三塘湖地区弱凝胶钻井液技术研究与应用.pdf

石油天然 气学报 江汉石油学院学报2 0 1 4 年 1 1 月 第 3 6 卷 第 1 1 期 J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I N o v ． 2 0 1 4 V o 1 ． 3 6 N o ． 1 1 三塘 湖地 区弱凝胶 钻井液技术研 究与应 用 王广财 曾翔宇 高应祥 杨荣奎 ， 中石油吐哈油田分公司工程技术研究院 ，新疆 鄯善 8 3 8 2 0 2 中石油吐哈油田分公 司开发部 ，新疆 鄯善 8 3 8 2 0 2 中石油吐哈油田分公 司勘探公 司，新疆 鄯善 8 3 8 2 0 2 蒙有朋 ，刘禧元 中石油吐哈油田 分公司 工程技术研究 院， 新疆鄯善8 3 8 2 0 2 [ 摘要]吐哈盆地三塘湖油 田马 朗凹陷长水平段水平井钻 井过 程 中，复杂 事故频 出，井壁 稳定性差 、环空 悬砂携砂和 井眼清洁能力差等问题 突出。针 对该地 层钻 井复 杂事故 ，开展 弱凝 胶钻 井液 技术研 究，通 过 室 内评价试验 ，该钻 井液体 系具 有 良好 的流 变性能、抗温 能力、抗污 染能力和 润滑性 能。现场 应用结 果 表 明，弱凝胶钻 井液解决 了该 区块 的储层保 护和 井壁稳定 问题， 与邻 井相 比，机械 钻速 提高 了 3 2 ． 5 6 ， 平 均建 井周 期 缩 短 了 3 1 ． 7 9 。 [ 关键词]弱凝胶钻井液 ；储层保护 ；井壁稳定 ；长水平段水平井 [ 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 4 l 1 0 1 4 6一 o 5 马 5 8 H 井位于吐哈油田三塘湖盆地马朗凹陷马中构造带二叠系条湖组的一 口水平预探井 ，设计井 深 3 2 2 6 ． 7 9 m，钻井 目的是进 行致 密油水 平井 组矿 场试 验 ，攻 关致 密 油水 平 井 组 大 型体 积压 裂技 术 、裂 缝监测技术等 ，以实现致密油的高效开发动用 。该区块水平段 的地层 中伊一 蒙混层含量较高 ，且混层 比 也相对较高 ，表明其很容易发生水化 ，导致井壁失稳[ 1 ] 。同时在水平井钻井施工中静态悬砂和动态携砂 也 是需 要克 服 的一个 难点 问题 。针对 该 问题 ，开展 了适 合该 区块 的弱凝 胶钻 井液 技术 研究 与应 用 ， 目的 在于加强储层保护 ，提高勘探开发效率。 1 弱凝胶钻井液体 系技术特点与作用机理 1 ． 1技 术特 点 弱凝胶 钻 井液体 系具 有 自身独 特 的流变性 ，动塑 比高 、低剪 黏度 高 ，尤 其在 近井 壁 附近极 低剪 切状 态下 可形成 高 黏弹性 区域 ，其 黏 度 高 达 5 ～ 1 0 1 0 mP aS 在 0 ． 3 r ／ rai n的剪 切 速 率 下 ，黏 度 达 8 1 0 mP a s 以上 ，具 有很好 的动态悬 砂 能力口 ；静切 力恢 复迅 速 ，无 时间依 赖 性 ，具有 很 好 的静 态 悬砂 能力 ；能 有效 克服水 平井 或 大斜度 井段 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 _ 3 ] 。同时该体 系 在低剪 切 状 态 下 的 高黏 弹特 性 还 可减 少 钻 井 液 中 固相 和液 相 对储 层 的损 害 ，有利 于储 层保 护[ 4 ] 。 由于 该体 系不 加黏土 ，从 而避 免 了高 分散 黏 土 颗粒 对 储 层 的损 害 ，最 大 限度 地 降低 固相对 储层 的伤 害 。 1 ． 2作 用机 理 弱凝胶钻井液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 ，不加交联剂 ，成 胶温度和成胶时间要求低 ，所形成的弱凝胶具有独特的流变性 ，具体表现在①低浓度溶液具有高黏度 的特 性 ，是一 种高 效增 稠剂 。②具 有 良好 的 抗剪 切 性 假 塑性 ，在 静 态 或低 剪切 作 用 下 具 有 高黏 度 ， 在高剪切作用下表现为黏度下降 ，但分子结构不变。