弱凝胶-BOSW钻井液在吐哈油田水平井的应用.pdf

第 3 l 卷 第 3期 2 0 1 4年5月 钴井液与 完 井液 DRI LL I NG F L UI D COM P LE TI ON F L UI D Vo 1 ． 31 No． 3 M a y 201 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 3 ． 0 0 6 弱凝胶 ． B O S W 钻井液在吐哈油田水平井的应用 马平平 ， 付伟明 ， 张荣志 ， 王义虎 ， 冯海平 ， 全晓虎 1 ． 中国石油吐哈油田分公司工程技术研究院，新疆鄯善 ； 2 ． 北京石大博诚科技有限公司，北京 马平平等 ． 弱凝胶 ． B OS W 钻井液在吐哈油田水平井的应用 『 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 3 2 4 ． 2 7 ． 摘要吐哈油田三塘湖盆地泥岩中伊蒙混层的含量高， 且伊蒙混层比也较高， 泥岩易发生水化膨胀， 导致井壁失稳， 因此要求钻井液具备很强的抑制性，同时该区块水平井钻井施工 中的钻井液悬浮携带能力也是一个难点。为解决以上 问题，研究出了快速弱凝胶 B C VI S以及辅助提切剂 B C B P G，以他们为主剂，并通过选用 B OS W 超微加重剂，形成 了适合吐哈油田水平段的弱凝胶钻井液体系。B C V I S的成胶时间短， 对成胶温度要求低， 具有 良好的抗温和抗盐性能； B C ． B P G是一种正电胶产品，该产品不但具有良好的封堵效果 ，而且润滑效果良好，与B C ． V I S配合使用能提高体系 的动塑比，明显提高携岩效果 ； B OS W 超微加重剂属于纳米和准纳米级粒子，具有良好的 自我分散性和悬浮性。性能 评价结果表明，该体系的抑制性、动塑比、储层保护性能均较好。该体系在马 5 7 H、马 5 6 ． 6 H和马 5 8 H井进行 了试验 应用，取得良好效果，钻井过程 中无复杂，固井顺利，表明该体系在水平钻进中具有良好的应用前景。 关键词 水平钻井 ；弱凝胶钻井液 ；弱凝胶剂 ； 触变性 ； 超微加重剂 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 3 - 0 0 2 4 ． 0 4 吐哈油田火 8 0 1 井钻至 2 7 0 0 m左右 K 。 井壁 发生了垮塌且掉块多 ，该井段位于 白垩系与侏罗系地 层不整合面附近，岩性为砂砾岩与厚层状紫色泥岩 ； 吉 1 一 x井钻至井 深 4 0 8 9 m J 时遇 阻，经多次活 动钻具无效后开始划眼，其原因为该段地层为高伽 马泥岩段，易吸水膨胀坍塌 ； 果平 1 c井电测作业在 第一趟仪器下至井底 3 8 0 0 m时，上测过程中仪器遇 卡，卡点在 3 7 3 3 m，鱼顶在 3 7 1 4 m，仪器卡死后 ， 先后进行了穿心打捞、自制套筒打捞、卡瓦打捞筒打 捞，都未能成功起出全部落鱼，下尾管固井。分析目 前吐哈油田钻井液使用情况后，对水平段钻井液技术 提 出以下要求 泥饼黏滞 系数控制在 0 ． 1 0以下 ，确 保钻井液具有好的润滑能力 ； 保持动塑 比不小 于 0 ． 6 P a J mP a S ，以提高悬浮携岩能力 ； 增强钻井液封堵 造壁能力 ， 同时降低滤失量 ， 改善泥饼质量 [ 1 ] 。因此 ， 研究并应用了弱凝胶 一 B O S W钻井液。 现场应用表明， 使用该钻井液能有效克服水平井携砂难、易形成岩屑 床的问题， 保证井眼清洁， 防止井下复杂事故的发生。 同时该体系在低剪切下的高黏弹特性还可减少钻井液 固相和液相对储层的损害 ，有利于储层保护 [ 6 ] 。 1 弱凝胶 ． B O S W 钻井液的研制 针对吐 哈油 田水平井 钻井 液技术难 点 ，研究 出 了弱凝胶剂 B C V I S 及辅助提切剂 B C ． B P G，以他们 为主剂 ，并通过选用 B OS W 超微加重剂 ，形成了适 合吐哈油田水平段 的弱凝胶钻井液体系。该钻井液体 系具有独特的流变性， 其动塑比高，低剪切黏度也很 高，在井壁附近极低的剪切状态下可形成高黏弹性区 域 ，此处的黏度高达 5 0 0 0 0 ～ 1 0 0 0 0 0 mP a S 。