可降解甲酸盐钻井液的研究与应用.pdf

第 3 2卷 第 6期 2 0 1 0年 l 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PRODUCT1 ON TECHN0L 0GY V0 I ． 3 2 N{ ． 6 N【 1 v ．2 0l 0 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 0 0 6 0 0 5 30 4 可 降解 甲酸盐钻 井液 的研 究与应用 于志纲 张 军 彭商平 杨 飞 四川仁智油 田技术服务股份 有限公司 ， 四川绵阳6 2 1 0 0 0 摘要大邑构造位于四川盆地龙门山； 中断推覆构造带， 主力气藏为须家河组二段， 是一个低孔、 低渗 、 常压、 非均质极强、 裂 缝发 育的致 密砂岩储集层 ， 并舍有 泥页岩夹层， 储层保护工作难度 大。针对常规钻井液 固相 多、 抑 制性 差等特 点 ， 室内通过配方 优化 ， 研 制 出一套满足 须二储层 钻井施 工及储层保 护的甲酸盐无固相钻 井液体 系一经过性 能评 价， 该体 系具 有优 良的 固相容纳 能力和润滑能力， 抗温达 1 3 0 c 二 ， 降解恢复率达 9 4 ．4 9 ％。在 D Y6井、 D Y5井进行了现场应用， 结果表明， 可降解甲酸盐钻井液 具有较好的气层保护性 能 ， 解决 了井壁稳定 问题 ， 适合 小井眼钻井 ， 是适合 大邑构造 须家河组二段储层保护的一项新技术 关键词致密砂岩 ；甲酸盐钻井液；降解；储层保护； 井壁稳定 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识码 A Re s e a r c h a nd a pp l i c a t i o n o f de c o mpo s a b l e f o r m a t e ba s e dr i l l i n g flu i d Y U Z h i g a n g ， Z H A NG J u n ， P E N G S h a n g p i n g ， Y A N G F e i f S i c h u a n R e n z h i Oi lfi e l d T e c h n o l o g y S e r v i c e s C o L t d， Mi a n y a n g 6 2 1 0 0 0 ， C h in a A b s t r a c t D a y i s t r u c t u r e 1’ s l o c a t e d i n L o n g me n s h a n t h rus t n a p p e z o n e o f S i c h u a n b a s i n ． T h e s e c o n d s e c t i o n o f X u j i a h e f o r ma t i o n i s t h e ma i n f o r ma t i o n ， a s a n d s t o n e g a s r e s e r v o i r , wi t h t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f l o w p o r o s i t y , l O W p e r me a b i l i t y , n o r m a l p r e s s m e ， h i g h h e t e r o g e n e i t y a n d fr a c t u r e d e v e l o p me n t ． An d i t h a s mu d s h a l e i n t e r v a l s ， wh i c h c a u s e s t h e d i ffic u l t i e s o f f o r ma t i o n p r o t e c t i o n ． Ac c o r d i n g t o t h e b i g a mo u n t o f s o l i d p h a s e a n d l o w i n h i b i t i v e a b i l i t y o f c o n v e n t i