。井壁 易 失稳 表 1为东 海某气 田大位移井 开发 井身结 构设 计 。其 中， 1 2 i n裸井 段长 达 3 7 5 l m，该 段 井眼 尺寸 大 ，机 械钻 速慢 ，加之 煤层 发育 ，长期钻 井液 浸泡井 壁易 失稳 ，钻井 液需要 具 备强抑 制 和稳 定 的流变 参 数 ；同时井 斜角 近 7 0 。 ，裸 眼段 太 长也会导 致井 眼清 洁 问题 和钻 具扭矩 过大 。 1 ． 3 平湖 组第 1 2小层 储层 异常 高压溢流 和 井涌 东 海地 区平 湖 组 地层 普 遍 存 在 异 常 高 压[ 1 ] ， 根据探 井 测 试 结 果 及 已开 发 井 资料 ，平 湖 组 第 1 2小层储层地层孔隙压力因数高达 1 ． 5 1 ，考虑 井控安 全 密度附 加量 0 ． 1 5 g ／ c m。 ，储层 段 钻井 液 密度 高达 1 ． 6 6 g ／ c m。 ，钻井 过程 中存在 溢 流 和井 涌风 险 ；由于 8 i n井段 长 达 1 6 8 0 m，储 层 顶 部为 正常压 力系 统 ，高密度 钻井 液钻至储 层 时上 部地层 可 能发生 漏失 。 表 1 东海某气田大位移井井身结构 与套管程序 综合分析，东海某气 田大位移井钻井液应具备以下特征 针对煤层要具有强抑制和强封堵能力；针对 [ 收稿 日期]2 0 1 { 一1 00 8 [ 作者简介]邢希金 1 9 8 1 一 ，男 ，2 0 0 8年大学毕业 ，硕士 ，工程师 ，现主要从事海洋石油开发钻完井液研究 工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5卷第 1 2 期 邢希金 东海 某气 田大位移 井钻 井液技术室内研究 长裸眼段应具有 良好的井壁稳定 、携岩及润滑能力 ；针对高压储层应具备防沉降和气层保护能力。通过对 比分析水基 和油基钻井 液 的特 点 ，最终选择 油基钻井 液体 系来完成 1 2 i n 及 8 i n 井段 钻井作业 。 2 油基钻井液体系优选 2 ． 1 乳 化剂 的质 量对 体 系性 能的影 响 乳化 剂是 配制 油基 钻井 液 的关键 组分 ，油 基钻 井液 是否 稳定 在很 大程 度上取 决 于该处 理剂 的合理 使 用 。室 内在 密度 为 1 ． 6 6 g ／ c m。 条件 下 ，对乳 化剂 进行 了评 价 ，结 果 如表 2所示 。 基本配方3 2 0 ml 3 白油8 0 ml C a C 1 溶液 质量分数为 2 6 主乳化剂 HI E MUL 十辅乳化剂 HI C OAT6 ． O g流型调节剂 HI RHE 4 ． 0 g储备碱 MOAL K3 ． 2 g有机土 MOG E L3 ． 2 g提切剂 J HS 8 g降滤失剂 HI F L O4 g封堵剂 MOF L 重晶石 加重到密度为 1 ． 6 6 g ／ c m。 。 表 2乳化剂对 油基钻井液体系综合性能的影响 主乳化剂／ g 辅乳化剂／ g 条件 滚前 滚 后 滚前 滚 后 滚前 滚 后 滚前 滚 后 滚 前 滚 后 滚 前 滚 后 ／ mP a。s p ／ mP a‘s r d ／ P a N N∞ 注／x 为表观黏度 ； 为塑性黏度 ； Z d 为动切力 ； N 、 N∞ 分别为六速旋转 黏度计 6 、3 r ／ rai n对应 的读 值 ； U b 为破 乳电压 。下同 。 热滚条件 1 3 5 ℃ 1 6 h ，流变性测试温度为 6 5 ℃。 从试 验看 出 ，主乳 化剂 HI E MUL为 1 0 ． 4 g ，辅 助乳 化 剂 HI C OAT为 1 ． 6 g时 ，滚 后 流 变参 数 满 足 工程要 求 ，比其他 配 比节省 药剂 ，试 验和 现场 推荐采 用 这种乳 化剂 的配方 。 2 ． 