实验 表 明，在 0 _ 3 r ／ mi n的剪切速率下 ，该 钻井液的黏度 在 9 0 0 0 0 mP a S 以上 ，因此具有很好 的动态悬砂能 力 ； 在停止循环时，静切力恢复迅速 ，无时间依赖性 ， 因此钻井液也具有很好 的静态悬砂能力。 B C ． VI S是一种快速弱凝胶体系 ，与常规凝胶 的 形成机理不 同，它是利用聚合物之间的协同效应 ，而 不需加交联剂 ，形成的弱凝胶具有独特的流变性 ，且 成胶时间短，成胶温度要求低。对比评价了B C ． V I S 与 HV - C MC、P F VI S的性能 ，实验结果见 表 1 和表 2 。由表 1 和表 2可 以看出 ，3 种凝胶剂中 B C V I S的 成胶时间最短，仅有 2 mi n ，且用其处理 的盐水浆在 第一作者简介 马平平，2 0 1 2年获长江大学石油与天然气专业工程硕士学位，现主要从事钻井液、完井液及储层保护等 技术研究及现场服务。地址 新疆鄯善火车站镇吐哈油田工程技术研究院 ；邮政编码 8 3 8 2 0 2；电话 0 9 9 5 8 3 7 9 6 4 7； E - ma i l mp p 1 9 8 3 0 7 1 8 1 2 6 ．c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 l 卷 第 3 期 马平平等弱凝胶 B O S W钻井液在吐哈油田水平井的应用 2 5 1 2 0 oC 老化 1 6 h 后的低剪切黏度高达 9 4 5 6 0 m P a S ， 表明 B C VI S具有 良好 的抗温和抗盐性能。 表 1 不同凝胶剂的成胶性能实验 表 2 不同凝胶剂的抗温抗盐性能 实验 注 实验配方 1 0 ％Na C I 0 ． 2 5 ％无水碳酸钠 2 ％凝胶剂 ； 热滚条件为 1 2 0℃、1 6h 。 辅 助提切剂 BC ． B P G是 以有机黑 色油溶性胶 为 主要原料 ，然后加适量正电改性剂、正电保护剂 、稳 定剂以及阳离子表面活性剂和阳离子单体，在固定的 温度下进行反应最终得到的一种正电胶产品，该产品 不但具有良好的封堵作用，高温高压滤失性能可以达 到磺化沥青的效果，而且润滑效果良好 ，与 B C V I S 配合使用能提高体系的动塑比，明显提高携岩效果。 弱凝 胶 ． B OS W 钻 井液体 系用 B OS W 超 微加重 剂代替普通加重剂。B O S W超微加重剂属于纳米和 准纳米级粒子 D∞≤ 1 g m ，加重剂表面经过 改性 处理后 ，离子表面形成双电层 ，使粉体颗粒之间静 电 斥力得到增加，颗粒沉降趋势减弱。超微颗粒在溶液 中形成胶体 ， 具有明显的胶体特性，这些超微颗粒在 钻井液 中具有 良好的 自我分散性和悬浮性。 由于弱凝胶 ． B O S W 钻井液体系不加黏土，从而 避免了高分散黏土颗粒对储层的损害，可最大限度地 降低 固相对储层的伤害 ； 高的低剪切黏度可阻止 固、 液相侵人地层 ，避免冲蚀井壁 ； 低滤失量能控制污染 带的深度 ，保护储层。 2 弱凝胶 一 B OS W 钻井液的性能评价 根据吐哈油田提供的现场资料，确定在进入水平 段前使用的钻井液基本配方如下， 其常规性能见表 3 。 1 清水 0 ．2 ％ N a O H 0 ． 1 2 ％ N a z C O 3 0 ．2 ％Z N P ． 1 O． 5％ N aPAN 0． 2％ M V C M C2． 5％ D BFT一 20l 2 ％P S C l 1 ％S MT 0 ． 1 5 ％XY - 2 7 重晶石 表 3 水平段原用与优化后钻井液的常规性能 注 I 配方老化前高搅过程中极易起泡，泡沫微小，加 入消泡剂之后大约 2 0 mi n基本消泡，老化后底部有 1 ． 5 c m的 沉淀，且沉淀较紧实。 由表 3 可以看出， l 配方钻井液的切力较低， 初、 终切在老化前几乎为零 ，动塑比也较低 ，而滤失量基 本可满足设计要求。因此应在该体系中添加必要的处 理剂 ，以保证其携岩能力达到设计要求 。通过添加弱 凝胶剂 B C ． VI S及辅助提切剂 B C ． B P G，得到 的钻井 液基本配方如下 ，其常规性能见表 3 。 