胜北地区油基泡沫欠平衡钻井技术研究和应用.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 5年 1月 出版 胜北地 区油基泡沫欠平衡钻 井技术研究和应用术 孙宏亮 罗琚z 杨帆 秦娜4 姚明伟 高翔吴 1 ． 中国石油吐哈油田公 司勘探公司2 ． 中国石油集团西部钻探吐哈录井公司3 ． 中国石油吐哈 油田公 司都善采油厂 4 ． 中国石油集团西部钻探吐哈钻井公司 5 ． 中国石 油吐哈油 田公 司吐鲁番采油厂 摘要吐哈油 田胜北区块处于断背斜构造带 ， 砂 泥岩 夹层多 ， 钻进过程 中易发生井漏 、 井涌 、 气侵等复杂情 况 ． 且区块 资料分析证实该储层 属于敏感性地层。常规水基钻井液在水敏性地层 易造成泥页岩水化膨胀， 在钻井过 程 中易造成井壁坍塌 、 引起储层污染 等情况 。 为解决这些 问题 ， 针对该 区块喀拉扎组油气层 ， 分析了区域地质资料 、 钻井技术难 点 ， 论述了开展油基泡沫钻井液技术研究 的必要性 ， 通过区域地层特 征分析 、 岩 心实验 等 ， 对 油基泡沫 钻井液欠平衡钻井技术在本 区块实施的可行性进行了论证 。 在胜北地 区采用该技术 ， 并通过井身结构优化 、 钻井参 数优选 ． 减少了井下复杂情况 ， 最大程度地发现和保护了油气层 。 胜北3 ～ 3 3 井等井采用油基泡沫欠平衡钻井和割缝 管完井技术取得了明显效果。图2表4参l l 关键 词 胜北区块欠平衡钻井油基泡沫钻井液储层保护 1 胜北地区钻 井液研 究的必要性 吐哈油 田胜北区块位于吐哈盆地台北凹陷胜北 洼陷腹地 ， 属断背斜构造 ， 储层主要集 中在 白垩系连 木沁组油藏和侏罗系喀拉扎组气藏 ，区块岩心分析 资料表明 ， 储集层属低孔 、 低渗储层 n ] 。对于胜北构 造 目标层段异常低压系统 ，常规钻井作业不利于低 压低渗油气藏的勘探发现 ， 且对储层污染大 ， 致使油 井产量低 、 后期改造作业量大[ 2 - 3 1 ， 储层保护成为很 棘手的问题 ， 从近年钻井情况看 ， 常规钻井作业易出 现井漏 、 井涌等复杂情况 ， 导致钻井周期长 ， 钻井成 本和安全风险增加 ， 并直接影响油气产量。 胜北地区钻井难点主要有以下几方面 1 易发生井漏 该区块地质条件复杂 ， 属断背斜构造 ， 喀拉扎组 上部以棕色 、 浅棕红 色、 棕褐色泥岩为主 ． 下部为棕 色、 浅棕色砂泥岩互层。然而互夹地层易破碎 ， 加之 裂缝发育好 ， 承压能力低 ， 常规钻井往往钻井液密度 较大 ， 更易导致井漏现象的发生 。 2 易发生气侵 由于该区块侏罗系喀拉扎组储层为气层 ，钻井 过程中若井筒静止时间过长 ，在起下钻过程中易发 生气侵 ， 甚至井涌 。 一般处理方法为提高钻井液密度 压井 ， 这样又会加大油气层的污染。 3 油气层污染严重 胜北区块侏罗系喀拉扎组气藏为低孔 、低渗透 裂缝性气藏 ， 常规钻井作业多运用过平衡钻井方式 ， 钻井液密度远远高于地层压力系数 ，导致井筒内压 力远大于地层压力 ， 一旦钻遇孔隙或裂缝 ， 钻井液会 沿裂缝直接进入地层 ， 从而对储层造成伤害[ 1 l l 】 。并 且钻井液若与地层 中的流体不配伍 ， 也会 引起乳化 、 结垢堵塞等现象 ， 对储层造成不同程度的伤害 ， 致使 油井产量低 、 后期改造效果不佳 ， 且不利于低压低渗 储层的勘探发现。 胜北地 区常用的钻井液有常规淡水钻井液 、 常 规泡沫钻井液 、 充气液体欠平衡钻井液等 ， 而这些钻 井液大多是以水相为连续介质 ， 由于基液密度高 ， 钻 井液密度的降低程度受客观条件的限制 ，特别是在 一 些低压深井地区，钻井液稳定性会受到较大的影 响 ，而且在水敏性强的低压储层容易造成泥页岩水 化膨 胀 ，在油 层段使 用 水基泡 沫钻 井液 易造 成储 层 损 害 ， 从而 限制 了这 些技 术 的应用 。 