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第 3 l 卷 第 2期 2 0 l 4年3月 钻井 液与 完井 液 DRI L LI NG F L UI D ＆ C0MP LET I ON F LUI D V_o1 ． 31 NO． 2 M a r ．2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 - 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 0 8 HI O I L F R E E钻井液技术 毛立丰， 李保 山， 王镇， 宋涛 大庆钻探T程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆 毛立丰等 ． HI ． OI L F R E E钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 2 2 8 3 0 ． 摘要 大庆长垣外预探水平井具有油层物性和连续性差、储层辨识难度大、水平位移长、钻井周期长，储层含 有大段泥页岩等技术难点。以往使用油包水钻井液施工，环境保护及成本压力较大，后期回收处理难度高。因此， 室内优选 出了H I ． OI L F R E E钻井液，该钻井液利用胺基抑制剂AP 1 对泥页岩及黏土的优 良抑制作用及阳离子聚合 物 C A L 。 9 0对黏土的高效端面吸附作用控制水化及维护井眼稳定 ； 利用极压润滑剂HL X． 0 6 9 、白油和乳化剂、固体 润滑剂MR H的协同作用提高钻井液润滑性 ；用硅类表面活性剂作防水锁剂。 室内评价及龙平 1井的现场应用表明． HI ． O I L F R E E钻井液抑制性强、流变性好、润滑效果好，荧光级别小于5 ，现场维护处理工艺简单，能够满足水平井钻 井施工要求，储层保护效果显著，且成本与油包水钻井液相比下降了7 0 ％ 关键词 水平井 ； 强抑制性 ； 不混油 ； 钻 井液 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 4 0 2 - 0 0 2 8 - 0 3 近年来大庆长垣外预探水平井数量越来越多 ，施 工过程中常常出现油层不连续 、井眼轨迹波动大 、钻 进摩阻高、钻井液投入成本过高等问题，给现场施工 增加了难度。研制出了H I O I L F R E E 钻井液体系，该 体系具有黏土抑制能力强 、 润滑性好、井壁稳定能力 强、环境保护性能好等优势，现场能降低钻具摩阻， 不影响油层判断，有利于保护和发现油气层 ，具有显 著的经济效益和应用前景 0 - 4 ] 。 1 地质概况 大庆油田长垣外预探水平井主要以开发扶余油层 为主 ，该层位属于白垩系沉积 ，埋深为 1 8 0 0 m，属 低压低渗油藏，平均孑 L 隙度为 1 2 ％，平均气i 贝 0 渗透 率为 1 ．5 l 0 g m ，扶余油层单砂体非常薄，小于 2 m 的单砂体合计 占总样 品数的 7 6 ． 3 8 ％，砂泥岩互层 多，砂体分布零散，水平位移大于 1 4 0 0 1T I ，水垂比 接近 1 ，井眼轨迹呈阶梯状或波浪状 。油层 内部微孔 隙发育， 且富含蒙脱石， 最高达 3 2 ． 8 ％， 易水化分散。 针对以上地质特点及要求，钻井液必须在控制水化分 散、井眼稳定、润滑防卡、 环境保护等方面提供技术 保障。 2 HI OI L F RE E钻 井液性 能评价 H I ． OI L F R E E钻井液的主要处理剂为胺基抑制剂 AP 一 1 和 阳离子 聚合物 C AL 一 9 0 。AP l是一 种聚胺改 性聚醚多元醇类页岩抑制剂 ，分子链 巾引入了胺基官 能团，毒性低，这种独特的分子结构使 A P l 很好地 镶嵌在黏土层问 ，并使黏土层紧密结合在一起 ，从而 减小黏土层 间距 ； 同时也能从溶液 巾析出乳化油滴 ， 这种油滴在井内压差的作用下 ， 挤入井壁孔隙或裂缝 ， 起到降低黏土吸收水分的趋势。由于胺基椴l 生大，易 被黏土优先吸附， 促使黏土晶层间脱水 ， 减小膨胀压 ， 依靠分子链上多个胺基固定黏土晶片， 破坏水化结构， 达到抑制黏土水化分散 的 目的。