甲酸盐钻井液在长北区块的应用.pdf

第 4 1卷第 1 期 2 0 1 3年 1月 石 油 钻 探 技 术 PE TROl EUM DRI LL I NG TE CHNI QUE S Vo 1 ． 41 No ． 1 J a n ． 。 2 0 1 3 ． ． 钻井完井 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ．i s s n．1 00 1 0 8 9 0． 2 01 3 ． 0 1 ．0 0 8 甲酸盐钻 井液在长北 区块 的应用 赵 向阳 ，张小平 ，陈 磊 ，张振 活 。 ，孙 艳。 1 ． 中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 ， 陕西西安 7 1 0 0 2 1 ； 2 ， 低渗透油气 田勘探开发国家工程实验室 ， 陕西西安 7 1 0 0 2 1 ； 3 ． 中国石油川庆钻探工程有限公 司长庆钻井分公司 ， 陕西西安 7 1 0 0 2 1 摘要 为 了防止水平分 支长裸眼井段并壁失稳 ， 长北 区块应用 了甲酸盐钻 井液 。以甲酸钠为加 重剂和抑 制 剂， 通过 测试 甲酸钠对基浆黏度和切力的影响、 模拟地层条件进行 甲酸钠对岩心的伤 害试 验、 评价 甲酸钠 的抑 制性 及加重效果， 研制出一种适合长北区块水平井的甲酸钠钻井液。现场 2口井的应用表明， 该钻井液具有抑制性强、 滤失量小、 流变性良好、 固相含量低等优点， 综合防塌效果好。该区块应用甲酸钠钻井液成功钻穿水平段 多套泥岩 段 ， 表 明甲酸钠钻 井液能有效保持稳定井壁 ， 避免井 下复杂情况 出现 ， 解决了长 北区块水平分 支长裸 眼 井段 的安全 钻 进 问题 。 关键词 甲酸盐钻井液 钻井液性能 水平井 长北区块 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 一 O 8 9 0 2 0 1 3 0 1 0 0 4 0 0 5 App l i c a t i o n o f Fo r ma t e Dr i l l i n g Fl ui d i n Cha ng b e i Bl o c k Zh a o Xi a ng y a n g ， Zha ng Xi a o p i ng ， Che n Le i ， Zh a n g Zhe n hu o 一。 Su n Ya n。 1 ． Dr i l l i n g P r o d u c t i o n En g i n e e r i n g T e c h n o l o g y I n s t i t u t e o f C C DC， Xi ’ 伽 ， S h a a n x i ， 7 1 0 0 2 1 ， C h i n a ； 2 ． Na t i o n a l E n g i n e e r i n g L a b o r a t o r y f o r L o w- Pe r me a b i l i t y Oi l G a s F i e l d E x p l 0 r a t i 0 口 d DP P o p me n t ， Xi ’ a n ， S h a a n x i ， 7 1 0 0 2 1 ， C h i n a ； 3 ． C h a n g q i n g Dr i l l i n g B r a n c h o f C C DC， Xi ’ a n ， S h 以 n z i ， 7 1 0 0 2 1 ， Ch i n a Ab s t r a c t I n Ch a n g b e i Bl o c k， f o r ma t e d r i l l i n g f l u i d wa s u s e d t o a v o i d s h a l e i n s t a b i l i t y i n l o n g h o r i z o n t a l o p e n h o l e s e c t i o n s ． S o d i u m f o r ma t e wa s s e l e c t e d a s we i g h t i n g a g e n t a n d i n h i b i t o r ．Th r ou gh e xp e r i me n t a 1 s t u d y o n b a s e mu d v i s c o c i t y a n d s h e a r f o r c e ， a n d d a ma g e o n c o r e s u n d e r s i mu l a t e d f o r ma t i o n c o n d i t i o n s ， t h e i n h i b i t i o n a n d we i g h t i n g p e r f o r ma n c e o f s o d i u m f o r ma t e we r e e v a l u a t e d ．