胜利坨826区块裸眼内转化合成基钻井液技术.pdf

第 4 3 卷 第 6 期 2 0 1 5 年 1 1月 石 油 钻 探 技 术 PE TR LEUM DRI L LI NG TE CHNI QUE S Vol 。4 35 NO ．6 NO V．， 201 5 ． ． 钻 井完井 d o i 1 0 ． 1 1 9 1 1 ／ s y z t j s ． 2 0 1 5 0 6 0 0 6 胜利坨 8 2 6区块裸 眼 内转化合成基钻 井液技术 王金利，陈二丁，张海青， 刘学明， 李秀灵， 蔡 勇 中石化胜 利石油工程有 限公 司钻井工程技术公司 ， 山东东营 2 5 7 0 6 4 摘要 胜利 油田坨 8 2 6区块 油井在钻 至储层 时需将 井 内钻井液转化成合成 基钻井液 ， 以保 护储 层 ， 提 高油 井 产能。 由于井下安全的需要 ， 转化 成合 成基 钻井液时 需要 多下一 层技 术套 管， 从 而增加 了钻井成 本， 为此 ， 胜利 油 田进行了裸眼内转化合成基钻井液技术研究。在合成基钻井液基本配方基础上， 优化油基封堵材料 D F _ 1用量， 确 定 了封堵型合成基钻井液配方 ， 并与现 场施 工工 艺相 结合 ， 形成 了裸 眼 内转化合 成基钻 井液技 术。通过 可视 砂床 试验 和封堵能力测试 、 抗 污染试验及 滤饼破 坏试验 ， 对封堵 型合 成基 钻井液的封堵性 能、 抗 污染性能及其 对水基钻 井液滤饼的影响进行了评价。结果表明 封堵型合成基钻井液的承压能力大于 7 ． 5 MP a ； 钻屑、 井场水、 水基钻井 液和隔 离液侵入量达到 1 5 ． o H时， 该钻井液的流 变性和 电稳 定性符合设 计要 求； 可 以压 缩 已形成 的水基钻 井液 滤 饼 ， 使 滤饼 质量提 高。坨 8 2 6区块 3口井应用 了裸 眼 内转化合成 基钻 井液技 术， 均在裸 眼 内顺利 转化成封 堵型合 成基钻井液， 稳定了井壁， 保护 了储层。这表明， 在裸眼内转化合成基钻井液是可行的， 能够有效降低钻井成本。 关键词 裸 眼 合成基钻井液 钻 井液转化 钻 井液性 能 坨 8 2 6区块 胜 利油田 中图分类号 TE 2 5 4 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 5 0 6 0 0 2 9 0 6 Co nv e r s i o n Te c hn o l o g y o f S y n t h e t i c Ba s e d Dr i l l i ng Fl u i d i n Ope n Ho l e i n Bl o c k Tu o 8 2 6，S he n g l i Oi l f i e l d W a n g J i n l i ，Ch e n Er d i n g ，Z h a n g Ha i q i n g ， Dr i l l i n g En g i n e e r i n g a n d Te c h n o l o g y Co mp a n y， Li u Xu e mi ng，Li Xi u l i n g，Ca i Yo n g S i n o p e c S h e n g l i O i l f i e l d S e r v i c e C o r p o r a t i o n ， Do n g y i n g，Sh a n d o n g，2 5 7 0 6 4 ，C i n a Ab s t r a c t Du r i n g t h e d r i l l i n g o f Bl o c k Tu o 8 2 6 i n t h e S h e n g l i Oi l f i e l d ，s y n t h e t i c b a s e d d r i l l i n g f l u i d s h o u l d b e u s e d t o p r o t e c t t h e r e s e r v o i r ．b u t o n e mo r e t e c h n i c a l c a s i n g mu s t b e u s e d f o r d r i l l i n g f l u i d c o n v e r s i o n ．