该钻 升液利用 A P 一 1 对泥页岩及黏土的优 良抑制作用及 C AL 一 9 0对黏土的 高效端面吸附作用起到控制水化及稳定井壁的作用 ； 使用生物聚合物 X C D调整钻井液的流变性 ； 利用润 滑剂、白油和乳化剂 、固体润滑剂的协同作用提高钻 井液润滑性 ； 利用硅类表面活性剂对岩石的吸附降低 水锁效应，减小对储层的伤害。 优选 出的 H I OI L F R E E钻井液配方如下。 4 ％～ 5 ％ 膨润土 0 ． 8 ％AP ． 1 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％ C AL 一 9 0 2 ％ 树脂 HA 3 ％无荧 光封堵 防塌剂 DYF T - 第一作者简介 毛立丰， 高级工程师， 毕业于齐齐哈尔大学无机非金属材料专业， 一直从事钻井液技术研究与服务工作 地址 黑龙江大庆市八百垧钻井工程技术研究院 ； 邮政编码 1 6 3 4 1 3； 电话 0 4 5 9 4 8 9 3 6 3 6； E m a i l m a o l i f e n g c n p c ． c o rn．c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 2期 毛立丰等HI ． O I L F R E E 钻 井液技术 2 9 2 1 ． 0 ％N P A N 0 ． 0 5 ％KOH 0 ． 1 ％～ O ． 2 ％流 型 调 节 剂 X C D 2 ％极压润滑剂 H L X 一 0 6 9 3 ％5 白油 0 ．2 ％乳 化剂 O W- 2 0 0 2 ％ 固体润滑剂 MR H 重晶石粉 2 ． 1 流变性 H I O I L F R E E钻井液的流变性能见表 l 。由表 1 可知 ， 该钻井液在不同密度下的黏度稳定 ， 滤失量小 ， 静切力适 中，动塑比保持为 O ．3 5 ～0 ．4 3 P a ／ m P a S ， 具有较好的流动特性和较强的携岩能力。 表 1 H I OI L F R E E钻井液的流变性 2 ． 2 抑制 性 与清水 回收率、膨胀率 比较，H I O I L F R E E钻 井液的岩心膨胀率明显降低，高温滚动回收率高达 9 1 ％，说明该钻井液具有较好的抑制性，见表 2 。 表 2 H I ． OI L F R E E钻井液的抑制性 试液 井号 层位 黏土矿物相对含量 ／ ％ 回收 膨胀 S I S ／ I 率 ／ ％率 ／ ％ 注 膨胀率、回收率条件分别为常温 8 h 、1 2 0 o C 1 6h 。 2 ． 3 抗污染能力 模拟盐侵钙侵加量为 5 ％ N a c 1 8 ％c a c l2 ，用永 1 7 2 。 平 7 2 井 8 0 0 ～9 0 0 m井段泥岩岩屑，侵入量为 1 0 ％，钻井液的抗盐抗钙及抗岩屑污染能力见表 3 。 由此可知，该钻井液的抗污染能力强，满足大庆油田 长垣外预探水平井施工要求。 2 ． 4润滑性 由表 4 可知，H I O I L F R E E钻井液的极压润滑系 数、泥饼黏附系数、滑块式摩擦系数均明显变小。钻 井液固液复合润滑性优于单一矿物油，滑动摩擦系数 和滚动摩擦系数显著降低，润滑防卡能力明显提高。 表 3 H I ． OI L F R E E钻井液抗污染能力实验 1 2 0℃、1 6 h 实验 ‰ P 。 表 4 HI ． O I L F R E E钻井液润滑性实验 2 ． 5 储层损害 选取葡萄花油层砂岩岩心，利用 F D S ． 8 0 0 ． 1 0 0 0 0 型动态地层伤害测试系统在 2 0 MP a 环压、1 5 MP a 循 环压力、2 ．5 MP a 回压、3 0 0 s 动态剪切速率、5 O℃ 下进行储层损害测试，结果见表 5 。由此可知，H I ． O I L F R E E钻井液的储层保护效果较好。 表 5 岩心渗透率损害及恢复实验 3 现 场 应 用 龙平 l 井是大庆油田长垣外的一口预探井，完钻 目的层为泉三段， 完钻井深为 3 2 3 5 m， 造斜点井深为 1 6 9 9 ． 7 7 m，造斜段 长 4 9 2 ． 5 6 m，水平段为 1 0 4 3 ． 4 8 m。二开钻井深为 1 6 7 0 m， 采用 HI ． O I L F R E E钻井液。 3 ． 1 现场维护 开钻前钻井液 的配制。