生物聚醇盐钻井液体系的研究与应用.pdf

第 3 1 卷 第 5期 2 0 1 4年9月 钻井液与 完 井 液 DRI LL I NG F L UI D ＆ COM P LE T1 0N F L UI D Vo 1 ． 3 1 NO ． 5 Se p t ．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 5 ． 0 0 2 生物聚醇盐钻井液体系的研究与应用 徐厚英， 吴军康 ， 孙睿 ， 解宇宁 辽河油田公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦 徐厚英等 ． 生物聚醇盐钻井液体系的研究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 5 6 - 9 ． 摘要 辽河油田坳陷西部凹陷南部沙三段含有丰富的油气资源，但储层属于低孔特低渗致密砂岩油气藏，同时该 层也是钻井事故易发井段。经过综合分析，优选出一种生物聚醇盐钻井液体系，并进行 了室内实验研究。生物聚醇盐 取 自工业废料，由淀粉多元醇的重成分经过改性而成，主要成分是聚合多元醇和 聚 乳酸钠等，具有强吸附、强抑制 的特点，有利于井壁的长期稳定，还具有较好的润滑性能、一定的黏度和密度，其单剂密度可以达到 1 ．3 8 g ／ c m ，抗 温达 1 6 0℃，其加量为4 0 ％～5 0 ％ 时体系中膨润土含量只有常规钻井液的 1 0 ％～3 5 ％，可以用于配制低固相或无固相 钻井液。通过实验评价，生物聚醇盐钻井液的岩心 9 0 mi n吸水量为4 ． 7 7 g ，渗透率恢复值在 8 4 ． 9 ％ 以上，并表现出很 好的抗污染性能。在雷 1 l 块雷2 7 6井和双 6 0 2南块双2 3 3井的三开沙三段进行了现场试验，顺利完井并有很好的油 气显示，表明该钻 井液有效地解决 了辽河 油田致 密砂岩储层损害 、井壁不稳定 的问 题。 关键词 钻井完井液 ；防止地层损害 ； 致密砂岩 ； 生物聚醇盐 ； 井壁稳定 ； 抑制性 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 5 ． 0 0 0 6 ． 0 4 在油气井钻探过程中，低渗透致密储层的损害普 遍存在 ，有时甚至相当严重 ，从而极大地制约了致密 砂岩油气勘探开发技术水平的提高，同时也容易发生 井壁失稳等井下安全事故 It -3 ] o辽河油田坳陷西部凹 陷南部沙三段含有丰富的油气资源，但该储层属于低 孔特低渗致密砂岩油气藏，同时该层也是钻井事故易 发井段。针对该区地层复杂的特点，为进一步提高钻 井液体系在保护油气层、 确保井下安全等方面的性能， 经过综合分析，优选出一种对致密砂岩储层有强抑制 和低污染特性的生物聚醇盐钻井液体系，并在雷 1 l 块雷 2 7 ． 6井和双 6 0 2南块双 2 3 3井进行 了现场试验。 1 地质特点及钻井难点分析 辽河油田致密砂岩油气藏主要分布在西部凹陷南 部沙三段 E s ，包括双台子、清水一鸳鸯沟构造。 沙三段储层埋深较深，一般在 3 8 0 0 4 8 0 0 m之间， 甚至更深，储层平均孑 L 隙度小于 1 0 ％，平均渗透率 小于 l X 1 0 。g m ，储层孑 L 喉细小，渗流能力极低， 储层返排能力差，为典型的低孔特低渗砂岩储层。该 区储层以细砂岩、粉细砂岩和粉砂质泥岩为主，而且 黏土矿物含量相对较高，其中最高值超过 3 0 ％，储 层敏感性偏强且易发生水锁损害。前期在钻井过程中 沙三段井壁不稳定引起井壁坍塌， 造成严重划眼，使 井径扩大，并引发卡钻、电测遇阻等问题。 该区使用的钻井完井液体系没有针对致密砂岩储 层特点采取有效的储层保护技术和井壁稳定技术，普 遍存在高密度、 高黏度特点， 且抗温、 抗盐、 抗污染、 储层保护能力差，不能很好地抑制地层黏土的膨胀和 分散，而且润滑性和失水性能不理想，这也是辽河油 田深井勘探开发要亟待解决的一大难题 。针对钻井过 程中易发生井下事故及储层污染等问题 ，要求钻井完 井液必须具有较好的防塌、防卡能力，可以满足 “ 低 伤害”的要求，且达到 1 6 0 的抗高温能力。因此研 制 出了一种商眭能生物聚醇盐钻井液体系。 