o n a l d r i l l i n g flu i d s ， a f o r m a t e c l a y fle e d r i l l i n g fl u i d s y s t e m i s d e v e l o p e d ， w h i c h me e t s t h e n e e d o f d r i l l i n g o p e r a t i o n a n d f o rm a t i o n p r o t e c t i o n i n t h e s e c o n d s e c t i o n o f X u j i a h e f o r ma t i o n ． T h r o u g h t h e p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n ， i t i s p r o v e d t h a t t h e d r i l l i n g s y s t e m h a s h i g h s o l i d p h a s e c a p a c i t y a n d l u b r i c a t i n g a b i l i t y ． T h e a b i l i t y o f i t s t e mp e r a t u r e s t a bi l i t y r e a c h e s 1 3 0 o C， a n d t he d a ma ge r e c ov e r y r a t e i s 9 4． 49 ％ ． i t wa s fir s t l y u s e d i n W e l 1 DY6 a n d DY5 i n Da yi s t m c t ur e ． An d t h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e d e c o mp o s a b l e f o r ma t e b a s e d r i l l i n g flu i d h a s h i g h g a s f o rm a t i o n p r o t e c t i o n c a p a c i t y ， a n d s o l v e s t h e i s ～ s u e o f we l l b o r e s t a b i l i t y ． Be s i d e s ， t h e d r i l l i n g fl u i d i s s u i t a b l e f o r s l i m h o l e d r i l l i n g ． I n g e n e r a l ， t h e f o rm a t e b a s e d r i l l i n g fl u i d i s a n o v e l t e c h n i q u e for f o r ma t i o n p r o t e c t i o n i n t h e s e c o n d s e c t i o n o f Xu j i a h e f o rm a t i o n o f D a y i s t r u c t u r e ． Ke y wo r d s t i g h t s a n d s t o n e ； f o r ma t e b a s e d r i l l i n g fl u i d ； d e c o mp o s a b l e ； f o r ma t i o n p r o t e c t i o n ； we l l b o r e s t a b i l i t y 甲酸盐钻井完井液是国外 2 0 世纪 9 0年代中期 发展起来 的一种低 毒性 、 低 伤害 、 低腐蚀 、 维护方便 的钻井完井液 ， 在不加 固相加重剂 的情况下 ， 通过改 变使用的甲酸盐类型和加量可以使体 系的密度达到 2 ． 3 0 g ／ c m 。该体系在同外已经广泛应用于深井 、 定 向井 、 水平井以及小井眼钻井施 ， 尤其是常用作揭 开储层 的钻井完井液 。