在胜北洼陷 白垩系和侏 罗系喀拉扎组地层 ， 采 用常规钻井液钻进的井 ， 除少数几 口井获得产能外 ， 大部分解释有油气层的井经试油均未获得工业油气 流。 因此， 需要寻找一种能够解决该区块钻井和储层 基金项 目 国家科技重大专项 2 0 l 1 z x O 5 0 0 1 一 o 0 2 0 0 4 “ 岩性地 层油气藏成藏规律 、关键技术及 目标评价 ” ； 中国石油天然气 股份公司“ 新 疆大庆 ” 重大科技专项 2 0 1 2 E 一 3 4 一 o 4 “ 中小型叠合盆地石油地质条件整体 评价及勘探技术研究， ， 资助项 目 。 作者简介孙 宏亮 ， 男， 1 9 8 5 - ff - 出生， 内蒙古赤峰 人 ，2 O 1 1 毕业于年长江大学矿产普查与勘探专业 ，硕士研 究生， 中国石油吐哈 油田勘探 公 司工程 师 ；现 主要 从 事石 油勘 探部 署与地 质研 究工作 。地址 8 3 8 2 0 2 新 疆吐鲁 番地 区鄯 善 火车站镇吐哈 油 田勘探 公 司工作 室 。 电 话 1 3 2 3 9 7 3 3 0 5 1 。E ma i l s h l k t p e t r o c h i n a ．c o m． c n 68 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 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 - _ _ _ 匝 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 5 年 1 月 出 版 2 ． 3 储 层敏 感性 分析 胜北地区储层黏土矿物主要成分为伊利石 、 伊 蒙混层 、 高岭石、 绿泥石。白垩系储层黏土矿物分析 表明 ，储层黏土矿物 中伊蒙混层质量分数最高 ， 达 7 0 ％以上； 其次为绿泥石 ， 含量质量分数为1 8 ． 4 ％； 伊 利石含量质量分数为 l 1 ． 6 ％；伊蒙混层 中蒙脱石 的 体积分数高达8 0 ％以上 。胜北地 区上侏罗系喀拉扎 组储层黏土矿物中伊蒙混层质量分数最高 ，平均达 5 1 ％以上 ； 其次为伊利石 ， 质量分数为3 4 ％。从岩石 薄片和扫描 电镜观察 ， 伊／ 蒙混层呈丝发状分布于颗 粒表面。 储层中质量分数较高的伊， 蒙混层和伊利石 均属膨胀性黏土 ， 是造成储层敏感的主要矿物 ， 容易 引起较强的水敏。 而根据区块岩心敏感性评价结果表明 ，区块储 层存在较强的水敏伤害 ，其中自垩系储层岩心敏感 性评价室验结果为强水敏 ，上侏罗系喀拉扎组储层 岩心敏感性实验评价结果为水敏 中等一极强 、速敏 中等、 酸敏弱 表2 。 表2胜北油 田岩芯敏感性评价结果表 在钻遇该类储层时 ，外来流体侵入后极易造成 储层微粒分散运移 ， 引起黏土膨胀和运移堵塞 ， 使得 渗透率降低而影响后期投产效果 ，给钻井液提出了 极大的挑战[ 1 O - l 1 ] 。因此 。 在钻井液的选择上要求钻井 液具有良好 的防水敏性 ， 且能满足区块增产的需要。 3油基泡沫钻 井液研究 使用油基泡沫钻井液的目的就是在钻井液中混 入原油并发泡 ， 以降低钻井液当量密度 ， 减少储层水 敏伤害及水锁效应 ， 最大限度保护低压储层 ， 同时能 够 解决 泥 页岩 井壁失 稳 、 井 眼缩 径 、 润滑 性差 等一 系 列 问题 。 在实际应用到现场之前 ， 在室内做了相应的 钻井液性能评价实验。 3 ． 1 发 泡效 果评 价 采用高抗油发泡剂在不 同油水比条件下测试发 泡效果 。 