On t h i s b a s i s ， a s o d j u m f 0 r ma t e d r i l l i n g f l u i d wa s d e v e l o p e d f o r h o r i z o n t a l we l l s i n Ch a n g b e i ．I t s f i e l d a p p l i c a t i o n i n t WO we 1 1 s s h o ws t h a t t h i s f l u i d h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s t r o n g i n h i b i t i o n， s ma l l f i l t r a t i o n， g o o d r h e o l o g y a n d l e s s s o l i d c o n t e n t ， a n d i t i s e f f e c t i v e f o r a n t i c o l l a p s e ． M u l t i p l e h o r i z o n t a l s h a l e s e c t i o n s we r e p e n e t r a t e d e f f i c i e n t l v wi t h t h e s o d i u m f o r ma t e d r i l l i n g f l u i d ， i n d i c a t i n g t h a t i t c a n s t a b i l i z e b o r e h o l e e f f e c t i v e l y a n d p r e v e n t d o wn h o l e c o m p l e x i t i e s ． Th e r e f o r e ， i t c a n e n s u r e s a f e d r i l l i n g i n l o n g o p e n h o r i z o n t a l s e c t i o n s i n Ch a n g b e i B l o c k ． Ke y wo r d s f o r ma t e d r i l l i n g f l u i d ； mu d p e r f o r ma n c e ； h o r i z o n t a l we l l ； C h a n g b e i Bl o c k 长北项 目是壳牌 中国 勘探与生产公司和中国 石油集团合作开发的陆上油气开发项 目， 该项 目位 于鄂尔多斯盆地东部榆林气 田长北区块 ， 主要产层 是山西组 2段 ， 具有层薄、 低孔、 低渗、 低压、 低产、 非 均质性强等特点_ 1 ] 。长北区块双分支水平井的单支 水平段设计长度为 2 0 0 0 m， 属于长水平段 ， 采用裸 眼完井l 2 ] 。目前 ， 该 区块 中心区域井位逐渐减少， 边 缘井陆续开发， 但边缘储层砂体 连续性 差， 碳质 泥 岩、 泥岩交接互层 多， 应力作用后极易破碎 ， 井壁失 稳 ， 造成起下钻遇阻甚至发生卡钻 。为防止水平段 泥岩段坍塌， 保证安全顺利钻进 ， 通过调研国内外主 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 2 7 ； 改 回日期 2 0 1 2 一 l l 一 2 2 。 作者简 介 赵 向阳 1 9 8 O ， 男， 陕西成 阳人 ， 2 0 0 3年 毕业 于西 安石 油大学化 学工程与工业专业， 2 0 0 7年获 西安石 油大学应 用化 学 专业硕士学位， 工程师， 主要从事钻井液完井液技术研究 联 系方式 0 2 9 8 6 5 9 4 7 7 8 ， z x y 4 9 2 9 1 6 3 ． C O II 1 。 第 4 1卷第 1 期 赵向阳等． 甲酸盐钻井液在长北区块的应用 要防塌钻井液的研究与应用情况 ， 根据甲酸盐具有 强抑制性 和液相密度高等特点 ， 研究了适合水平段 钻进具有防塌抑制性 的甲酸盐钻井液体系 ， 并在现 场进行 了应用 ， 取得 了良好效果。 技术难点和解决思路 1 ． 1 技术难点 1 水平井段处于含有大段泥岩、 碳质泥岩和煤 层的山西组 2段气层 ， 长裸 眼分支水平段钻进 过程 中受井眼尺寸大、 浸泡时间长等因素影 响， 导致水平 井段泥岩垮塌问题非常突出l_ 3 ] 。 