2 l 2 ％BC． BPG 0 ．5 ％B C 一 ⅥS 重晶石。 由表 3 可知，2 配方钻井液黏度、切力以及动塑 比性能均有明显改进，动塑比达到 0 ．8 3 3 P a ／ mP a S ，满 足水平井钻井技术要求。 针对吐哈油田水平井钻井对钻井液黏度和切力的 要求 ，在 2 配方的基础上将加重剂更换为 B OS W 超 微加重剂 ， 形成 3 配方 ， 其常规性能见表 3 。 可以看出， 3 配方钻井液 的黏度 、切力及动塑 比较 2 配方有 了 很大的改善 ，动塑 比达到了 0 ． 9 1 7 P a ／ mP a - S ，可满足 水平井钻井技术要求。 2 ． 1 抑制性 实验测得现场使用钻井液的泥页岩滚动回收率为 7 7 ．6 8 ％，弱凝胶 一 B O S W 钻井液的泥页岩滚动回收率 为 8 4 ． 8 4 ％，表 明弱凝 胶 一 BO S W 钻 井液具有 强 的抑 制泥页岩水化分散 的能力。 2 ． 2 触变性 对于常规水基钻井液，其在剪切作用下可由较黏 稠状态变为流动性较强 的状态，而剪切作用消失后 ， 要滞后一段时间才恢复到原来状态。这是由于絮凝网 络经剪切破坏后 ，重新形成网络需要一定时间。这就 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 铝井液与 完井液 2 0 1 4年 5月 要求钻井液具有 良好的触变性 ，在钻井液停止循环时 切力能够较快增大到某个适 当的数值 ，既有利于岩屑 和加重物质的悬浮，又不至于静止后开泵泵压过高， 避免过大的液柱压力导致压力激动 ，具有空间网架结 构恢复时间较短而最终切力也较小的特点 ，即通常所 说 的 “ 较快 的弱凝胶”[ 6 - 8 ] 。 为评价钻井液 的触变性 ，将上述 3种配方钻井液 在 6 0 0 r ／ mi n高速搅拌稳定之后 ，分别测其静止 1 0 S 、 0 mi n、 20 mi n 30 mi n 40 mi n 5 0 m i n 6 0 m i n 后的静切力 ，结果如图 1 所示。由图 1 可 以看 出，现 场使用的原配方钻井液 1 以及优化后的配方基本 上均属于较快的弱凝胶体系， 但是原配方钻井液的初、 终切较小，悬浮和携带岩屑的能力难以满足现场水平 井钻井的需求，而优化后的 2 种配方 2 、3 的切 力值较为合适，即使静止 1 h 以后的切力值也无较大 的变化 ，表明在钻井过程 中静止一段时间以后开泵时 也不会造成较大的激动压力 ； 同时 1 0 S 、1 0 mi n的切 力值也较为合理，有利于悬浮岩屑。 e t l mi n 图 1 现场原使用钻井液与弱凝胶钻井液的触变性 2 ． 3 储层保护性能 为了检验钻井液的储层保护效果 ，使用 J H MD 2 型岩心动态污染损害评价装置进行了渗透率恢复值评 价实验。实验岩心取 自吐哈油 田岩吉 3 0 1 井 ，埋深为 4 2 5 4 4 2 5 7 r n ，实验结果见表 4 。 表 4 现场原使用钻井液与弱凝胶钻井液的渗透率恢复值 实验结果表明，现场原用配方的岩心渗透率恢复 值为 6 3 ．6 ％，而弱凝胶钻井液的岩心渗透率恢复值有 较大的提高，增至 8 6 ％以上，尤其是将加重剂更换 为 B O S W 超微加重剂之后的钻井液渗透率恢复值在 9 0 ％ 以上 ，表 明弱凝胶 一 B OS W 钻井液具有显著的储 层保护效果。 2 ． 4 润 滑性 实验测得弱凝胶 一 B OS W 钻井液 的泥饼黏滞系数 为 0 ． 0 4 ，较现场使用体系的泥饼黏滞系数 O ．0 8 有 较大幅度的下降，表明该体系具有良好的润滑性，能 够预防压差卡钻和钻头泥包的发生。 3 现 场应 用 3 ． 1 马5 7 1 -1 井 马 5 7 H井是 位于三塘湖盆地 马朗凹陷马 中构造 带上 的一 口预探井 ，井型为水平井 ，该井完钻斜深为 2 8 6 2 ． 4 1 m。马 5 7 H井造斜段使用的是 ME G钻井液 。 在进入水平段钻进时 ，主要通过对 ME G钻井液进行 改造 ，转化 为弱凝胶钻井液体 系。马 5 7 H井 的井浆 在转化前后的性能见表 5 。 