I n o r d e r t o a v o i d r u n n i n g a n o t h e r t e c h n i c a l c a s i n g a n d r e d u c e d r i l l i n g c o s t s ，t h e c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y o f s y n t h e t i c b a s e d d r i l l i n g flu i d i n o p e n h o l e wa s r e s e a r c h e d ．Ba s e d o n t h e b a s i c f o r mu l a o f s y n t h e t i c b a s e d d r i l l i n g f l u i d，a f o r mu l a o f p l u g g i n g s y n t h e t i c b a s e d d r i l l i n g f l u i d wa s d e t e r mi n e d b y o p t i mi z i n g t h e a mo u n t o f o i l b a s e d p l u g g i n g ma t e r i a l DF _ 1 ．An d c o mb i n e d wi t h f i e l d o p e r a t i o n t e c h n o l o g i e s ，t h e c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y o f s y n t h e t i c b a s e d d r i l l i n g f l u i d i n o p e n h o l e wa s d e v e l o p e d ．Ev a l u a t i o n wa s c o n d u c t e d o n t h e p l u g g i n g c a p a c i t y a n d a n t i c o n t a mi n a t i o n c a p a c i t y o f t h e p l u g g i n g s y n t h e t i c b a s e d d r i l l i n g f l u i d a n d i t s e f f e c t o n wa t e r b a s e d mu d c a k e b y me a n s o f v i s u a 1 s a n d b e d t e s t ，p l u g g i n g c a p a c i t y t e s t ，a n t i c o n t a mi n a t i o n t e s t a n d f i l t e r c a k e b r e a k i n g t e s t ．I t wa s s h o wn t h a t i t s p r e s s u r e b e a r i n g c a p a c i t y wa s o v e r 7 ． 5 MPa ． W h e n t h e i n v a s i o n a mo u n t o f t h e c u t t i n g s ，we l 1 s i t e wa t e r ，wa t e r b a s e d r i l l i n g f l u i d a n d s p a c e r f l u i d r e a c h e d 1 5 ，i t s r h e o l o g i c a l p r o p e r t y a n d e l e c t r i c a l s t a b i l i t y c o u l d a l s o me e t t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s ．