实验 中使用的基液体积为3 0 0 mL ， 发泡剂加 量为0 ． 7 ％， 搅拌速度1 2 0 0 0 r ／ ra i n ． 搅拌时间5 ra i n 研 究发现 ， 随油水比升高 ， 发泡体积逐渐减少 ， 但半衰 期逐渐延长。随后测试出油水比7 3 条件下 ， 基液密 度为0 ． 9 0 g ／ e m ． 发泡体积最高可达5 2 0 m L， 泡沫 密 度最低可降至0 ． 3 3 g ／ c m ， 可 同时满足高发泡效果和 低密度的的性能要求 表3 。 表3高抗油发泡剂在不 同油水比下发泡效 果 7 O 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 8卷第 1 期 天 然 气 勘 探 与 开 发 3 _ 2稳泡 效果 评 价 要取得好的稳泡效果关键在于如何延长泡沫的 半衰期和稳定时间 ，一般来说泡沫具有较长的半衰 期 大T3 o mi n 、 具有较长的稳定时间 大于3 6 h 便 能满足稳泡性能指标。油溶性聚合物能提高液相黏 度，而非极性有机物则以提高液膜表面黏度和强度 的方式来增加稳泡效果 。实验表 明 图2 ， 用油溶性 聚合物和非极性有机物有效提高了泡沫半衰期和稳 定时 间 。 稳泡荆加量 ／ ％ 稳泡剂加 量／ ％ a ． 使用油溶性 聚合物 b ． 使用非极性有机物 图2 油溶性聚合物和非极性有机物对 泡沫稳定性影 响对 比 3 ． 3钻 井液性 能 评价 高抗油微泡沫钻井液与常规水基泡沫钻井液相 比， 具有以下几个优点 ①高抗油微泡沫钻井液基液密 度和泡沫密度更低 ，泡沫密度最低可达0 ． 3 5 g ／ e m ． 滤失量明显低于水基泡沫钻井液 ，动力黏度 5 6 ～ 6 2 mP a s 测试条件为温度6 0℃， 压力1 4 MP a ， 转速 6 0 r ／ m i n ， 满足井下携岩要求； ②高抗油微泡沫钻井 液页岩膨胀率低于1 0 ％．一次滚动回收率和二次滚 动回收率分别在9 0 ％和8 0 ％以上 ，抑制性能比水基 泡沫钻井液有较大幅度的提高； ③高抗油微泡沫钻 井液对低渗透率和高渗透率岩心的渗透率恢复率均 大于8 5 ％， 能够有效减少对水敏性储层的伤害 ， 尽可 能减少低渗储层的水锁效应 ，对储层具有 比较理想 的保护效果 表4 。 表 4储 层 保 护 效 果 评 价 对 比 通过研 究与实验 ，最终形成了良好的可循环油 基 泡沫钻井液配方 ，其性能特 点为 泡沫密度在 0 ． 4 1 ． 0 g／ e ra 之 间可调 泡沫半衰期 8 h， 稳定时 间 1 2 0 h ； 滤饼黏滞系数 9 2 ％， 保护储层效果好。该体系钻井 液具有密度低 ， 可循环 ， 可避免水敏 、 水锁 、 固相污染 等特点 ， 钻进 中可全方位保护储层和提高开发效果 ， 具有以下技术优势 ①及时保护和发现油气层， 提高 对储层的认识程度 ；②减少和阻止泥岩因缩径引起 的水化膨胀及坍塌 引起 的水化剥落 ③欠平衡钻井 提速效果明显 ， 增储上产效果显著 ； ④可循环油基泡 沫钻井液技术拓展了欠平衡钻井 的实现方式 ，扩展 了 欠平衡钻井应用领域 。 4现场应用及效果 为了落实 、评价胜北区块侏罗系喀拉扎组气藏 规模 、 加深气藏认识 ， 提高产能 ， 并验证其对于水敏 、 速敏储层的储层保护效果 ，将油基泡沫欠平衡钻井 技术在吐哈盆地胜北区块胜北1 9 井 、 胜北3 2 井 、 胜 1“ 1 3 “ 3 3 井等多 口井上进行了现场试验 。 4 ． 1 优 化 实施方 案 可循环油基泡沫钻井液技术的实施还需要相应 的钻井配套技术 ，对欠平衡钻井实施方案进行了优 化 。 