网内方面， 海上油气 Ⅲ通过 钻井平台重复利用 甲酸盐钻井液 降低 r使用成本， 而陆上油气 田甲酸盐钻井液使用较少 近年来， 闰 内科研 院校主要集 中于甲酸盐钻井液的高 ／ 超高密 作者简介 于志纲 ， 1 9 8 0年生2 0 0 6年 毕业 于西南石 油大 学应 用化 学专业 ， 主要 从 事钻 井 完井液技 术 方面研 究与应 用工作 ， 工程师 E ma i l y z g s wp u 1 6 3 ． c o in 5 4 石油钻采3 - 艺 2 0 1 0年 1 1月 第 3 2卷 第 6 期 度 、 提高 回收利用率 、 低温流变性等方面研究 ， 对于 深井推广使用投入较少 。笔者从处理剂选择方面着 手 ， 重点对甲酸盐钻井液高温稳定性 、 可降解性等方 面进行了研究和优化 ， 形成 了适合大邑构造具有储 层保护功能的钻井液技术 。 l 室内研究 La b o r a t o r y ． s t ud y 1 ． 1 配方确定 Fo r m u l a de t e r m i na t i o n 经过大量资料 调研和室 内研究 ， 确定 m以生物 聚合物 、 改性淀粉为主的甲酸盐钻井液体系 ， 基本配 方 为清水 1 0 ％～ 4 0 ％ 甲酸盐 0 ． 2 ％～ 0 ． 5 ％生物聚 合物 2 ％ 改性 淀粉 l ％ 防水锁剂 1 ％～ 1 ． 5 ％超 细 碳酸钙。 1 ． 2 抗 温稳定 性评 价 S t a b i l i t y e v a l u a tio n o f hi g h t e mpe r a t u r e 大邑构造须家河组下部地层温度普遍在 1 2 0 左右， 而国内常用的可降解处理剂普遍抗高温性 能 较弱 ， 室内通过模拟地下不 同温度的滚动实验 ， 研究 了甲酸盐钻井液流变性能及高温高压失水情况 ， 实 验结果见表 1 。 表 1 高温条件下实验数据 Ta bl e 1 Exp e r i me nt a l da t a s h e e t s un de r hi g h t e mpe r a t ur e 实验条件／ g m ． ／ a ／ F m LAL p I F ／ mL LH T H P 通过表 l可知 ， 甲酸盐钻井液分别经过 1 2 0 和 1 3 0 的老化后 ， 体 系整 体性能 较为稳定 ， AP I 失水 从 4 ． 0 mL上升 到 5 ． 0 mL， HT HP失 水 为 l 3 ． 0 mL， 动切力在 1 3 0 时下降 2 4 ． 1 4 ％， 但动塑比仍然 保持 0 ． 7 8以上 ， 说 明体系 中添加 的处理剂没有因为 高温老化而 出现降解 的现象。通过机理分析 ， 处理 剂在水溶液 中的抗 温能力与溶液 中离子 的类 型及 浓度有关 ， 高温下降解 主要是 氧化降解 ， 特别对 于 一 些具有醚键的聚合物 ， 而甲酸盐分子中的醛基具 有还原性 ， 可除掉水溶液 中的氧 ， 提 高了聚合物抗 温 能 力 。 1 ． 3 固相容纳能力评价 E v a l u a t i o n o f s o l i d p h a s e c a r r y i n g c a p a c i ty 在钻井施T过程中 ， 固控设备配备效果差或 控 能力不能满足施 _丁需要 等原 因会造成钻井液 中 有害固含量增加 ， 导致钻井液综合性能下降。因此 ， 要求体系具有较高的固相容纳能力 ， 以保持体系性 能稳定。室内采用大邑构造须二段岩屑粉 过孔径 为 0 ． 1 5 4 mm筛布 做抗岩屑污染实验 ， 实验结果见 图 1 。 图 1 固相 含 量对 塑性 黏 度 的 影 响 F i g ． 1 Th e e f f e c t o f s o l i d c o n t e n t t o t h e p l a s t i c v i s c o s i t y 从图 1 可看 ， 随着岩屑含量的增加， 悬浮的固 相颗粒之间 、 同相颗粒与液相之 间以及连续液相 内 部的内摩擦作用增强 ， 塑性黏度略有上升， 当同相含 量达到 4 ％ 时， 塑性黏度不再增加 ， 说明甲酸盐钻井 液的固相容纳能力较强。 1 ． 4 润滑性评价 Ev a l ua t i o n o f l u br i c a t i o n 甲酸盐钻井液由于不能有效形成滤饼以降低钻 具与井壁之间的摩擦力， 因此 ， 其润滑性需要加以改 善。