表 5 马 5 7 H井转化前后井浆的-陛能 由表 5可 以看 出，马 5 7 H井井浆在转化前 动塑 比较小 ，用弱凝胶转化后体 系的动塑比达到 1 ． 0 5 P a ／ m P a S ，满足了水平井钻井技术要求，同时可以看出， 转化后体系具有 良好的流变性。 马 5 7 H井 水平 井 段 不 同井 深处 的钻井 液 性 能 见 表 6 。 由表 6可 以看 出，弱凝胶钻 井液 在马 5 7 H 井 水平 段 的现 场使 用效 果 良好 。该 井 完钻 斜 深为 2 8 6 2 ． 4 1 m， 钻井周期为 3 8 ． 2 5 d ， 建井周期为 4 4 ． 6 7 d ， 平均机械钻速为 5 ． 5 1 m／ h 。该井全井从一开至完钻 ， 起下钻 、短拉 、下套管固井等施工均顺利进行 ； 定 向、 水平段钻进中摩阻小，仅为 2 ～8 t ，定向钻进无拖压 现象，且钻井周期短，平均机械钻速高于邻井，井眼 规则。弱凝胶钻井液体系携砂能力强 ，保证 了长水平 段钻井 的施工。 3 ． 2 马5 6 6 1-1 和马5 8 1 1 井 马 5 6 ． 6 H井是位于三塘湖盆地马朗凹陷马中构造 带上的一口开发井，井型为水平井，该井造斜段使用 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 1 卷 第 3 期 马平平等弱凝胶． B O S W井液在吐哈油田水平井的应用 2 7 的是 ME G钻井液体系，在进入水平段钻进时，转化 为弱凝胶钻井液体系。马 5 6 ． 6 H井完钻斜深为 3 1 3 5 r n ，钻井周期为 5 8 ． 5 4 d ，建井周期为 6 3 ． 7 d ，平均机 械钻速为 4 ．2 4 5 m ／ h 。弱凝胶钻井液体系携砂能力强， 应用效果良好，保证了该井 8 1 5 r n长水平段的顺利施 工 ，施工无复杂 。 表 6 马 5 7 H井水平段钻井液性能 注 钻井液密度为 1 ． 1 9 eC c m ，泥饼厚度为 O ． 5 mm。 马 5 8 H井是位 于三塘湖盆地马朗 凹陷马 中构造 带上的一 口预探井，井型为水平井，该井造斜段使 用的是 ME G钻井液体系，在进入水平段钻进时将 ME G钻 井 液改 造为 弱凝胶 钻井 液。马 5 8 H井 完钻 斜深为 3 0 7 9 m，钻井周期为 5 2 ．9 2 d ，建井周期为 5 7 ． 2 7 d ，平均机械钻速为 6 ． 2 2 m／ h 。该井全井从一开 至完钻 ， 起下钻 、 短拉 、 下套管 固井等施工均J l l 1] 进行。 定向、水平段钻进中摩阻小 ， 按照设计安全、高效地 完成 了钻探任务 。弱凝胶钻井液体系携砂能力强 ，保 证了长水平段钻井的施工。弱凝胶体 系在该井 7 1 7 I n 长水平段J l 1] 施工 ， 应用效果 良好 ， 长水平段无复杂 ， 下套管 、固井均一次成功。 4 结论 1 ． 该弱凝胶钻井液 的岩屑携带能力强 ，能保证井 眼清洁 ，减少岩屑床的形成 ，改善定向钻进 时的拖压 现象，有利于提高机械钻速。 2 ． 与原用的水平段钻井液相比，该体系具有更强 的页岩抑制性，有利于防止水平段伊蒙混层含量较高 的泥页地层 的水化膨胀 ，保证井眼规则 。 3 ． 由于 B OS W 超微加重剂具有 良好的返排效果 ， 加重剂更换为 B OS W 超微加重剂之后 的渗透率恢复 值可以达到 9 0 ％以上， 表明采用 B O S W 加重技术有 利于降低钻井液对储层的污染程度 ，对储层具有更好 的保护效果。 4 ． 由于 B OS W 超 微加重 剂粒 径较小 ，易悬 浮 ， 减少了水平段岩屑床 的形成 ，同时由于加重剂颗粒较 小，形成的井壁薄而致密，提高了造壁功能，在水平 井 的施工 中具有广阔的应用前景。 参 考 文 献 [ 1 ] 蔡利山，林永学，王文立 ． 大位移井钻井液技术综述 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ，2 7 3 1 ． 