2 生物 聚醇盐 的作 用机理 [4 - 1 1 ] 生物聚醇盐 L R I D是淀粉多元醇的重成分经 过改性形成的高性能水基钻井液页岩抑制剂，其主要 基金项目 中国国土资源部矿产资源节约与综合利用示范工程 “ 辽河坳陷致密砂岩油气经济有效勘探开发” 2 0 1 1 1 6 1 o 第一作者简介 徐厚英，毕业于中国石油大学 华东 油气井工程专业，现主要从事钻井液完井液体系开发 、油气层保护 等方面的研究。地址 辽宁盘锦市惠宾街 9 1号 ； 邮政编码 1 2 4 0 1 0；电话 1 8 7 0 4 2 4 2 0 2 2； E - ma i l 3 2 4 8 0 2 6 9 l q q ．corn 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 1 卷 第5 期 徐厚英等生物聚醇盐钻井液体系的研究与应用 7 成分是聚合多元醇和 聚 乳酸钠等。当温度低于浊 点时， 聚合多元醇处于溶解状态， 而温度高于浊点时， 会从溶液中析出乳状液滴 ，一部分乳状液滴在井内压 差作用下挤入井壁孔隙或裂缝起 到封堵作用 ，能有效 阻止黏土吸收水分的趋势和外来颗粒侵入油气层，不 但稳定了井壁，而且降低因为孔喉堵塞而导致的油气 层损害，并且在油气层孔喉处形成的 “ 暂堵颗粒”是 可变形的，在返排压力作用下可以顺利返排出来，从 而有利于油气层渗透率的恢复。另一部分则用 以包住 钻屑，防止其膨胀和分散而起到抑制的作用，并且抑 制作用还具有一定的长效性，防止地层流体段塞对地 层孔隙的冲刷而影响抑制性能 ，保证 了钻井液在井筒 内存放一段时间后的抑制效果。 生物聚醇盐 L R ／ D本身具有较好 的润滑性能。 L R I D可以大幅度降低钻具与井壁及套管之间的摩擦 力 ，减 小钻具 的旋转扭矩 和起 下钻阻力。生物聚醇 盐 L R I D本身具有一定的黏度和密度，其中的有 机盐会与黏土发生作用而起到一定的增黏效果，可以 减少膨润土的含量并且减少了与储层的不配伍带来的 伤害。生物聚醇盐 L R I D 单剂的密度可以达到 1 ． 3 8 g ／ c m ，相同密度情况下降低了加重剂的质量分数， 减少了固相进入储层，从而减少由于膨胀、堵塞对储 层的伤害。另外生物聚醇盐 L R I D可以降低钻井 液滤液活度，阻止水分子向泥页岩渗透，从而起到稳 定井眼作用。 生物 聚醇盐 L R I D钻井液体 系中的生物 聚醇 盐含量为 4 0 ％ 5 0 ％时，体系中膨润土含量只有常 规钻井液的 l 0 ％～3 5 ％，同时发现 L R I D可以极大提 高钻井液的抗高温能力，可以使钻井液在高温深井中 保持较好的流型和较强的结构性 ， 保证钻屑的悬浮和 携带能力。同时该剂可以在低固相或无固相钻井液体 系中应用。 3 生物 聚醇盐性能评价 3 ． 1 岩屑回收率实验 通过做岩屑 回收率实验对生物聚醇盐溶液的抑制 性进行评价，岩屑取 自 双南区块沙三段的钻屑，实验 结果见表 l 。由表 1 可知，3 ％ L R I D溶液具有较高的 岩屑回收率，特别是二次回收率较高，甚至与常用的 泥页岩抑制剂聚醚多元醇 S Y P ． 1 和腐植酸钾 K Hm 相当，表明其具有 良好的抑制页岩水化分散作用。 3 ％KHm、3 ％S YP 一 1溶液 和 3 ％ 生物 聚醇盐 L R I D 溶液 中岩屑相对完整 ，几乎没有变化 ，可见 L R I D在 泥页岩上的吸附非常牢固，具有强吸附、强抑制的特 点 ，有利 于钻井过程 中的井壁稳定 。 表 1 生物聚醇盐 L R I D 与其他几种抑制剂抑制性的对比 抑制剂 岩屑回收率 一 次 二次 3 ． 2 生物聚醇盐溶液基本性能 不 同浓 度生物 聚醇盐 L R I D溶 液 的导 电性 、 密度和黏度评价结果见表 2 。5 0 ％生物聚醇盐 L R I D 溶液在 1 6 0 c I 二 热滚不同时间后 的性能见表 3 。 表 2 不同浓度生物聚醇盐 L R I D 溶液性能对比 表 3 5 0 ％生物聚醇盐溶液在 1 6 0 o C 热滚不同时间后的性能 由表 2和表 3可 知，生物 聚醇盐 L R I D加量 为 5 0 ％ 时 ，水 溶液 的密 度在 1 ． 2 0 c I T l 3 以上 ，电阻 率为 0 ． 8 4 Q m，满足完井测井需要，水溶液自身具 有一定黏度，可以减少钻井液中提黏剂的用量，满足 配制低固相或无固相钻井液体系的基本要求 ； 生物 聚醇盐 L R I D溶液在 1 6 0℃高温热滚后密度不变 ， 电阻率可满足测井要求，黏度有一定降低，但后期基 本稳定，具有较好的抗高温稳定性。