2 水平井产层 裸露面积大 ， 浸泡 时间长 ， 钻井 液和完井液对产层的伤害较大 。 3 水平段井眼轨迹呈波浪形 ， 岩屑上返 困难 ， 摩阻和扭矩大， 防卡难度大 。 1 ． 2 解 决思 路 1 通过提高钻井液密度 ， 防止井壁失稳。同时 针对泥岩分散膨胀 ， 提高钻井液 的抑制性 ， 从整体上 提高钻井液的防塌能力 。 2 控制钻井液的滤失量 ， 降低钻井液的固相含 量 ， 尽可能减小进入地层的水 和钻井液固相的量。 3 提高钻井 液 的流变 性 ， 增强其 携带岩 屑能 力 ， 净化井 眼， 同时加入润滑剂 以降低摩阻和扭矩 ， 防止 卡钻 。 2 室内试验 为减小钻井液 中的固相含量 ， 采用 甲酸钠作为 加重剂l 4 j 。以甲酸钠为加重剂 ， 理论上可以将钻井 液加重至 1 ． 3 2 k g ／ L 。甲酸钠 还可作为抑制剂 ， 抑 制泥页岩水化膨胀 。采用甲酸盐加重 的优点是l 7 ] 甲酸盐在水中的溶解度较大， 密度调节范 围宽 ， 可以 降低大多数增黏剂和降滤失剂高温时的水解和氧化 降解速率 ； 甲酸盐活度低 ， 对钻井液性能和地层影响 小 ， 有利于井壁稳定 ， 且 固相含量小 。 2 ． 1 甲酸钠对基浆黏度和切力的影响 图 1 甲酸钠 加量对基 浆黏 度和切 力的影 响 Fi g ． 1 I m p ac t o f s o di u m f o r m a t e Oi l b a s e m u d v i s c o s i t y a n d s he a rf o r c e 图 2 热滚后 甲酸钠加量对基浆黏度和切力的影响 Fi g ． 2 I m p ac t o f s o di u m f o r ma t e o n b a s e mud v i s c o s i t y a nd s h e a r f o r c e a f t e r ho t r ol l i n g 从图 1 可 以看出 ， 随着甲酸钠加量的增大 ， 基浆 黏度升高、 切力增大 ； 但 甲酸钠加量超过 5 以后 ， 其黏度随着 甲酸钠加量 的增大而 降低 ， 切力随其加 量的增大而减小 。其原 因主要是 甲酸钠加量过大 时 ， 高分子聚合物发生盐析现象 ， 使聚合物部分脱 水 ， 水化程度降低 ， 引起分子链蜷缩 ， 从而导致黏度 降低_ 9 ] 。对 比图 2和图 1 可以看出， 经过热滚 热滚 条件 1 5 0℃1 6 h 后基浆 的黏度下 降幅度和切力 减小幅度都很大 ， 而加人 甲酸钠能提高其黏度 、 增大 其切力 ， 说 明甲酸钠能提高聚合物 的抗温性能 。原 因是 甲酸根会提高聚合物转变温度 ， 甲酸根可以和 聚合物中众多的羟基在黄原胶的多糖链之间形成桥 结 ， 使 聚合 物分 子 的结构 加 强， 使其 抗 温性 能提 高l lg ] 。由以上试验结果可看出， 加入 甲酸钠后 ， 提高 了钻井液 的抗温性能。 ． 。 为 基 要 量 芟 2 ． 2甲 酸 钠 对 岩 心 的 伤 害 试 验 性 能 ，结 果见 图 1 、 图 2 。低 伤害钻 井液 的配方 为 ⋯ 。 一⋯～～ ～ 一一 0 ． 2 X C D 0 ． 1 HE C 0 ． 1 G3 0 5 一 K K J 研究表明， 微粒运移 、 水敏效应和水锁效应是山 0 ． 5 G 3 0 1 ～ S J S 3 ． O G3 0 2 一S Z D。 西组储层损 害的主要原 因|l l c ] 。以甲酸盐为加重剂 第 4 1卷第 1期 赵 向阳等． 甲酸盐钻 井液在 长北区块 的应 用 3 ． 2 钻井液维护处理措施 1 钻遇泥岩时 ， 用 甲酸盐提高钻井液密度 ， 一 方面是通过力学平衡 稳定地层 ， 另一方面 甲酸盐具 有一定的抑制性 ， 能有效抑制泥岩水化分散l_ 8 。 2 根据钻遇地层的岩性 ， 及时调整钻井液流变 性能， 在含泥岩段保持较高 的流变性能 声 6读数为 1 5 2 2 ， 动切力 2 0 3 0 P a ， 动塑比 1 ． 2 ～1 ． 6 ， 以提 高钻井液 的携砂能力 ， 净化井眼 ， 降低摩阻。保持钻 井液的剪切稀释性能 ， 降低其在钻具 内的摩阻， 增加 钻头水功率 。 3 泥岩段容易造浆 ， 导致钻井液固相增加和流 变性不易控制 ， 所 以应尽可能降低 固相含量 ， 将膨润 土含量控制在 1 0 k g ／ m。 以下 、 固相含量尽量控制在 6 以下 ， 以减小其对钻井液性能的影响。以细水长 流的方式加人清水 ， 补充钻井液中蒸发的水分 ， 同时 稀释钻井液 ， 降低 固相含量 ； 提高 固控设备利用率 ， 最大限度地清除劣质 固相 。 4 加入高效润滑剂 ， 并保持其含量在 1 ． 5 ～ 2 ． 0 ， 以降低长水平段的摩阻扭矩 。 5 钻井液 AP I 滤失量控制在 3 ． 