1 3 ． Ca i Li s h a n，Li n Yo n g x u e ，W a n g W e n l i ． Re v i e w o f t h e d r i l l i n g fl u i d s f o r e x t e n d e d r e a c h we l l [ J ] ．Dr l l i n g F l u i d＆ Co mp l e t i o nFl u i d，2 0 1 0，2 7 31 ． 1 3 ． [ 2 ]2 张斌 ，杜小勇，杨进 ，等 ． 无固相弱凝胶钻井液技术 [ J 】 _ 钻井液与完井液 ，2 0 0 5 ，2 2 5 3 5 ． 3 7 ． Zh a n g Bi n， Du Xi a o y o n g， Ya n g J i n， e t a 1 ． S o l i d f r e e we a k g e l l i n g d r i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y [ J ] ． Dr 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 0 5 ，2 2 5 3 5 - 3 7 ． [ 3 ] 王小石，孙俊 ，周华安 ，等 ． 南堡 1 - 8大斜度大位移井钻 井液技术探讨 [ J 1 ． 钻采工艺，2 0 1 0 ，3 3 1 1 7 ． 1 9 ． W a n g Xi a o s h i ， S u n J u n，Z h o u Hu a a n，e t a 1 ． Re s e a r c h o n d r i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y i n we l l NP1 - 8 [ Dr l l i n g＆ Pr o d u c t i o n T e c h n o l o g y，2 0 1 0，3 311 7 1 9 ． [ 4 ] 张宁，武红卫，宋玉宽，等 ． 大位移延伸钻井液关键技 术探讨 [ J ] _ 钻井液与完井液，2 0 0 2 ，1 9 1 1 1 - 1 3 ． Zh a n g Ni n g， W u H o n g we i ， So n g Yu k u a n， e t a 1 ． Ke y t e c h n o l o g i e s o n d r i l l i n g fl u i d f o r e x t e n d e d r e a c h [ 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 0 2 ，1 9 1 1 1 - 1 3 ． [ 5 ] Ca me r o n C． Dr i l l i n g fl u i d d e s i g n a n d ma n a g e me n t for e x t e n d e d r e a c h d r i l l i n g [ J ] ． S P E 7 2 2 9 0 ． [ 6 】 范山鹰，向兴金，岳前声 ． 无固相弱凝钻井液体系的室 内试验研究 [ J ] ． 江汉石油学院院报， 2 0 0 4 ， 2 6 1 6 9 ． 7 0 ． F a n g S h a n Yi n g，Xi a n g Xi n g J i n，Yu e Qi a n s h e n g ． La b o r a t o r i a l s t ud y o f a s o l i d - f r e e we a k ge l l e d d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． J o u r n a l o fJ i a n g h a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e ，2 0 0 4 ， 2 6 1 6 9 ． 7 0 ． 收稿 日期2 0 1 4 ． 2 ． 2 6 ；HG F 1 4 0 3 C 4 ；编辑付碉颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m