秘鲁西北部T油田钻井液技术研究与应用_曹辉.pdf

2020年第11期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-09-08修回日期 2020-09-11 第一作者简介 曹辉1983-， 男 （汉族） ， 江苏徐州人， 工程师， 现从事钻完井液技术研究及项目管理工作。 秘鲁西北部T油田钻井液技术研究与应用 曹辉*， 胡恒， 寄晓宁 （川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院， 陕西 西安 710021） 摘要 秘鲁西北部安第斯山脉以西滨海沙漠区， 属于典型的复杂断块油田， 地层成岩性差， 裂缝微 裂缝发育丰富， 容易出现井壁垮塌和井下漏失， 起下钻经常遇阻甚至出现卡钻事故。针对以上钻井 技术难题， 研制出一种适用于复杂断块油气田的强封堵防塌钻井液体系， 防止井壁失稳和减少井下 漏失风险。现场应用表明 该钻井液体系具有封堵防塌效果好、 井壁稳定性强等特点， 钻井提速提效 明显， 为该秘鲁西北部百年老油田低成本、 优快上产的提供了有利的技术支撑。 关键词 复杂断块油田； 钻井液； 封堵防塌； 井壁失稳 中图分类号 TE2 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202011-0094-03 1概述 秘鲁西北部T油田， 是世界上最早开发的油田之 一， 位于安第斯山脉以西滨海沙漠地区， 属于典型的复 杂断块油田， 地层成岩性差， 裂缝微裂缝发育丰富， 容 易出现井壁垮塌和井下漏失， 起下钻经常遇阻甚至出 现卡钻事故。该区块地层为海相沉积晚第三系、 第三 系和白垩系， 泥页岩的粘土含量和伊蒙间层数值较高， 遇水极易造成水化膨胀、 剥蚀掉块， 同时随着钻井液滤 液侵入， 增大了滤液和粘土颗粒的接触面积， 水化作用 加剧， 改变了地层原有的物理化学平衡， 降低岩石强 度， 易引发井壁失稳[1-2]。 2钻井液技术难点 秘鲁西北部T油田钻遇地层分别为晚第三系的 TABLAZO、 VERDUN、 LUTITAS TALARA、 MON- TE 和第三系的 CABO BLANCO、 OSTREA、 MO- GOLLON等主力开发地层。 （1）井 壁 稳 定 问 题 。 LUTITAS、TALARA, MONTE地层褐色软泥岩段易水化膨胀、 井眼缩径严 重， 易造成起下钻遇阻甚至卡钻事故的发生， 特别是 MOGOLLON层砂岩和页岩交织， 岩石结构较疏松、 微 裂缝发育丰富， 地层容易破碎而出现井壁垮塌问题。 （2）井 下 恶 性 漏 失 问 题 。 一 开 表 层 钻 遇 的 TABLAZO地层岩性为粉砂泥质岩， 胶结疏松且存在 大型裂缝易出现大型恶性漏失， 另外， 二开下部地层 CABO BLANCO、 MOGOLLON存在大的裂缝带， 钻 遇断层发生失返性漏失时有发生， 造成了极大的工时 损失。 （3） 润滑性问题。该区块井身结构设计多为S型 定向井， 最大井斜角60以上， 地层的交错多样性易造 成高摩阻大扭矩， 因此， 钻井液要求具有较好的润滑 性。 （4） 成本问题。受当地热带沙漠气候影响， 水资源 严重短缺， 再加上甲方追求低成本钻井战略对泥浆体 积控制严格， 因此， 钻井液的回收再利用是降本增效的 有效措施。 3技术对策 岩样微观构造分析结果表明 （见图1） ， 秘鲁西北部 T油田地层发育微裂隙类型包括 溶蚀孔隙、 溶蚀孔和 微裂缝， 且岩石颗粒表现为碎屑颗粒粘土化和颗粒表 面伊利石化； 溶蚀孔隙大小范围为437～1.35μm； 微裂 缝的大小范围为3.14～5.01μm。