An d t h i s s y s t e m c o u l d i mp r o v e t h e q u a l i t y o f t h e e x i s t i n g c a k e b y me a n s o f c o mp r e s s i o n ． Th e t e c h n o l o g y wa s s u c c e s s f u l l y a p p l i e d i n 3 we l l s i n B l o c k TU O 8 2 6 a n d t h e g o a l s o f we l l b o r e s t a b i l i t y a n d r e s e r v o i r p r o t e c t i o n we r e r e a l i z e d ．I t wa s s h o wn t h a t t h e c o n v e r s i o n o f s y n t h e t i c b a s e d d r i l l i n g f l u i d i n o p e n h o l e wa s f e a s i b l e ． Ba s e d o n t h i s t e c h n o l o g y，d r i l l i n g c o s t c o u l d b e r e d u c e d s i g n i f i c a n t l y ． Ke y wo r d s o p e n h o l e ；s y n t h e t i c b a s e d d r i l l i n g f l u i d；d r i l l i n g f l u i d c o n v e r s i o n ；d r i l l i n g f l u i d p e r f o r m a n c e ；B l o c k TU O 8 2 6 ；S h e n g l i Oi l f i e l d 胜利油田坨 8 2 6区块构造位于济 阳坳陷东营凹 陷北部陡坡带西段坨 8 2 6断块 ， 储层 为沙 3段上部 地层 ， 具有 强水 敏 的特点 ， 使用 水基 钻井 液钻 进 时易 导致黏土矿物水化膨胀而对储层造成伤害 ， 而使 油基钻井液钻进时容易造成稠油溶解而引起井壁 收稿 日期 2 0 1 5 0 2 2 4； 改回 日期 2 0 1 5 1 0 1 9 。 作者 简介 王金 利 1 9 8 2 ， 男， 山 东东营人 ， 2 0 0 5年毕 业于 山 东轻 工业学院化 学工程与工 艺专业 ， 2 0 0 8 年 获 中国石油 大学 华东 应用化 学专业硕 士学位 ， 工程师 ， 主要从事钻井液技 术研 究工作 。 联 系方式 5 1 3 4 8 2 3 6 9 q q ． c o r n 。 基金项 目 中国石化 集 团科 技攻 关项 目“ 合成基 钻井液 技术研 究” 编号 J P1 0 0 0 7 部分研究 内容。 用 坍 石 油 钻 探 技 术 塌或钻井液漏失 。合成基钻井液具有极 强的抑制 性， 可有效抑制泥岩水化及稠油溶解 ， 起到保护储层 的作用l 1 叫 ] 。为此 ， 胜利油 田坨 8 2 6区块油井在钻进 储层时将井 内钻井液转化为合成基钻井液 。 目前 ， 转化为合成基钻井液时需多下一层套管， 这会增加钻井成本 。为少下一层技术套管 ， 降低钻 井成本 ， 通过优选钻井液处理剂 ， 研制了封堵型合成 基钻井液 ， 结合现场施工工艺形成了裸 眼内转化合 成基钻井液技术 ， 并在胜利油 田坨 8 2 6区块 3口井 进行了成功应用 。 1 技术难点及对策 1 ． 1 技术难点 坨 8 2 6区块上部 的明化镇组 、 馆 陶组地层成岩 性差， 易坍塌脱落。沙 3段泥岩微裂缝、 层理发育 ， 极易发生坍塌掉块 ， 造成起下钻阻卡、 憋泵 ， 甚至造 成无法正常钻进 。沙 3段上 部 1砂 层组地 层具有 强水敏、 弱速敏 、 弱盐敏 、 弱碱敏及 弱酸敏 的特点 ， 使用水基钻井液钻 进时易造成 黏土矿物水化膨胀 而堵塞油流通道 ， 使用 油基钻 井液钻 进时容 易造 成稠油溶解而引起 井壁坍塌或钻井液漏失 。在裸 眼内转换 为合成基 钻井 液需解决 上部地层 的稳定 和裸眼井段对合成基钻井液 的污染等 问题 。 1 ． 2技术对 策 文献调研可知 ， 合成基钻井液具有优 良的抑制 防塌性能， 能满足该区块强水敏及稠油地层安全钻 进的需要[ 5 ] 。