当剪切作用消失后黏度恢复正常【_ 6 ] 。 [ 收稿日期]2 O l 40 21 5 [ 作者简介]王广财 1 9 8 5一 ，男 ，2 0 0 6 年大学毕业 ，硕士 ，工程师 ，现主要从 事钻完井液技术研究及现场技术服务 工作。 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 第 3 6 卷第 1 1期 王广财 等 三塘湖地 区弱凝胶钻 井液 技术研究与应用 2 室 内研究 2 ． 1 体 系组 成 根据三塘湖油田储层特点及水平井钻井施工工艺对钻井液的技术要求，通过室内试验形成了弱凝胶 钻井液体系 ，其基本配方如下 清水 0 ． 1 5 p H 调 节 剂 0 ． 1 纯 碱 0 ． 2 抑制 剂 0 ． 5 降滤 失 剂 lO ． 2 增 黏 剂 2 ． 5 防塌 剂O ． 5 弱凝胶主剂2 弱凝胶辅剂 配方中百分数均为质量分数 ，下同 。 2 ． 2体 系性 能评 价 2 ． 2 ． 1 流 变性试 验 测试该体系在 1 2 0℃下滚动 1 6 h前后的流变性、常温中压失水和高温高压失水等常规性能 ，试验数 据见 表 1 。 表 1 流 变 性 试 验 数 据 注 1 为表观黏度 ； p为塑性 黏度； T d 为动切力 ； R a p 为动塑 比； N 6、 N 3分别为六速旋转黏度计 6 、3 r ／ mi n对应的读值； VA P I 为 AP I 滤失量 ； Vh t h 。为高温高压滤失量 。下 同。 注 2 热滚条件为 1 2 0 ℃ 1 6 h ；高温高压条件为 1 2 O ℃ 3 ． 5 MP a 。下同 。 可 以看 出 ，弱凝 胶钻 井液 体系 在热 滚 前 后 ，动 塑 比变 化 不 大 ，静 切 力 随 时 间 变 化 不 大 ，触 变 性 良 好 ；在 高温 下流 变性 表现 稳定 ，表 观黏 度小 ，特 别适 合 于水平 井 和大斜 度井 的悬 浮携砂 。 2 ． 2 ． 2抑 制性 试验 为评价该体系的抑制效果 ，对弱凝胶钻井液体系进行 了页岩膨胀性试验评价和泥页岩滚动 回收率试 验 评价 ，试 验 称 取 吐 哈 油 田果 平 1 C井 3 6 7 7 ～ 3 6 8 2 m、吉 4 H 井 4 2 1 5 ～ 4 2 2 8 m、火 8 0 3 H 井 4 2 6 0 ～ 4 2 6 6 m． 以及柯 3 3 P井 4 1 3 0 4 1 2 6 m混合岩屑粉。 1 泥 页岩 膨胀 试验采 用测 定岩 样线 性膨 胀百 分 数 膨胀 率 或 岩 样 吸水 量 来 表示 地 层 的 膨胀 性 能 。利 用 NP 一 0 1 型 页岩膨 胀 测试 仪 测 定 抑 制 剂对 抑 制 页岩 膨 胀 的能 力 。图 1为 清 水 、原 钻 井 液 体 系 、 弱凝胶钻井液体系的页岩膨胀率对 比图，可 以看 出，弱凝胶钻井液体系抑制性最好。 2 泥 页岩 滚 动 回收 试验通 过评 价泥 页岩 的分 散 特性 ，研 究 钻 井液 抑 制 地层 分 散 能 力 的强 弱 。图 2为清水 、原钻井液体系、弱凝胶钻井液体系的泥页岩滚动 回收率对 比图，可以看 出，清水的岩屑滚动 回收率 为 3 7 ． 8 6 ，原 钻井 液体 系 的岩 屑滚动 回收率 为 7 9 ． 1 2 ，弱凝 胶 钻 井液 体 系 的 岩 屑滚 动 回 收率 为 8 5 ． 2 4 ，由此可知，弱凝胶体系具备 良好的页岩抑制性 。 2 ． 2 ． 3抗 温性 能评 价 一 将弱凝胶钻井液配方在不同温度下恒温滚动 1 6 h后 ，评价其抗温效果 ，如表 2 所示 ，弱凝胶钻井液 体系在不同温度下流变性 和滤失性未发生突变 ，经老化后黏度下降，但变化不大，滤失量变化不大 ，具 有优 良、稳 定 的抗 温性 能 。 表 2抗温性试验数据 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 0 1 4年 l 1 月 ● 褂 餐 蛰 l 皇 熙 1 O O 8 0 蓬 6 0 褂 回4 0 2 0 0 清水 原钻井液 弱凝胶钻升液 清 水 原钻升 液 弱凝胶 钻井 液 图 1 泥页岩膨 胀试 验数 据图 图 2 泥 页岩滚动 回收 率试 验数 据图 2 ． 