5 ～5 ． 0 mL， 以 减少滤液和 固相侵入地层的量 ， 以防止泥岩水化膨 胀和分散。甲酸盐能提高钻井液滤液 的黏度 ， 有助 于控制滤失量 ， 提高井壁 渗透压力 ， 保持井壁 稳定 性 ， 降低对储层的伤害[ 1 z - 1 3 ] 。 3 ． 3 应 用效 果分 析 3 ． 3 ． 1 CB9 2 并 C B 9 2 井 声 2 1 5 ． 9 mm井 眼水平井段使 用普通 低伤害钻井液 ， 钻遇泥岩时无法解决井壁失稳 问题 ， 经多次侧钻 ， 形成 7 个 分支 ， 最长分支 4 1 6 r n ， 总共 进尺 1 0 4 0 m， 其 中泥 岩 段 2 5 4 I n， 占总 进 尺 的 2 4 ， 起下钻过程中多次遇 阻、 卡钻 、 憋泵 。于是使 用 甲酸钠钻井液 ， 采用 声 1 5 2 ． 4 mm钻头进行小井眼 侧钻 ， 由于甲酸钠钻井液和小尺寸井 眼稳定效应 的 共同作用 ， 声 1 5 2 ． 4 mm井 眼基本稳定 ， 钻进过 程 中 陆续 出现 5 ～5 O 泥岩和碳 质泥岩 ， 但没有 出现 井下 复 杂 情 况。甲酸 钠 钻井 液 密 度 一 直保 持 为 1 ． 1 2 ～1 ． 1 3 k g ／ L 见 图 4 ， 基本解决 了 ≠ 1 5 2 ． 4 F i l m 井眼泥岩段井壁失稳问题 ， 且固相控制在 5 以下， 没 有引起流变I生失控等问题。第 2 个分支在井深4 0 4 0 m 处钻遇泥岩， 将钻井液密度提高至 1 ． 1 3 k g ／ L ， 旋转黏 度计 6 读数提高至 1 3 ， 整个 井段基本保持该 性能 直至完钻。该井钻成了 2 个超过 1 0 0 0 m 的小井眼 水平段 。 图 4 C B 9 2 井 41 5 2 ． 4 m i l l 井眼钻井液 密度和 6转读 数随井深变化 Fi g． 4 Cha ng e o f mud we i g ht an d vi s c o s i t y wi t h de pt h i n 0 1 S Z ． 4 i n to s e c t i o n i n We l l C B 9 2 3 ． 3 ． 2 CB2 卜 1 井 C B 2 1 1 在钻进 2 1 5 ． 9 mm水平段 时， 在井深 3 5 2 1 m处出现泥岩时， 以甲酸钠为加重剂将钻井液 密度逐渐提高到 1 ． 1 3 k g ／ L， 同时将旋转黏度计 声 6 读数提高至 2 0 ， 但随着 井深 的增加 和不断钻 遇泥 岩段 ， 起下钻过程 中遇 阻现象 随之增多 ， 再次用 甲 酸钠将钻井液密度提高到 1 ． 1 4 5 k g ／ L， 基本能防止 起下钻过程 中遇阻情况 的出现。第一次侧钻时 ， 由 于钻遇砂岩地层 ， 将钻井液密度降低 ， 但随后钻遇大 段泥岩 4 0 2 0 --4 0 6 2 I n井段 ， 起下钻遇阻等复杂 情况 频 繁 出 现， 将 钻 井 液 密 度 提 高 至 1 ． 1 8～ 1 ． 1 9 k g ／ L ， 旋转黏度计 6读数提高至 2 2 ～2 4 ， 保 证 了井壁稳定和井眼清洁 。同时将润滑油含量提至 1 ． 5 9 ／ 6 ～2 ． 0 9 ／ 6 ， 以降低摩阻和扭矩 。该井还采取短 起下钻修复井眼轨迹 、 大排量循环等措施 ， 最终钻成 长度分别为 1 7 3 5 m 和1 9 6 0 1 T I 的水平段分支 ， 其 中 水平段 中泥岩、 碳质泥岩段总长达到3 0 7 m， 创造 了 长北区块含泥岩水平段钻进最长纪录。 4 结论及认识 1 长北 区块应用 甲酸钠钻井液、 并结合工程措 施 ， 解决 了该 区块水平段井壁失稳 、 井眼净化不好和 摩阻高等问题 ， 满足 了长北 区块边缘水平井储层段 安全钻进的需求 。 2 根据地层情况提前做好预防， 是解决井壁失 稳的基础。提高钻井 液密度和抑制性能 、 降低剪切 速率和黏度是解决井壁失稳的主要途径。 石 油 钻 探 技 术 2 0 1 3 年 1月 3 国外文献表明， 使用甲酸盐钻井液能防止钻 具腐蚀， 但长北区块使用甲酸盐钻井液时， 发现该钻 井液对钻具有一定 的腐蚀 ， 建议对该钻井液体系进 行进一步研究。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 参考文献 Re f e r e nc e s 寿铉成 ， 何光怀 ， Nic k F e s t ． 榆林气 田长北 区块山西 组下段 主 力储集层建模及水平井地质设 计[ J ] ． 石油勘 探与开发 ， 2 0 0 3 ， 3 0 4 1 1 7 1 21 ． S ho u Xu a n c he n 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