微裂隙类型包括 溶 蚀孔隙、 溶蚀孔和微裂缝， 且岩石颗粒表现为碎屑颗粒 粘土化和颗粒表面伊利石化； 溶蚀孔隙大小范围为 437～1.35μm； 微裂缝的大小范围为3.14～5.01μm。泥 页岩存在纳微米级的溶孔和裂缝发育， 遇水易产生毛 细管自吸现象； 钻井液滤液在水力压差、 毛细管作用、 化学渗透压等作用下， 易沿着裂缝缝隙侵入岩石， 造成 近井壁地带岩石孔隙压力上升， 削弱了钻井液液柱压 力对井壁的有效应力支撑， 同时钻井液滤液的 “楔入” 作用促使微裂缝的开裂、 扩展、 分叉、 再扩展， 直至相互 94 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 贯通， 最终沿某一力学性质最弱的裂缝或层理面发生 宏观破坏， 引发井壁失稳[3]。基于秘鲁T油田地层井壁 失稳主要影响因素， 结合 “多元协同” 井壁稳定理论， 提 出了秘鲁浅海区块井壁稳定原理， 即 “强化封堵抑制 水化合理密度” ， 并提出适合该区块井壁稳定钻井液 防塌防漏技术对策。 图1秘鲁西北T油田区块MOGOLLON层位岩样扫描电镜 3.1钻井液体系配方研究 利用铵盐/大钾和乳化石蜡作为体系基本组分， 再 选取对环境友好钻井液材料， 在实验室进行常温、 高温 条件下的一系列的配方优选试验， 最后得出了适合于 秘鲁西北部复杂断块油田安全快速钻进要求的强封堵 防塌钻井液体系基本配方 0.1 XC0.3JK0.3 PAC0.2XY271.5NH4HPAN0.2 NAOH 0.5LUB1FDJ， 基本配方性能范围见表1。 3.2体系抑制性能评价 由表2的结果可以看出 铵盐加量到2.0以后如 再继续提高其加量， 岩屑的回收率提高幅度很低， 多加 没有多大效果， 因此确定铵盐加量为1.0～1.5之间。 然后， 使用OFI 150-80-1-230v型高温动态线性 页岩膨胀仪进行了岩芯膨胀率测试评价实验， 实验结 果见表3。 由表3可知， 岩芯膨胀量降低率8h后达到74.33， 16h后达到67.73， 说明该钻井液体系抑制性较强。 3.3钻井液体系封堵性能优化和评价 利用乳化石蜡辅助碳酸钙实现储层砂岩屏蔽暂 测定 条件 常温 100℃、 16h FV （s） 45～65 35～55 FLAPI （mL） 5～7 9～14 PV （mPas） 10～25 10～20 YP （lbf/100ft2） 15～30 7～18 Gel （Pa/Pa） 4～8/9～17 2～5/5～10 注 钻井液密度为1.05～1.45g/cm3。 表1APDRILL钻井液性能参数范围 配方 基浆0.5 铵盐 基浆1.0 铵盐 基浆2.0 铵盐 一次回收率 （） 72.5 87.3 88.4 二次回收率 （） 64.2 78.5 79.6 表2体系抑制能力评价 序号 1 2 名称 清水 AP钻井液体系 膨胀高度 初始 12.24 11.82 8h后 22.68 14.5 16h后 24.2 15.68 岩芯膨胀量降低率 8h / 74.33 16h / 67.73 表3体系的抑制性评价实验 堵[4]， 其中， 油溶性暂堵剂G325是由高聚物反应、 乳化 而成， 为白色膏状， 能在水中自动分散， 粒子粒径呈多 级分布， 以1～10μm为主。它能为钻井液提供与地层 温度相适应的、 粒径与被封堵微裂缝的大小相匹配的、 95 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 可变形的软化粒子， 从而能够实现对各类微裂缝的有 效封堵。使用法国VINCI公司CFS700型多功能岩芯 驱替仪进行了钻井液配方进行封堵和解堵评价实验， 实验结果见表4。 