2 ． 4抗污 染能 力评 价 将 弱凝 胶钻井 液 配方添 加质 量分数 1 0 的 Na C 1 后 ，恒温 滚 动 1 6 h后 ，评 价其 抗 污染 效果 ，如 表 3 所 示 ，经 1 2 0 C、1 6 h老 化前后 的流变性 和滤 失性 未发 生突 变 ，具 有较 强抗 污染 能力 。 表 3抗污染效 果试验数 据 2 ． 2 ． 5 渗透 率恢 复试 验 为 了检验 弱凝 胶钻 井液 体 系 的储 层 保 护 效 果 ，使 用 J HMD- 2型 岩 心 动 态 污染 损 害 评 价 试 验 装 置 ， 进 行 了岩心 污染评 价试 验 。试 验 岩心使 用现 场 吉 3 0 1 井 岩 样 井深 4 2 5 4 ～ 4 2 5 7 m 。 图 3为弱 凝 胶 钻 井 液体系的岩心渗透率恢复试验数据 ，可 以看出，基浆的岩心渗透率恢复值为 7 2 ． 9 2 ，而加入弱凝胶 剂 的岩心渗透率恢复值较基浆有较大的提高 ，增至 9 0 9 ／ 6 以上，说明该钻井液具有显著的储层保护效果。 2 ． 2 ． 6润滑 性能 评价 水平 井钻 井泥 饼黏滞 性 和润 滑性是 表示井 内钻杆柱 沿 泥皮表 面移 动或 滑动 时的摩 擦 阻力 。用黏 附 系 数仪 测定 失水 量试 验后 的滤饼 黏 附 阻力 黏 滞 因数 ，用 来 预 测 泥浆 压 差 ，衡 量 各 种 泥 浆 的润 滑 性 能 。 图 4为 吐哈 油 田常用 钻井 液体 系 泥饼黏 滞 因数 对 比图 ，可 以看 出 ，弱凝 胶 钻井液 体 系的泥 饼黏 滞 因数 低 于聚磺钻井液 ，同 ME G钻井液体系黏滞因数相当，完全可以满足水平井钻井需求。 赣 函 嫠 德 巷 熙 基浆 弱凝胶 聚磺钻井液 M E G 钻井液 弱凝胶钻井液 图 3岩心渗透率恢复试验数据 图 4 常用钻井液体系泥饼黏滞因数对比 ∞ 踟 ∞ ∞ 0 0／ 0 ／ 瓣 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 第 3 6卷第 1 1期 王广财 等 三塘湖地 区弱凝胶钻井 液技 术研 究与应用 3 现场应用 3 ． 1 工 程概 况 弱凝胶钻井液技术在马 5 8 H井等 4口井进行了矿场试验。马 5 8 H井是位于吐哈盆地三塘湖油 田马 朗凹陷马中构造带上 的一 口预探井 ，井 型为水平井 。该井 3 7 5 mm 钻头钻至 3 0 2 m，下入 2 7 3 ． 1 mm 套管 ； 2 1 5 ． 9 mm钻头钻至 3 0 7 9 m完钻 ， 1 3 9 ． 7 mm套管下深 3 0 7 6 ． 1 3 m。该井造斜点为 1 9 7 5 ． 0 0 m， 井深 2 2 7 5 m转化为弱凝胶钻井液体 系，转化前后钻井液性能如表 4所示。定向段 、水平段钻井周期分 别为 1 1 ． 4 2 d和 1 3 ． 1 3 d ，定向段 、水平段长分别为 3 0 0 m 和 8 0 4 m，电测 、下套管和固井顺利 ，没有出现 任何 井 下复 杂情 况 。 表 4弱凝胶钻井液转换前后性能 注 p为密度 ； 为漏斗黏度 ； 。 为固相体积分数 。下同 。 3 ． 2配制 与维护 工 艺 1 转换 前 清洗 地面所 有 循环 系统 ，保 证清 洁 。 2 配制 新浆 ，并 充分 剪 切和搅 拌 均匀 ，待 钻井 液性 能达 到设 计要 求方 可开 钻 。 3 钻进过程 中及时补充增黏剂 、降滤失剂和抑制剂，将所需加入 的处理剂按照适当 比例配成胶液 以细水 长流 的方 式补 充维 护钻 井液 ，避 免钻 井 液性 能波 动过 大 。 4 调整好钻井液黏度和动、静切力，动塑比在 0 ． 7 5 P a ／ mP as 以上 ，保证钻井液具有 良好的 悬 浮能 力 和携岩 能力 ，防止形 成岩 屑床 。 5 严格控制钻井液滤失量，提高滤饼的致密柔韧性和抗承压能力 。 