将一开钻井液 留存 3 0 113 ，配制 1 5 0 m 4 ％膨润土浆 ，用配浆漏斗依次加 入2 ％H A、3 ％DYF T _ 1 、1 ． 0 ％NP AN、0 ． 4 ％C AL ． 9 0 、 0 ． 5 ％ A P ． 1 、0 ． I ％ X C D，并用重晶石调整至设计密度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 钴井液与 完井液 2 0 1 4年 3月 后 充分 循环 。 直井段 1 0 0 0 ～1 6 9 9 m 为嫩江组和姚家组地 层，主要为大段泥页岩，易发生水化分散，维护使用 0 ． 5 ％C A L 一 9 0和 0 ． 8 ％A P 一 1 配制成的胶液维护。 造斜段 1 6 9 9 ～2 1 9 0 m地层为青 山口组 ，主 要为灰黑色泥岩夹黑褐色劣质油页岩薄层，局部夹薄 层黑色介形虫岩。该井段井眼大，造斜率高，地层胶 结疏松，容易出现拖压大、钻速低、坍塌、卡钻等 情况。为了避免发生这些情况，使用 0 ．7 ％C A L ． 9 0 、 I ％A P ． 1 胶液控制地层黏土的侵污 ； 使用 3 ％防塌剂 并配合 2 ％Q S ． 2 提高易塌地层的承压能力，同时将 钻井液密度控制在设计上限，使井眼保持力学稳定 ； 井斜超过 3 0 。后开始使用 2 ％ D R H 3 D 0 ．2 ％O W- 2 0 0 3 ％～5 ％白油，提高钻井液和泥饼的润滑性，尽 量将摩阻降至最小 ； 进人大斜度井段后使用 X C D将 钻井液的黏度、切力调整到最佳 。 水平段 2 1 9 O ～3 2 3 5 m为泉头组三段地层， 岩性主要为灰绿色泥岩与泥质粉砂岩，该层位钻进存 在互层性强，层间胶结欠致密， 且油层物性和连续性 差，油气显示微弱，井眼轨迹变化大，找油难度大， 拖压严重等技术难点。为了保护储层，提高钻井液的 井眼稳定和润滑防卡能力，维护过程中将胺基抑制剂 和阳离子包被剂按配方的上限加量复配成胶液使用 ； 防塌类处理剂复配屏蔽暂堵材料实现对欠致密井段的 物理封堵 ； 按进尺及时补加固体和液体润滑材料，使 钻井液中润滑材料含量不低于 6 ％； 使用硅醇类表面 活性剂降低储层水锁伤害。通过以上措施改善了钻井 液整体施工能力，提高了钻井液的润滑防卡和储层保 护能力。 3 ． 2 现场应 用效果 通过现场数据 见表 6 可以看出，①钻井液流 变性稳定 ； ② A P I 滤失量控制在 4 ．0 mL以内，泥饼 比较致密，且韧性强 ； ③抑制性强，全井未发生井下 复杂，完井电测井径规则度较好 ， 直井段平均井径扩 大率为 5 ．8 7 ％，造斜段平均井径扩大率为 7 ． 9 1 ％，水 平段平均井径扩大率为 4 ． 1 6 ％，全井平均井径扩大率 为 6 ．8 1 ％ ； ④润滑性良好，摩擦系数最大为 0 ．0 6 1 2 ， 实钻最大摩阻为 8 t ，且比较稳定，钻进、起下钻、 电测和下套管均无阻卡显示 ； ⑤全井机械钻速为 1 6 ． 8 1 m ／ h； ⑥不混油， 荧光级别小于5 ，气测录井无 任何干扰，有利于识别油层 ； ⑦储层保护效果显著， 龙平 1 井投产初期 日 产原油量为8 ．4 t／ d ，3 0 d 后稳定 日产原油量为 6 _ 3 ，是 同区块邻井的 5 ． 3 倍。 表 6 现场钻井液测试性能数据 m S g ／ p c m 3 m Pa S H Pa | P a ／ 疆 Pa n mL ‘ 啦 。 1 0 0 0 0 4 9 1 ． 1 7 2 7 1 0 1 ． 5 ／ 6 ． 0 4 ． 0 1 0 ． 0 1 4 5 2 0 5 2 1 ． 2 O 3 1 1 0 2 ． 0 ／ 9 ． 5 3 ． 6 9 ． 5 l 8 8 2 41 6 9 1 ． 2 5 2 9 1 4 3 ．0 ／ 1 4 ． 0 4 ． 0 0 ． 0 61 2 9 ． 0 2 0 4 0 8 8 7 0 1 ． 2 6 2 8 1 4 2 ． 5 ／ 1 4 ． 0 3 ． 6 0 ． 0 5 2 4 9 ． 0 2 7 9 5 9 2 6 0 1 ． 3 2 2 7 1 1 2 ． 0 ／ 9 ． 0 3 ． 6 0 ． 0 4 3 7 9 ． 0 3 2 3 5 8 8 7 0 1 - 3 1 2 9 1 3 4 ． 0 ／ 1 5 ． 0 3 ． 4 0 ． 0 6 1 2 9 ． 