针对该区块裸眼 内转化钻井液时存 在的井壁失稳和封堵 防塌等问题 ， 可向合成基钻井 液中加入含有不同粒度的桥堵剂 、 可变形材料和填 充粒子的油基封堵材料D F 一 1 ， 从 而降低其滤失量 ， 增强合成基钻井液 的封堵性 能， 使其能够有效封堵 裂缝 ， 稳定井壁 。表 1 为油基封堵材料DF 一 1 的组成 和功 能 。 表 1 油基封堵材料 D F - 1的组成和功能 Ta bl e 1 Co mp o s i t i o n a nd f u nc t i o n o f o i l - ba s e pl u g gi n g ma t e 。 r i a l DF- l 现场施工中， 钻井液转 化前 ， 配制隔离液 ， 通井 保持井眼清洁； 转化后 ， 清除固相并及时调整转化工 艺 ， 从而可有效解决上部地层 的井壁失稳和裸眼井 段合成基钻井液污染等 问题 ， 并利用封堵型合成基 钻井液 良好的封堵性 ， 减少下部地层渗漏， 达到保护 油气层的 目的。 2 封堵型合成基钻井 液配方优化及性 能评价 2 ． 1 钻井液性能设计 合成基钻井液的基本 配方为合成基液3 ． 5 有机膨润土5 ． 0 乳化剂 1 ． 0 9 ／ 6 润湿剂 2 ． 0 j z - 1 2 0 ． 0 C a C1 。 2 ． 5 C a O。该合成基钻井 液 以气 制 油 为 合 成 基 液， 气 制 油 具 有 较 高 的 闪 点 1 2 5℃ 和苯胺点 8 5℃ 、 较低的凝点 一2 0℃ 和 运动黏度 2 3 mm。 ／ S ， 几乎不含芳香烃 ， 特别是其 运动黏度低 ， 适合作为合成基钻井液的基液[ f} ] 。 为满足钻井要求 ， 根据钻井液技术难点、 油藏特 点及合成基钻井液基本配方， 设计封堵型合成基钻 井液性能为 密度 1 ． O 5 ～1 ． 1 5 k g ／ I ， 漏斗黏度 5 0 -- 9 0 S ， 滤失量 2 ． 0 mI ， 滤饼厚度 0 ． 1 mm， 初切力 3 ～ 5 P a ， 终切力 4 ～1 5 P a ， 含砂量小于 0 ． 3 ， 塑性黏 度 2 0 5 0 mP aS ， 动切力 6 ～ l 5 P a ， 破 乳 电压大 于 4 0 0 V 2 ． 2 配方优化 2 ． 2 ． 1 DF - ]对钻井液常规性能的影响 根据钻井液性 能设计 ， 在基本 配方 基础 上加 入不 同量 的封 堵材 料 DF 一 1测定 其性 能 ， 结果 见 表 2 。 由表 2可以看出 D F] 对钻井液 的流变性和破 乳电压影响较小 ； 当其加量达到 l 0 ． 0 时， 黏度稍 有升高 ， 电稳定性基本无变化 ； 其加量 为 5 ． o 0／ 00 时 ， 老化前后滤失量均为 0 ， 表明其封堵性能良好 。 2 ． 2 ． 2 封 堵性 能评价 及 用量确 定 通过可视砂 床滤失试验 ， 评 价封堵 材料 D F 一 1 的封堵性能， 并确定其加量 。以粒径 4 0 6 0目砂粒 为砂床 ， 测量加入不 同量 D F 1 合成基钻井液 的侵 入深度和侵入率， 结果见表 3 。由表 3可看出， DF - I 具有 良好 的封堵性能， 当加量达到 7 时， 老化前后 的侵入深度均降至 0 ． 8 c m。 第 4 3卷第 6 期 王金利等． 胜利坨 8 2 6区块裸 眼 内转化合成基钻 井液技术 4 抗隔离液污染性能 。取坨 8 2 6区块 的井浆 加入增黏剂等配制成高黏隔离液 ， 进行合成基钻井 液抗隔离液污染性能评价 ， 结果见表 8 。高黏隔离 液的性能 密度 1 ． 1 5 k g ／ L， 漏斗黏度 1 5 0 S ， AP I 滤 失量 2 mL， 初 、 终切力 5 ／ 2 5 P a ， 含砂 0 ． 2 ， p H值 9 ， 塑性黏 度 4 4 mP aS ， 动切力 3 0 P a ， 固相含 量 8 ． 0 。由表 8可看 出， 随着 隔离液侵入量增大 ， 合 成基钻井液的黏度 、 切力逐渐升高， 电稳定性逐渐降 低 ， 但仍能够保持较高值 ， 因此必须控制隔离液的混 人量 ， 施工中尽量放掉混浆 。 表 8 合成基钻井液抗 隔离液污染性 能试 验结果 Ta bl e 8 Ant i s pa c e r flu i d c o nt a m i na t i o n e xp e r i me nt al r e s ul t s of s y nt h e t i c ba s e d d r i l l i ng flui d 隔离液加量 ， 表观黏度／ r a P a s 滤失量 ／ mI 滤饼厚度／ mm 静切力／ P a 塑性黏度／ mP as 动切力／ P a 破乳 电K／ v 0 5 ． 