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 钻井液与 完 井 液 2 0 1 4年 9月 通过室内实验，优选出的生物聚醇盐钻井液体系 配方如下。对该钻井液体系的性能进行了评价。 O ． 2 ％I ND1 0 0 ． 2 ％XC 2 ％Re d u 1 1 ％KH． 9 3 l 2 ％ NF A一 2 5 3 ％复 配 暂堵 剂 3 ％J L X 0 ． 4 ％HR AD 0 ． 4 ％ 聚胺 5 0 ％生物聚醇盐 L R I D 4 生物聚醇盐钻井液性能评价 4 ． 1 岩心浸泡实验 按 照 S Y ／ T 6 3 3 5 --1 9 9 7中的黏土块制备 方法， 将 1 0 0 g 粒径为 0 ．0 4 4 mrn的二级膨润土与 1 5 m L蒸 馏水混拌均匀，装入样品压制器内，加 5 MP a 的压 力预压 3 mi n ，然后取下 垫板 和衬纸缓慢 加压至 1 5 MP a ， 稳压 1 mi n ， 然后取出所压制 的样 品， 经过烘干 、 称重后 放人不 同的钻井液中。静置 9 0 mi n后取出样 品，把表面冲洗干净 、吸干表面 的液体后称重 ，对 比 前后 2 次样品质量的变化，最后将样品再放人各 自钻 井液中2 4 h 后再观察样品的变化，结果见表 4 。 表 4 岩心在不同钻井液中的吸水量及浸泡实验 钻井液 9 0 mi n 吸水量儋 2 4 h后样品状态 从表 4可以看出，被聚磺钻井液 、有机硅钻井液 浸泡过的黏土块外形有明显的变化， 说明他们对黏土 的抑制性较其他钻井液稍差 ； 聚硅氟钻井液、K C 1 聚 合物钻井液进行实验时，样 品的吸水量较小 ，说明这 2 种钻井液有一定的抑制黏土膨胀能力 ； 在生物聚醇 盐钻井液中浸泡的黏土块，样品的吸水量很小，说明 水只有极少量运移，钻井液稳定泥页岩效果很好。对 比岩屑回收率实验可以进一步说明，生物聚醇盐钻井 液具有较好的抑制性 ，有利于井壁的长期稳定 。 4 ． 2 抗污染实验 把地层水、钻屑、水泥 3 种污染物以一定的浓度 梯度加入到生物聚醇盐 L R I D钻井液 中，以评价 其抗污染能力，实验结果见表 5 。由表 5 可知，生物 聚醇盐 L R I D 钻井液在高温和污染后性能比较稳定， 黏度、动切力及滤失量变化不大，具有良好的抗高温 和抗污染能力 ，可以满足现场钻井施工的需要 。 表 5 生物聚醇盐钻井液的抗高温及抗污染能力 注 ， z H r H P 的测定温度为 1 5 0 o C。 4 ． 3 油气层保护效果评价 实验利 用 D W-Ⅱ高 温高压动态污染 评价 系统 ， 选取了4 种不同渗透率的岩心， 按照石油行业标准“ 钻 井液完井液损害油层评价方法实验程序” ，测定经生 物聚醇盐钻井液污染后岩心的渗透率恢复值 ，实验结 果见表 6 。由表 6 可知，岩心渗透率恢复值均在 8 4 ． 9 ％ 以上，可见形成的屏蔽环可充分阻挡钻井液中的 固相颗粒和滤液进入油气层，说明生物聚醇盐钻井液 可以满足“ 低伤害” 的要求， 具有较好的储层保护效果。 表 6 生物聚醇盐钻井液的储层保护效果 注 实验条件为 1 2 0℃、2MP a ，围压为 3 MP a ，钻井液 反向污染时间为 O ． 5 h 。 5 现场应 用试验 为了验证生物聚醇盐钻井液体系的现场使用情 况，以便进一步完善体系性能，在雷 2 7 6 井三开井 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第5 期 徐厚英等生物聚醇盐钻井液体系的研究与应用 9 段沙三段 1 3 7 5 ～2 2 2 0 m 进行 了先导性现场试验 ， 使用井段满足了润滑防卡、储层保护、安全钻井、测 井 、录井等要求，已经达到该井为了完善雷 1 1 块莲 花储层注采井 区、 提高水驱储量动用程度的钻井 目的。 双 2 3 3 井是中石油集团公司布置在辽河坳陷西部 凹陷的一口风险探井，属于国土资源部项目辽河坳陷 致密砂岩气藏高效勘探开发示范工程试验井。该井钻 探 目的为落实双 6 0 2南块沙三段 E s 3 砂体的含油 气情况。针对该层段钻井过程中易污染、易垮塌造成 阻卡问题，开展了储层损害和井壁不稳定因素分析研 究 ， 并在双 2 3 3井三开井段 中应用生物聚醇盐钻井液 。 双 2 3 3井 从 井 深 3 5 8 9 ． 