1 优化井身结构 井身结构由常规钻井的二开设计优化为三开钻 井 ， 一开采用常规钻井钻至井深4 0 0 m， 二开采用常 规钻井钻至 目的层顶部 具体深度由实钻精细地层 对比而定 ， 三开采用油基泡沫钻井液欠平衡钻井钻 至完钻井深 为减少地层出水对 油气产量的影响， 完 钻井深一般要确保在已知油水界面之上 ，主要是最 大限度的发现和保护油气层 ， 增加油气产量。 2 优化钻井液性能 通过室内实验并结合现场条件 ，形成了高抗油 微泡沫钻井液体系配方和现场施工工艺 ，对可循环 -71 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 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 5 年 1 月出版 油基泡沫钻井液配方进行了持续优化 ，进一步提高 泡沫的稳定性 。 采用高抗油微泡沫钻井液 ， 与常规水 基泡沫钻井液相比 ， 基液密度和泡沫密度更低 ， 最低 可 达 0 ． 3 5 g ／ e ra ，滤 失量 明显 小 于 水基 泡 沫钻 井 液 ， 动力黏度满足井下携岩要求。 3 优化完井投产方式 采用割缝管悬挂完井，通过气举诱喷后可直接 生产 ， 避免因使用油管射孔造成的储层二次伤害。 4 ． 2应 用效 果 在胜北地区多口探井和开发井进行了可循环油 基泡沫钻井液技术现场应用 ，成功实现了欠平衡钻 井， 均获得 自喷高产 ， 取得了显著的开发效果。其中 胜北 1 9 井在进行欠平衡钻进 时 ，井底 当量密度在 0 ．7 5 g ／ e m 3 ．右． 井底动态欠压差值始终保持在2 ． 8 M P a 左右 ， 有效实现了欠平衡钻井技术工艺。 油基泡沫欠 平衡钻完井过程 中合理设计完井方式 。做到完钻后 直接投产， 减少了工程因素带来的储层污染 ， 加快 了 投产速度 ； 储层保护效果显著 。 采用油基泡沫欠平衡 钻井技术所钻的井，在欠平衡钻进测试中均能点火 成功 ， 说明该区块喀拉扎组确有可观的天然气储量。 针对油基微泡钻井液欠平衡钻井技术的应用效 果 ， 对胜北区块产能效果进行了对比。 前期胜北区块 采用常规钻井液钻井技术的统计有1 4 口井，实施压 裂改造6 井次 ， 其中针对白垩系油层压裂改造3 井次， J 3 k 气藏酸化5 井次 ， 压裂改造 1 井 次 ， 平均单井 13产 油2 ． 4 4 m ， 日产气0 ． 3 8 x 1 0 m ， 日产水4 ． 5 8 m 。 ， 存在 压后单井产量偏低的问题 。使用油基泡沫钻井液技 术之后 ， 区块内统计6 V I 井， 平均单井 日产油1 3 ． 5 7 m ， ． 日产气1 ． 7 1 0 m 。与前面统计的采用常规钻井液钻 井技术的井相比，使用油基泡沫钻井液技术之后的 井平均单井 日增油 1 ． 1 3 m 。 日增气 1 ． 3 2 1 0 4 m 3 增产 效果较明显。 由于采取合理的完钻井深和完井方式 ， 投产 层位 于证 实 的油水 界面 之上 ，大 大降 低了 含水 率 ， 平 均单 井 日产 水仅 为0 ． 7 3 m 3 。 另外 ，在 台北 凹陷 西部 玉果 区块使 用 油基 微泡 钻井液试验了一口井 ，果8 0 7 井属于典型的低压 、 低 孔 、 低 渗 、 强 水 敏 性 储 层 ， 该 井 三 开 储 层 段 3 5 8 0 ～ 4 0 5 0 m 用高抗油微泡沫钻井液钻进 ， 地面密度维持 在0 ． 8 5 g ／ c m ， 投产后 日产 油8 ． 1 6 m。 ， 而在本 区块相 同开 采层段统计的其它5 口使用常规水基钻井液钻 进的井平均 日产油仅为3 ． 1 m ， 5结论 与 认 识 1 胜北地区储层黏土矿物分析和岩心敏感性 评价结果表明 ， 胜北地区储层有较强的水敏性 ， 存在 7 2 速敏 、 酸敏。 