0 1 0 ． 0 1 5 ． 0 2 0 ． O 3 3 3 4 3 6 3 9 4 0 3 转化工艺及注意事项 3 ． 1 钻井液转化 1 水基钻井液完钻前调整合成基钻井液性能 ， 确保其有 良好 的剪切稀释性和悬浮携 岩能力 ， 防止 因黏度 、 切力过高造成混浆严重 。 2 钻井液转化前充分通井循环 ， 保证井眼清洁 通畅 。 3 清理循环罐 ， 保证罐 内无钻井液 、 无沉砂 、 无 积水 ， 以减少对合成基钻井液的污染 。 4 配制高黏隔离液 ， 搅拌均匀后备用 。 5 首先泵人配制好的隔离液， 然后 以最大排量 泵入合成基钻井液， 顶替过程中不能停泵 ， 减少其与 水基钻井液接触产生的混浆 。 6 观察隔离液和混浆的返 出情况 ， 当合成基钻 井液返 出地面 ， 及时建立正常循环 ， 以减少合成基钻 井液损失 ， 完成转化工作 。 3 ． 2 转化后性能维护 1 转化后 ， 及 时开启振动筛 和除砂器清 除固 相 ， 根据需要调整振动筛孔径 ， 防止跑浆 ， 尽量使 用 小孔径振动筛布 ； 根据井下情况及地层坍塌压力及 时调整钻井液密度 ， 同时补充适量润湿剂 。 2 钻进过程中， 根据钻井液性能变化情况补充 乳化剂等 ， 以提高钻井液的乳化稳定性 ， 确保破乳 电 压 不小 于 4 0 0 V。 3 钻进过程 中， 随着 固相侵入及 合成基液 消 耗 ， 钻井液黏度上升， 应根据钻井液性能补充合成基 液 ， 降低钻井液黏度 。 4 根据钻井液的消耗情况 ， 及 时补充合成基钻 井液 ， 确保有足够的循环量。 5 及时测定合成基钻井液性能， 根据其性能及 井下情况调整钻井液性能， 提高钻井液的携岩能力 ， 保证井眼清洁 。 6 进入水平段后 ， 根据需要补充封堵材料 ， 以 增强对微裂缝 的封堵 能力 ， 减少钻井液的渗透性滤 失 ， 提高井壁稳定性。 3 ． 3注意事项 1 钻井液转化为合成基钻井液后黏度升高， 电 稳定性降低。长裸眼井段形成的虚滤饼在起下钻时 剥落或附着在井壁上 ， 没有被及时携带至地面而混入 合成基钻井液 中， 由于虚滤饼含水量高且已水化松 软 ， 易分散， 使钻井液含水量和固相含量升高， 导致其 黏度升高， 电稳定性降低。在转化成合成基钻井液 后 ， 发现其黏度升高、 电稳定性降低时， 开启离心机、 除砂器清除固相； 补充合成基液、 乳化剂、 润湿剂、 降滤 失剂和氧化钙等， 降低钻井液黏度， 提高其电稳定性。 2 钻井后期钻井液黏度 、 密度升高 。由于水平 段钻速快及微裂缝渗透 ， 导致 固相含量升高 ， 含油量 降低 ， 钻井液 的黏度 、 密度迅速升高。在钻井后期 ， 发现钻井液 黏度、 密度升 高时， 尽量减小重 晶石加 量 ； 充分使用固控设备 ， 并根据需要开启离心机 ， 尽量 清除细分散固相 ； 及时补充封堵材料和降滤失剂 ， 以 增强钻井液对微裂缝的封堵能力 ， 减少钻井液消耗； 根据{ 生 能补充合成基液及润湿剂 ， 降低钻井液黏度。 4 现场应用 裸眼内转化合成基钻井液技术在坨 8 2 6区块坨 8 2 6 一 平 3 O 井 、 坨 8 2 6 一 平 3 1 井和坨 8 2 6 ～ 平 3 2井成功 5 6 O 5 7 7 5 3 1 O 4 4 4 4 4 O 5 O O 5 ■ ● ● ● ● 8 8 9 9 9 5 5 7 O 0 2 2 2 3 3 O O O O 5 ● ● ● ● ● 4 4 ． 4 ／／／／／ O O O 5 5 ● ● ● ● ● 3 3 3 3 3 l I l l l ● ■ ● ● ● O O O O O 石 油 钻 探 技 术 进行了应用 ， 由应用效果可看 出， 封堵型合成基钻井 液封堵性能优 良， 抑制性强 ， 能够保证裸眼井段井壁 稳定 ， 解决了该区块强水敏性地层水化和稠油油层 的井壁坍塌问题 ， 具有 良好的油气层保护效果 。 坨 8 2 6 一 平 3 O井完钻井深 1 7 8 0 ． 0 0 m， 完钻水 平位移 5 9 8 ． 8 3 1 “1 “1 ， 水平段长 2 0 1 ． 1 7 I T I 。采用水基 钻井液钻至井深 l 3 4 9 ． O 0 m转化成合成基钻井液。 