7 9 m 开 始 进 行 三 开 钻 进 ，钻进到井深 4 1 2 9 m，顺利完井并有很好 的油气 显示。该井最大井斜为 3 2 ．7 。 ，水平位移为 1 5 3 0 IT I ， 钻进 中随着井深、井斜、位移的增加，加入 P A C、 X C或 8 0 A ． 5 1 使钻井液保持较好的流型和较强的结 构性，补充 S L N P 、S MP ．I I 或 K H ． 9 3 1 等改善滤饼 质量和屏蔽暂堵剂加强井壁的稳定性及提高储层保 护能力，加大生物聚醇盐的用量并控制膨润土含量 O ． 8 ％～2 ． 8 ％ ，钻 井液 密度 由 1 ． 2 8 g ／ c m3 逐 步提 高 至 1 ． 3 9 g ／ c r n ，漏斗黏度维持在 4 6 s 到 7 7 s ，为该井 成功钻探提供了必要条件。 6 结论 1 ． 生物 聚醇盐钻井液对 泥页岩具有很强 的抑 制 性 ，同时还具有较好 的抗高温和抗污染稳定性 ，在减 少井下复杂情况等方面的效果显著。 2 ． 生物聚醇盐钻井液可降低表面张力，有效控制 固相及液相损害，岩心渗透率恢复值较高， 具有储层 保护效果好 的特点 ，并在双 2 3 3井取得了较好的应用 效果 ，可以满足勘探开发的需要 。 [ 2 】 [ 3 】 参 考 文 献 王建华， 鄢捷年， 丁彤伟 ． 高性能水基钻井液研究进展 [ J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 0 1 7 1 ． 7 7 ． W a n g J i a n h ua ， Ya n J i e n i a n， Di n g t o n g we i ． p r o g r e s s e s i n t h e r e s e a r c h e s o n h i g h p e r f o r ma n c e wa t e r b a s e mu d s [ J ] ． Dr 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 0 7 ．2 4 0 1 7 1 7 7 ． 张克勤， 何纶 ， 安淑芳， 等 ． 国外高性能水基钻井液介绍 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 o 3 6 8 ． 7 3 ． Z h a n g Ke q i n ，HeLu n ，An S h u f a n g ，e t a 1 ．S o n g f a n g fit a n i n t r o d u c t i o nt ot h e h i}g h p e r f o r ma n c e w a t e r b a s e mu d s a b r o a d [ 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 7 0 3 6 8 - 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b a s e d p o l y g l y c o l d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g T e c h n i q u e s ，2 0 0 9 ，3 7 0 6 2 6 3 0 ． [ 1 1 ]赵长新，张长花，李建 ．甲酸盐及有机盐钻井液基液的 润滑性 [ J ] ． 钻井液与完井液 ． 2 0 1 2 ，2 9 0 2 2 7 ． 2 9 ． Zh a o Ch a n g x i n，Zh a ng Cha n g h ua ， Li J i a n． S t ud y o n l u b r i c a t i n g p e r f o r ma n c e o f f o rm a t e a n d o r g a n i c s a l t dr i l l i n g fl u i d [ 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 2 2 2 7 - 2 9 ． 收稿 日期2 0 1 4 ． 0 5 ． 1 8 ；H GF 1 4 0 5 C 6 ；编辑马倩芸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m