6 用 p H值调节剂维持钻井液的 p H值在 8 ． 5 ～9 ． 5之间，进一步提高钻井液的稳定性。 7 配合工程措施 ，及 时进行短起下钻 ，修复井 眼，防止岩屑床的形成 ，保证井眼畅通 ，开泵操作 要平 稳 ，防止压 力激 动而 造成 井漏 。 ’ 8 合理使用好四级固控设备 ，有效除去有害固相，以 “ 净化保优化” 。 3 ． 3应 用效 果 马 5 8 H 井 在 2 2 7 5 3 0 7 9 m 井段 应 用弱凝 胶 钻井 液体 系 ，应用 井段 性能 良好 表 5 ，漏 斗黏度 为 9 O ～ 9 8 s ，动 塑 比基本 保持 在 O ． 8 0 P a ／ mP a s 以上 ，既有 良好 的抑 制 和封 堵 防塌 能力 ，又具 有 良好 的 携带 能 力 ，全井 起下 钻 畅通无 阻 ，水平 段历 时 1 3 ． 1 3 d顺 利完 钻 。 表 5 马 5 8 H井应用 井段钻 井液性 能表 P f ／ gc m一 。 ／ s ／ mP a s R N N∞ mP as 一 1 p H值 黏滞 ‘ 因数／ l 0 ．8 1 0 ．8 6 0 ．8 6 0 ． 8 3 0 ．8 0 0 ． 8 4 0 ．8 8 0 ．8 5 p L O 0 6 0 2 2 4 4 一 m 工一6 6 8 6 6 6 6 6 3 3 3 3 3 3 3 3 ∞ 加 加 加 ；；l 1 深 m 一 ∞ 伯 井 一 ∞ ∞ 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 0 1 4 年 1 1 月 马 5 8 H井等 4口试验井与邻井马 5 0 P井综合指标相 比 表 6 ，机械钻速提高 3 2 ． 5 6 ，建井周期 缩短了 3 1 ． 7 9 ，提高了钻井综合效益 ；投产初期平均产量均高于邻井 ，可见该体系具有 良好 的储 层保 护效 果 。 表 6 试验 井与邻 井综合 指标数据对 比 4 结论与认识 1 弱凝胶钻井液体系具有 良好 的流变性能，动塑 比为 o ． 8 O P a ／ mP a s 以上 ，便于携岩 ，能有 效 克服水 平井 段易 形成 岩屑 床 的问题 。 2 弱凝胶钻井液体系具有 良好的抑制性能和封堵性能 ，应用井段无复杂 、无事故。 3 弱凝 胶钻井 液体 系具 有 良好的抗 温性 、抗 盐性 和润 滑性 能 ，钻 井液 黏滞 因数 小于 o ． 0 5 。 4 弱凝 胶钻井 液体 系具 有 良好 的储 层 保 护效 果 ，渗 透 率 恢 复值 提 高 了 1 7 ． 5 6 。因此 ，使 用 该 体 系 更有利 于 阻止滤 液 和无 效 固相侵 入储 层 ，增 强储 层保 护 的效果 。 5 现场应用证 明，弱凝胶钻井液体系能完全满足吐哈油田长水平段水平井钻井需要 ，具有很强的 推 广应用 价值 。 [ 参考文献] [ 1 ]陈煦 ．倪连斌 ．兰塘湖盆地马朗凹陷芦草沟组储层 特征及裂缝分布规律 [ J ]．石油地质 ，2 0 0 7 ，1 9 2 1 5 ～ 1 9 ． [ 2 ]马超，赵林，李再均 ，等 ．新型无固相弱凝 胶钻井液体 系研究与应用 口]，石油天然气学报 江汉石油学 院学报 ，2 0 0 9 ，3 1 3 2 4 6 ～ 2 5 0． [ 3 ]王荐 ，张荣 ，聂明顺 ，等 ．HRD弱凝胶钻井完井液研究与应用 [ J ]． 钻 井液与完井液 ，2 0 0 8 ，2 5 6 6 ～7 ． [ 4 ]向朝纲，蒲晓林 ，冯宗伟 ．抗高温环保型弱凝胶钻井液 [ J ]．钻井液与完井液 ，2 0 1 2 ，2 9 2 l 5 ～1 7 ． [ 5 ]叶艳，鄢捷年 ，王书琪 ，等 ．无固相弱凝胶 钻井 液配方 优化及在 塔里木油 田的应用[ J ]．钻井液与 完井液 ，2 0 0 7 ，2 4 6 1 1 ～ 1 2 ． [ 6 ]范山鹰 ，向兴金 ，岳前声 ．无 固相弱凝胶钻井液体 系的室 内试验研究 [ J ]．江汉石油学院学报，2 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