室内通过优选 ， 在钻井液 中加入一定量 的高效 润滑剂 ， 并在 1 2 0 老化 1 6 h条件下 ， 评价了甲酸盐 钻井液的润滑性 ， 实验结果见表 2 。 表 2 润滑性评价实验数据 Ta bl e 2 Ex pe r i me nt a l d a t a s he e t s of l u br i c a t i on e va l ua t i o n 从润滑性参数可以看出， 没有加入润滑剂之前， 甲酸盐钻井 液极压润滑系数和黏附系数都较大， 对 于大斜度井或者深定 向井有一定阻卡隐患 ；加入润 滑剂之后 ， 该体系润滑性得到大幅提高 ， 可以满足深 井施工 需要 。 1 ． 5 配伍性 评价 Ev a l u a ti o n o f c o mp a t i b i l i ty 大 邑构造须二储层属 于裂缝一 孔隙型储层 ， 微 裂缝发育 ， 钻进过程中容易钻遇裂缝 ， 发生漏失污染 储层。为预 防井漏发生 ， 需在甲酸盐钻井液 中添加 于志纲等可降解甲酸盐钻井液的研 究与应用 5 5 高酸溶性 防漏剂进行防漏。室内采用防漏材料体 系 含有 C a ， C O 、 L F 一 2等 在 常温下进行配伍性试验 ， 实验结果见表 3 。 表 3 防漏剂配伍性实验 数据 Ta b l e 3 Ex pe r i me nt a l d a t a s he e t s of LCM c o mp a t i bi l i t y 从表 3可以看m， 加入高酸溶性防漏材料后 ， 防 漏材料形成 了封堵作用 ， 所 以中压失水量得到了降 低整体来看 ， 甲酸盐钻井液 防漏剂的配伍性较 好 ， 建议现场使用时调整增 黏剂加量 ， 降低黏度 ， 保 证井 下安全 。 1 ． 6 膨 胀性 评价 Ev a l u a t i o n o f e x p a n s i o n 由于须二储层砂体中夹有页岩层 ， 易出现水化 膨胀 、 掉块等失稳现象， 因此 ， 钻井液必须具有较强 的抑制性。膨 胀性对 比实验 岩心为大 邑构造 须二 段岩屑粉碎 ， 在 1 0 5℃下烘干 2 h后按标 准压制 ， 用 HT P 一 4高温高压页岩膨胀 测试仪测试 8 h膨胀 量。 试验结果见表 4 。 表 4 膨胀性实验数据 Ta b l e 4 Ex pe r i me n t a l d a t a s he e t s of e x pa n s i o n 从表 4可以看 出， 人造岩心在 甲酸盐钻井液 中 的膨胀量最小 ， 膨胀降低率为 6 6 ． 8 9 ％， 说明相 比其他 钻井液体系 ， 其抑制性较好 ， 适合在大邑构造使用 。 1 ． 7 降解性 评价 Ev a l ua t i o n o f d e g r a d a t i o n 选择 甲酸盐钻井液作为大邑构造须二储层段 的 钻井液体 系， 主要原因是有机盐钻井液对储层损害 性较小 。同时， 本研究 甲酸盐体系所用处理剂通过 氧化处理后均可降解 ， 解除了近井地带形成 的 “ 屏 蔽带 ” ， 并且配方 中增加了防水锁剂 ， 尽最 大可能降 低 了储层的损害。室内选用大邑构造须二段岩心 基 块 对 甲酸盐钻井液损害结果进行了评价， 实验结果 见表 5 ． 表 5 钻井液降解性实验数据 Ta bl e 5 Ex pe r i me n t a l d a t a s he e t s of d r i l l i ng flu i d de g r a da t i o n 从两种钻井液体系对大 邑须二储层基块的损害 结果来看 ， 甲酸盐钻井液平均损害率为 1 5 ． 1 0 ％， 氧化 降解后恢复率为 9 4 ． 4 9 ％， 而两性离子聚合物钻井液 的岩心损 害率为 2 8 ． 0 3 ％， 恢 复率 为 8 5 ． 2 1 ％， 充分说 明甲酸盐钻井液在储层保护方面的具有较大优势。 2 现场应用 Fi e l d Ap p l i c a t i o n 甲酸盐钻井液在大邑构造应用了 DY6 、 DY 5井 2口井 ， 取得了较好效果 ， 达到了预期 目标。 2 ． 1 钻井液维护处理措施 Dr i l l i n g fl ui d ma i n t e n a nc e a nd h a nd l i n g 1 开钻前 ， 将 同控设备清理干净 ， 根据现场小 试验调整性 能达 到钻井液设 计要求 ， 同时配制高黏 度的钻井液作为前置液防止 甲酸盐钻井液 与 开井 浆混合。 