5 4 结论 1 ． H I ． O I L F R E E钻井液能够满足长垣外预探水平 井施工需要，该钻井液具有流变性好、抑制性强、携 屑性强、润滑性好、储层保护效果显著等特点。 2 ． H I O I L F R E E钻井液荧光级别小于 5 ，对气测 值无干扰， 便于识别油层。 3 ． 龙平 1 井 的现场试验证 明，HI ． O I L F R E E钻井 液能替代油包水钻井液施工预探水平井，其现场维护 工艺简单，且成本比油包水钻井液下降了7 0 ％。 参 考 文 献 [ 1 】 沈丽，柴金玲 ． 聚合醇钻井液作用机理的研究进展 [ J ] _ 山 东科学，2 0 0 5 ，1 8 1 5 3 ． 5 8 ． S h e n Li ，Ch a i J i n l i n g ．P r o g r e s s o f t h e me c h a n i s m a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f p o l y g l y c o l - b a s e d d r i l l i n g f l u i d [ J ] ． S h a n d o n gS c i e n c e ，2 0 0 5 ，1 8 1 5 3 5 8 ． [ 2 ] 耿晓光 ，郑涛，孙宪军 ． 水平井水基钻井液体系应用现 状 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 6 7 2 ． 7 4 ． G e n g Xi a o g u a n g ，Z h e n g T a o ，S u n Xi a n j u n ． H o r i z o n t a l w e l l w a t e r - b a s e d r i l l i n g fl u i d a p p l i c a t i o n p r e s e n t s i t u a t i o n [ J ] ． D r i l l i n gF l u i d＆C o m p t i o nF l u i d ，2 0 0 7 ，2 4 6 7 2 7 4 ． [ 3 】 马平平 ， 熊开俊，陈芳，等 ． 胺基聚醇钻井液在柯 2 1 ． 平 1 井的应用 [ J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 1 8 5 - 8 8 ． Ma P i n g p i n g ，Xi o n g Ka ij u n ，C h e n F a n g ， e t a 1 ． A p p l i c a t i o n o f a mi n o p o l y a l c o h o l s d r i l l i n g fl u i d i n we l l o f k e 2 1 _ h 1 [ J ] ． D r i l l i n gF l u i d＆C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 1 2 ，2 9 1 8 5 8 8 ． 【 4 ] 何振奎 ． 页岩水平井斜井段强抑制强封堵水基钻井液技 术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 2 4 3 ． 4 6 ． He Zh e n k u i ． S o n g i n h i b i t i o n a n d s e a l i n g wa t e r - b a s e d d r i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y f o r d e v i a t e d s e c t i o n o f s h a l e h o r i z o n t a l we l l [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 1 3 ，3 0 2 43 ． 46 收稿 日期2 0 1 3 ． 1 1 1 0 ；H GF 1 4 0 1 F 6 ；编辑付碉颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m