2 有 机 土的质 置对体 系性能 的影 响 有机土是油基钻井液中最基本的亲油胶体 ，在油基钻井液中既可提高钻井液的黏度和切力 ，又能降 低油基钻井液 的滤 失量 2 ] 。室 内对 不 同有 机 土 质量 下 的 体 系性 能 进 行 了 比较 评 价，试 验 结 果 如 表 3所示 。 基本 配 方 3 2 0 ml 3 白油 8 0 ml C a C 1 。溶 液 质量 分 数 为 2 6 1 0 ． 4 g主乳 化 剂 HI E MUL 1 ． 6 g辅 乳化 剂 HI C OAT6 ． 0 g流型 调节 剂 HI RHE4 ． 0 g 储 备 碱 MOAL K有机 土 MO GE L 3 ． 2 g提 切剂 J HS 8 ． 0 g降滤失剂 HI F L O4 ． 0 g封堵剂 MO F L 重晶石 加重到密度为 1 ． 6 6 g ／ c m。 。 表 3 有机土的质量变化对油井钻井液体 系性能 的影 响 有机土加量／ g 条件 ／ mP a s 脚 ／ mP as r d ／ P a N N∞ U b／ V Vh f h p／ ml 滚 前 滚 后 滚前 滚后 滚前 滚 后 注 Vh t h 为高温高压滤失量。热 滚条件 1 3 5 C1 6 h，流变性测试温度为 6 5 C。表 中空 白表示未测。 6 8 4 1 5 1 8 0 5 0 9 9 5 5 5 5 5 弛 弘 如 船 踮 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天 然气工程 2 O 1 3年 1 2 月 在密度为 1 ． 6 6 g ／ c m。 的情况下，评价结果表 明加入 3 ． 2 g的有机土 MO GE L， 滚前滚后 的流变效果 都较好，但在密度较低时应增加有机土确保提黏和降滤失。 2 ． 3 降滤 失处 理剂 的选 择 及评价 具有一定亲油性的非溶解性分散颗粒一般可以作为油基钻井液的降滤失剂使用 ，在现场使用最为广 泛 的是 沥青类物 质 。沥青 可以通 过氧化得 到 氧化沥 青 ，也 可 以通 过磺 化得 到磺化 沥青 ，氧化 沥青和磺 化 沥青 都 可 以作 为油基 钻井 液的降 滤失剂使 用 ] 。降滤 失处理 剂加入 质量 对体 系性能 的影 响如表 4所示 。 基本 配方 3 2 0 ml 3 白 油 8 0 ml C a C 1 溶 液 质 量 分 数 为 2 6 1 0 ． 4 g主乳 化 剂 HI E MUL 1 ． 6 g辅 乳化 剂 HI C OAT6 ． 0 g流 型 调节 剂 HI RHE4 ． 0 g储 备 碱 MO AL K3 ． 2 g有 机 土 MOGE L 3 ． 2 g提切剂 J HS 降滤失剂4 ． 0 g封堵剂 MO F L 重晶石 加重到密度为 1 ． 6 6 g ／ c m。 。 表 4 不 同降滤失处理剂对油井钻井液体 系性能 的影响 降滤失处理剂及其加量／ g 条件 g G一 7 滚前 滚 后 g HI F I O 滚前 滚 后 g MOF I 滚前 滚 后 g G一 7 8 g HI F I O 滚 前 滚 后 g HI F I 0十8 g MOF I 滚前 滚 后 注 热滚条件 1 1 0 C1 6 h ，流变性测试温度为 5 o o c G一 7为降失水剂 。表中空白表示未测 。 从表 4可以看出，降滤失剂 HI F L O与封堵剂 MOF L复配后，流变性变好且高温高压失水降低 。降 滤失剂 的加入 改 变 了钻井 液体 系的 高温高 压滤失 量 ，并 可 以同时改 善泥饼 的质 量 ，根 据室 内评价 推荐 现 场 使用 这 2 种 处理 剂来控 制失水 。 2 ． 4 储 备碱 加入 质量对 油 井钻 井液 体 系性 能的 影响 碱度控制剂也称为储备碱 ，主要的功能是调节油基钻井液的稳定性 ，激活乳化剂 ，保护钻具 ，中和 以及缓 冲地下 酸性 气体 的影 响 ；油基 钻井 液可 以采 用有 机胺 和石灰 作为碱 度控 制剂 。