2 通过油基泡沫钻井液的室内实验和现场应 用试验研究， 对发泡效果和稳泡效果进行了评价 ， 形 成了适合本 区块钻井 的可循环 油基泡沫钻井 液体 系 ．并在应用过程中不断优化 。该钻井液具有密度 低 、 润滑性好 、 可循环 ， 可避免水敏 、 水锁 、 固相污染 等优点。 3 采用油基泡沫液相欠平衡钻进 ， 使得发泡后 环空钻井液当量密度能够达到 目标值 ，有效降低了 井筒内液柱压力， 确保井底建立负压差。 与使用常规 钻井液钻井相比，采用油基泡沫钻井液欠平衡技术 并实施欠平衡钻井配套技术钻井可提高单井产能 ， 证明可以改善水敏储层的污染问题 ， 起到了发现 、 保 护油 气层 的 目的 。 4 可循 环油基 泡 沫钻井 液在 胜北 地 区的成 功 应用 ， 不仅为开发低压 、 低孔 、 强水敏储层积累了宝 贵经验 ，也为台北凹陷西部类似油气藏的开发方式 提供了参考 ， 如可在神泉 、 恰勒坎等区块尝试使用该 技 术 。 参 考文 献 1 袁明生 ， 梁世君． 吐哈盆地 油气地质 与勘探 实践【 M 】 ． 北京 石 油 工 业 出 版 社 ． 2 00 2 ． 2 高成军 ， 张立 春 ， 张 带丽． 欠平衡钻 井技术 的应 用与认 识 I J 】 ． 断块油气 田， 2 0 0 9 ， 1 6 5 8 7 ～ 9 0 ． 3 廖明光，蔡正旗． 吐哈胜北地区储层孔喉体积分布预测模 型的建立【 J j 西南石油学院学报 ， 2 0 0 0 ， 2 2 2 8 - 1 0 ． 4 F r a n k Z a mo r a S R。 En h a n c e d o i l - b a s e d f o a m d r i l l i n g fl u i d c o mp o s i t i o n s a n d me t h o d for ma k i n g a n d u s i n g s a me U S 2 0 1 0 0 0 0 0 7 9 5 【 P 1 ． 2 0 1 0 - - 0 1 - 0 7 ． 5 关富佳 ， 童伏松 ， 姚光庆． 泡沫钻井液研 究及其应用[ J 1 ． 钻 井液与完井液 ， 2 0 0 3 ， 2 0 6 5 4 5 6 ． 6 王桂全 ， 孙玉学 ， 李建新 ， 等． 微泡沫钻井液 的稳 定性研究 与应用[ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 6 7 5 7 8 ． 7 F r e d e r i c k B G r o wc o c k ． 水基 微 泡 钻 井 液 和 油 基 微 泡 钻 井 液 的应用[ J ] ． 国外油 1 t 3 2 程， 2 0 0 4 ， 2 0 1 2 4 2 7 ． 8谈心 ， 孙金声 ， 徐显 广 ， 等． 油基泡沫钻 井流体技 术研 究l J 1． 石 油 学报 ， 2 0 1 0， 3 1 5 8 2 9 8 3 3 ． 9张振华 ． 可循 环微 泡沫 钻井 液研 究及 应用 [ J ] _ 石 油学报 ， 2 0 0 4， 2 5 6 9 2 9 5 ． 1 0马丽 ， 倪文 学 ， 丁丰虎． 胜北构造 粘土矿物纵 向分布及演 变规律【 J ] ． 西安石油学 院学报 ， 2 0 0 0 ， 2 2 2 8 - 1 0 ． 1 1 蒋 祖国 ， 王义 才 ， 韩润 静． 注水 中伊／ 蒙 问层 矿物对 吐哈 油 田油层 伤害 的室 内研 究 『 J ] ． 新疆 石油地 质 ， 2 0 0 0 ， 2 1 4 3 04 - 3 0 6 ． 修改回稿 日期2 0 1 4 0 9 04编 辑景岷雪 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