配方 基浆1.0G325 基浆1.5G325 基浆2.0G325 渗透率 （mD） K1 4.5 5.12 4.82 K2 0.45 0.11 0.05 K3 4.25 4.74 4.38 封堵堵率 （） 85.3 92.8 94.0 解堵率 （） 93.4 91.6 90.3 表4钻井液封堵及解堵性能评价 由表4可知， 油溶性暂堵剂G325不同浓度时， 其封 堵率和解堵率均达到90以上， 可有效封堵地层微裂 缝并达到了很好的储层保护效果。 4现场应用效果 针对该区块地层特点， 以铵盐为主抑制剂； 复配不 同粒径的封堵剂， 控制钻井液渗入地层， 有效抑制地层 水化膨胀， 封堵地层层理或微裂缝， 防止井壁垮塌和井 眼缩径； 钻进MONTE地层前开始加入钻头防泥包剂 和分散稀释剂， 防止钻头泥包； 钻进CABO BLANCO/ MOGOLLON地层之前， 预处理体系随钻加入LCM并 提前配制复合堵漏浆做好井下防漏措施； 在作业现场 中心选址建立泥浆集中处理站， 最大限度地实现泥浆 循环再利用， 达到降本增效和环保节能的要求。 现场应用表明 研制的防塌封堵钻井液体系的流 变性、 滤失性能稳定， 封堵防塌、 携岩效果良好， 而且现 场处理维护简单方便。在复杂地层井段钻进过程中， 未出现井壁剥落掉块， 平均井径扩大率仅为7.8， 起下 钻畅通无阻， 防漏效果也非常明显， 发生井下漏失率低 于5， 该技术有效解决了下部地层泥页岩垮塌、 井眼 缩径和井下漏失等技术难题。 该钻井液体系较该区块同期使用的其他体系相比， 其平均建井周期提高约11.5， 平均机械钻速提高近 20,其中EA117X2D钻完井周期14.42d， 较设计提前 4.18d， 刷新了该区块最快钻井纪录。同时， 通过废旧钻 井液回收利用工艺技术， 实现钻井液重复回收利用率在 80以上， 既降低钻井液成本又有效保护了环境。 5结论与认识 1秘鲁西北部T油田属于典型的复杂断块油田， 地层比较新、 沉积时间短、 成岩性较差， 下部地层裂缝 微裂缝发育丰富， 容易出现井壁垮塌和井下漏失问题， 如何提高钻井液体系的抑制和封堵能力是实现井壁稳 定的技术关键。 2研制的防塌封堵钻井液体系具有封堵能力强、 滤失量低、 泥饼质量好、 抑制性强、 润滑性好等技术特 点。在秘鲁西北部T油田已成功应用86口井， 钻井提 速效果明显， 有效解决了该区块钻井井壁失稳和井下 漏失问题。该钻井液技术在复杂断块油田钻探开发种 有巨大的市场应用前景， 值得进一步推广应用 参考文献 [1]鄢捷年.钻井液工艺学[M].北京 中国石油大学出版社， 2011 28-34. [2]邱正松， 徐加放， 吕开河， 等. “多元协同” 稳定井壁新理论[J]. 石油学报， 2007,28 （2） 117-119. [3]林英松， 蒋金宝， 秦涛， 等.井漏处理技术的研究及发展[J].断 块油气田， 2005,12 （2） 4-7. [4]张凤英， 鄢捷年， 李志勇,等.钻井过程中暂堵剂颗粒尺寸优 选研究[J].西南石油大学学报 自然科学版, 2011, 33 （3） 130-132. （上接第93页） [9]王端平,柳强.复杂断块油田精细油藏描述[J].石油学报, 2000， 216111-116. [10]赵世尊,许永忠,董宋华.二维小波变换对水平切片进行图 像处理方法研究[J].物探化探计算技术, 1998, 20 2 43-46. [11]荣启荣,蒲玉国.复杂断裂油田小构造研究模式[J].石油学 报,2000,21643-49. [12]王军,戴俊生.复杂断块内低级序断层的预测方法[J].西部 探矿工程,2006增刊 164-166. 96 ChaoXing