转化前 ， 通井清洗井眼后根据转 化工艺进行转化 。 针对转化后上部地层污染导致合成基钻井液黏度升 高 、 电稳定性降低等问题， 及时开启离心机、 除砂器 清除固相 ， 补充合成基液 3 O m。 ； 同时加入乳化剂 、 润湿剂 、 降滤失剂等调整钻井液性能 。钻井后期根 据需要及时使用离心机 ， 补充封堵材料 和降滤失剂 等 ， 并根据维护方案调整钻井液性能。 水基钻井液转化成合成基钻井液后 ， 上部地层 稳定 ， 下部沙河街组地层未 出现坍塌掉块 。该井使 用合成 基钻 井 液钻 进井 段 平 均井 径 扩大 率 仅 为 3 ． 6 2 ， 低于使用常规钻井液钻进的相同井段 平均 井径 扩大 率 7 ． O 0 。 该区块应用水基钻井液钻进的目的层为沙 3 段 上部 的已完钻 井， 投产均 未形成 工业 油气 流。坨 8 2 6平 3 O井使用合成基钻井液完钻后 ， 产油量稳定 在8 t ／ d ， 解决了油气层保护难 的问题 ， 表 明合成基 钻井液具有优 良的油气层保护效果。 现场应用表明， 合成基钻井液性能稳定 ， 维护简 单 ， 使用安全。合成基液闪点高 ， 安全性高， 基本无 毒 ， 挥发性小， 更利于作业人员的安全健康和环境保 护。同时 ， 合成基钻井液不会影响固井质量 ， 该井 同 井质量合格 。 合成基钻井液 回收利用率达到 7 O ， 形成 了回 收处理再利用技术方案 ， 降低 了合成基钻井液 的使用成本。 5 结论与建议 1 封堵型合成基钻井液封堵性能强 ， 日 ] 在裸眼 内转化， 从而避免了多下一层技术套管 ， 有利于降低 钻井成本和缩短施工周期 。同时应用合成基钻井液 可减少后期酸化、 防砂等作业投资 。 2 应用裸眼内转化合成基钻井液技术时， 应配 套适于转化作业的地面循环 系统 ， 建立完善的合成 基钻井液 同相控制及废弃物收集处理系统 ， 提高 固 相控制设备的使用效率， 有效控制固相含量， 及时收 集处理废弃物， 以降低地面合成基钻井液损耗量。 3 合成基钻井液具有优 良的油气层保护性能， 建议进行规模化推广应用 ， 通过重复利用降低其使 用 成本 。 参考文献 Re f e r e n c e s [ 1 ] 李秀灵 ， 沈丽 ， 陈文俊． 合成基钻井液技术研 究与应用进展 [ J ] ． 承德石油 高等专科学校学报 ， 2 0 1 1 ， 1 3 1 2 1 - 2 4 ． L i X i u l i n g， S h e n L i ， C h e n We n j u n ． Te c h n o l o g y s t u d y a n d d e v e l o p me n t r e s e a r c h o f s y n t h e t i c d r i l l i n g f l u i d E J ] ． J o u r n a l o f Ch e n g d e Pe t r o l e u m Co l l e ge ， 2 0 1 l， 1 3 1 2卜2 4 ． [ 2 ] 王越之， 罗春芝 ， 施建 国， 等． 合成基钻 井液储层 保护技术研 究 [ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 3 ， 3 1 1 3 1 3 2 ． Wa n g Yu e z h i ， I ． u o Ch u n z h i ， S h i J i a n g u o ， e t a 1． S t u d y o n s y n t h e t i c d r i l l i n g f l u i d s f o r r e s e r v o i r p r o t e c t i o n [ J ] ．P e t r o l e u m Dr i l l i n g F e c h n i q ue s ， 2 0 0 3， 31 1 3 1 3 2 ． [ 3 ] 耿娇娇 ， 鄢捷年 ， 李怀科 ， 等． 具有恒 流变特性 的深水合成 基钻 井液 Ⅲ J ] ． 石 油钻探技术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 2 9 1 9 4 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