储备碱 加入 质量对 体 系性 能影 响如 表 5所示 。 基 本 配方 3 2 0 ml 3 白油 8 0 ml C a C 1 溶 液 质 量 分 数 为 2 6 1 0 ． 4 g主乳 化 剂 HI E MUI 1 ． 6 g辅 乳化 剂 HI C O AT6 ． 0 g流型调 节剂 HI R HE 储备 碱 MoAL K3 ． 2 g有机 土 MOG E L 3 ． 2 g提 切剂 J HS 8 ． 0 g降滤 失剂 HI F L O十8 ． 0 g封堵 剂 MOF I 重 晶石 加重 到密度 为 1 ． 6 6 g ／ c m 。 表 5 储备碱加入质量对油井钻井液体 系性 能的影响 储备碱加量／ g 条件 ／ mP as p／ mP as ／ P a N 6 滚 前 滚后 滚前 滚 后 滚前 滚 后 注 热滚条件 UO ℃ 1 6 h，流变性测试温度为 5 O ℃。 从表 5可以看 出 ，储 备碱 的加人会 增加 钻井 液的黏 度 ，推荐 MOAL K 的加量 为 8 g左 右 ， 以兼 顾 塑 性 黏度 和切力 的需 要 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天 然气工程 2 o l 3年 1 2月 可 以看 出 ，所 评价 的油基 钻井 液润 滑 系数 可 以达到 0 ． 0 9 ，显 示 了 良好 的润 滑性 能 ；与 水 基钻 井 液 比较 ，油基钻 井液 润滑性 能要 优 良得 多 ，具有满 足大位 移井 钻井 作业 的低摩 阻低扭 矩要求 。 2 ． 7推荐 配方及 综合性 能 通 过对各 个处 理剂加 入质 量 的系统化 评价 ，确定 了所 推荐 的油基钻 井液 体系 配方 ，其 中根 据井 身结 构 设计 及密度 设计情 况 ，分别 对各个 井段 的油基 钻井 液体 系基本 配方进 行 了推荐 见 表 8 ，各处 理剂 的 加量按照 3 白油和质量分数为 2 6 C a C 1 。 总和 l m。 体积计算结果 ，并评价了其相关性能 表 9 。 表 8油基钻井液体 系推荐配方 注 热滚条件 1 1 0 C1 6 h ，流变性测试温度为 5 0 ℃。表 中空 白表示未测。 根据各个密度段油基钻井液体系的推荐配方及性能可以看 出，该套油基钻井液体系具有较好的综合 性能，其塑性黏度较低，高温高压失水量较小，封堵性和润滑性好，能够满足大位移井钻井的需求。 3 结论与认识 通过 室 内大量 的分析及 试验 评价研 究 ，可 以得到 如下结 论 1 针对东 海海 域地层 发育 特征 ，归纳 总结 了东海 某气 田大位 移井 的煤层 漏失 、长裸 眼段 井壁稳 定 、 高 密度沉 降 、润滑性 等 开发难点 ，对 比分 析水 基 和 油 基 钻井 液 的 特 点 ，最 终 选 择 油基 钻 井 液 体 系解 决 方 案 。 2 室 内构 建获得 的油基钻 井液具 有较 好 的流变 控制 性 能 ，黏度 低 、动 塑 比较 高 ，处 理剂 加 入质 量 低 ，电稳 定性 较高 ，储层 保护效 果好 ，性 能稳定 ，具有 满 足大位移 井钻 井需 要 的润 滑性 能 、井 壁稳定 性 能 、流变 带砂 和井 眼清 洁性能 。 [ 参考文献] [ 1 ]王伟 ，张丽艳，李 响 ．平湖油气田油气成藏新模式 [ J ]．海相油气地质 ，2 0 1 l ，1 6 1 5 1 ～5 5 ． [ z ]郝广业 ．抗高温油基钻井液有机 土的研制及室内评价 [ J ]．内蒙古石油化工 ，2 0 0 8 ，1 8 1 1 0 8 --l 1 0 ． [ 3 ]杨玉 良，李跃 明，马世 昌 ．沥青在石油钻井 中的研究 与应用 [ J 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