2 钻进过程中， 加强改性淀粉和生物聚合物混 合胶液的维护 ， 严格控制滤失量和改善切力， 提高动 塑比， 提高携屑能力 。 3 配胶液时使用 甲酸钾加重至井浆密度 ， 避免 胶液混入后钻井液密度有较大变化 ， 调节 p H值 ， 保 持钻井液性能稳定 4 由于须二井段 可能仔在煤线层 ， 添加高效纳 米防塌封堵剂， 强化钻井液井壁稳定能力。 5 提高I 古 ] 控设备使用率 ， 清除无用 同相 ， 在可能 漏失层段补充储层保护材料 ， 预防漏失， 严格保护油 气层。 6 为防止形成岩屑床 ， 坚持每钻进 5 0 m进行短 起下 ， 及时破坏岩屑床， 保证井眼畅通。 2 ． 2 D Y6井 W e l l Da y i 6 DY 6井是一 口直井预探井 ， 完钻层位须家河组 二段 ， 完钻 井深 6 0 6 5 ． 0 0 m。该 井 四开属于小 井眼 5 8 1 8 ． 0 0 ～ 6 0 6 5 ． 0 0 m， O1 6 5 ． 1 mm钻头 ， 裂缝较发育， 局部夹煤层 、 断层 易破碎 ， 施 __[中可能发生垮塌 、 漏 失和钻遇水层 、 气层 。为有效保护储层 ， 该井四开井 5 6 石油钻采工艺 2 0 1 0年 1 1月 第 3 2卷 第 6期 段须二上砂体使用甲酸盐钻井液。 实钻过程 中， 通过 固控设施的帮助， 甲酸盐钻井 液性能得到稳定控制， 失水量小 ， 携岩性好， 井壁稳 定无掉块 ， 无阻卡现象发生 2 ． 3 DY5井 W e l lDa y i 5 大邑 5井是一 口定向预探井 ， 完钻井深 6 3 5 0 m， 最大井斜角 3 6 ． 3 7 。 ， 水平位移 1 0 6 8 ． 3 8 m， 完钻层位 须家河组二段 。该井 四开 6 0 0 5 ～ 6 3 5 0 m 使用大邑 6井回收的甲酸盐钻井液 ， 钻头尺寸 1 6 5 ． 1 1T i m。钻 进过程中由于井底温度超 预测导致体系切力偏低 后测试温度 1 3 6 o C ， 始终在 3 - 6 P a 之 问， 基 于安 全钻井考虑， 在使用 甲酸盐钻井液钻进 2 5 1 3 1 后转换 成两性离子聚磺钻井液钻进至井深 6 3 5 0 m完钻 3 效果评价 Ef f e c t e v a l ua t i o n 3 ． 1 钻井液性能稳定 S t a b l e d r i l l i ng fl ui d pe r f o r ma n c e 甲酸盐钻井液黏度能够长时问稳定在一定范同 内， 起下钻过程 中其黏度增加值仪 为 3 - 5 S ， 切 力几 乎无变化 ， 高温高压失水保持在 1 2 mL左右， 并 能 够有效控制地层黏土分散造浆。例如 D Y5井实钻 过程中膨润土含量仅 为 5 ． 7 2 g ／ L， 同含 3 ％左有 ， 没 有因固相 的侵入而 } } { 现增黏 、 拔活塞和下钻不到底 等现象。 3 ． 2 储层保护效果好 Go o d r e s e r vo i r pr o t e c t i o n 钻进 中钻井液的 AP I 失水控制为 3 4 mL， 高温 高压失 水控制在 1 2 mL左右 ， 同相含量保持为 2 ％～ 4 ％， 降低了固相和液相对气层 的污染。DY6 井钻 5 8 2 1 ． 0 0 ～ 5 8 2 2 ． 7 2 m时 ， 油气上 窜速度 5 l 6 ． 4 l m ／ h ， 拿 烃 5 2 ． 9 2 6 ％， 中途测井时所测表皮因子小于 0 ， 表明甲 酸盐钻井液在施工中取得了良好的储层保护效果。 3 ． 3 井眼 稳定 Bo r e ho l e s t a b i l i t y 由于钻井液中固相较低 ， 钻井液流动时和静止 后黏度均较低 ， 开泵容易， 起下钻和开泵时没有 现 较大 的压力波动， 有利于井H 艮 稳定。钻井液体 系较 高的动塑 比使得钻进 中返砂均匀 ， 每次下钻 到底只 返 出少量钻屑， 说明井眼稳定 。 3 ． 4 润滑性 良好 Go o d i u b r i e i ty DY 6井和 DY 5井 甲酸盐钻井液的摩 阻均小于 0 ． 0 7 ， 起下钻顺利， 接单根正常， 定 向井段扭矩小于 5 k N m钻进过程 中没有出现阻卡和拖压现象。 3 结论 Co n c l u s i o n s 1 研制出一种 甲酸盐钻井液体系， 具有广泛配 伍性 、 储层保护性好 、 固相容纳能力强 、 可降解等特 点 ， 能较好解决井壁稳定与储层保护 的矛盾 ， 适合在 目的层使用。 2 在大 邑构造首次进行 了 2口小井眼深井的 现场应用， 结果表 明， 甲酸盐钻井液在性能维护 、 油 气层发现 、 抑制防塌 、 润滑防卡等方而具有较强的优 势 ， 为 以后 的推 广』 、 用 奠 定了基 础 。 3 研究的甲酸盐钻井液体系由于组成成分对温 度敏感 ， 以后需对高温条件下的使用继续深入研究。 参考文献 Re f c F e n c e [ 1 ] 刘程 ， 李锐 ， 张光华 ， 等 ． 新型无 固相钻 井液体 系研 究新 进展 i J ]． 天然气工业 ， 2 0 0 9 ， 2 9 1 1 6 4 6 6 ． LI U Che ng ， LI Ru i ，ZHANG Gu a ng h ua ，e t a 1 ． Ne w p r o gr e s s i n t h e r e s e a r c h i n t o a n e w t y p e o f s o l i d f r e e d r i l l i n g fl u i d s y s t e m l J ]． N a t u r a l G a s I n d u s t r y , 2 0 0 9 ， 2 9 1 1 6 4 _ 6 6 ． [ 2] 蒋 国盛 ， 宁伏龙 ， 张昊 ， 等 ． 海 洋水合物钻 井用甲酸 盐钻 井液体 系研 究 [ J ]． 西南石油大学学报 自然科学版， 2 0 0 9． 3 1 5 1 2 5 一 l 2 9 ． J I ANG Guo s he ng ，NI NG Fu l on g，ZHANG Ha o ，e t a 1 ． Ex p e r i me n t a l e v a l u a t i o n o n f o r ma t e b a s e d d r i l l i n g fli u d s f o r g a s h y d r a t e d r i l l i n g i n o c e a n wa t e r[ J j． J o u r n a l o f S o u t h - we s t P e t r o l e u m Un i ve r s i t yS c i e n c e Te c hn o l og y Edi t i on ， 2 0 0 9 ． 3 1 5 1 2 5 1 2 9 ． 1 3] 李丽， 刘伟 ． 甲酸铯钻井完井液的特性及应用 [ J ]． 石 油钻采工艺 ， 2 0 0 7 ， 2 9 3 9 1 ． 9 4 ． LI Li ． LI U W e i ． Pr o p e r t i e s o f c e s i u m f o r ma t e ba s e d dr i l l i n g a n d c o mp l e t i o n fl u i d a n d i t s a p p l i c a t i o n[ J j ． oi l D r i l l i n g P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y , 2 0 0 7 2 9 3 9 1 9 4 ． 4] 张岐安， 徐 先国， 付 建 国 ． 有 机 盐钻 井液在 水平井 B HW0 l 井 的 应 用 『 J ] ． 石 油 钻 采 工 艺， 2 0 1 0 ， 3 2 2 34 37． Z H AN G Qi ’ a n ， X U X i a n g u o ， F U J i a n ’ g u o ． Ap p l i c a t i o n o f o r g a n i c s a l t d r i l l i n g fl u i d t o B H W0 1 w e l l l J j． 0 j 1 D r i l l i n g ＆ P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y , 2 0 1 0 ， 3 2 2 3 4 3 7 ． 修 改稿收到 日期2 0 1 0 0 9 2 5 [ 编辑朱伟 ]