可循环油基泡沫钻井液在胜北油田的应用.pdf

第 3 l 卷 第6 期 2 0 1 4年1 1月 钴井液与 完井液 DRI L LI NG F L UI D COMP LE TI ON F L UI D VoI _ 3 1 No ． 6 NO V ．2 01 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 6 ． 0 0 5 可循环油基泡沫钻井液在胜北油田的应用 王广财 ， 熊开俊 ， 曾翔宇 2 ， 胡刚 ， 马平平 ， 杨荣奎 ， 刘禧元 1 ． 吐哈油田公司工程技术研究院，新疆鄯善 ； 2 ． 吐哈油田公司开发部， 新疆鄯善 ； 3 ． 吐哈油田公司工程技术处，新疆鄯善 王广财等 ． 可循环油基泡沫钻井液在胜北油田的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 6 1 7 ． 2 0 ． 摘要 吐哈盆地胜北油田致密油气藏为强水敏、低压、低孔低渗透地层，且储层微裂缝发育，压力系数在 0 ． 7 0 左右，为保护油气层，设计应用可循环油基泡沫钻井液技术。通过室内实验，采用 7 0 ％油 3 0 ％水作基液，优选出 D R f o a m． 2作油基发泡剂，采用油溶性聚合物增黏剂作稳泡剂，解决了在非极性溶剂中发泡和稳泡的问题，最终通过 加量优选确定油基泡沫钻井液配方为 3 0 ％ 清水 2 ％ 膨润土 7 0 ％原油 0 ． 5 ％ 油基转化剂 1 ％～2 ％ 抗高温降滤失 剂 0 ． 1 ％～0 ． 7 ％ DR f o a m． 2 0 - 3 ％～0 ． 5 ％ 油基稳泡剂。 性能评价结果表明，该钻井液密度可降至0 ． 3 5 g ／ c m ，泡沫 半衰期可达 6 0 0 mi n ，稳定时间可达 6 0 h ，具有 良好的流变性和悬浮携砂能力，可抗 3 0 ％盐水污染。该钻井液在吐哈 盆地胜北平 2等 6口井储层段进行 了现场应用，机械钻速比邻井的平均水平提高 了3 0 ． 5 4 ％，减少 了滤失量，降低了储 层水敏伤害，现场应用效果良好。该钻井液可用于储层压力系数在 0 ．7 ～O ． 8 、井深小于 2 5 0 0 m 的井。 关键词 油基钻井液 ； 微泡沫钻井液 ； 低密度钻井液 ； 水敏损害 ； 低压低渗透油气藏 ； 防止地层损害 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 6 ． 0 0 1 7 ． 0 4 吐哈盆地胜北油田致密油气藏强水敏 、低压 、低 渗储层较为普遍 ，储层微裂缝发育 ，压力系数在 0 ． 7 0 左右，用常规钻井液体系无法实现近／ 欠平衡压力钻 井 ，常因钻井液渗漏及固相、滤液对储层造成严重污 染 。针对吐哈油 田致密油强水敏低压油气藏的地层特 点 ，为防止滤失和保护油气层 ，储层段应用可循环油 基泡沫钻井液技术，降低井筒液柱压力和井底压差， 阻止和减少钻井流体及滤液进入岩石孔隙 ，进 而保护 储层 。该钻井液体系具有密度范 围可调 ， 性能易控制 ， 施工工艺简单 ，且可以多次循环使用，可以满足低压 油气井的钻井需求。 1 油基 泡沫钻井液技术 油基泡沫钻井液技术 [ 1 - 6 ] 以油相抑制页岩水化膨 胀、地层造浆，防止储层发生水敏伤害，以泡沫降低 钻井液密度 ， 封堵防漏 ， 以微泡沫为连续相实现泵送 ， 可在枯竭储层、高渗地层和微裂缝地层使用 ，能够从 根本上解决泥页岩井壁失稳和水敏性储层伤害问题。 油基泡沫钻井液需解决两大难题，一是油具有较 低的表面张力 ，本身对水基泡沫具有消泡作用 ，需要 解决在非极性溶剂中发泡 的难题 ； 二是油为连续相 ， 水基稳泡材料在油中不具有稳泡作用，需要解决在非 极性溶剂中稳泡 的难题。水基泡沫是通过微量表面活 性剂将 水溶液 的表面张力从 7 2 m N／ m 降低至小于 3 8 m N ／ m，而使其产生泡沫。由于水的表面张力较高， 能降低这种高表面张力的发泡剂种类繁多 ； 而油的表 面张力较低 ，如柴油 的表面张力约为 2 1 mN／ m，要 进一步降低表面张力的表面活性剂很少， 要使油的表 面活性降低并使其发泡是～项非常艰难的工作，且价 格也极其昂贵 [7】 ，虽然油基泡沫钻井液能够从根本上 解决泥页岩井壁失稳和水敏性储层伤害的问题， 但不 易实现 。为 了实现在油基钻井液中发泡 ，采用在油水 乳状液 中发泡的方式 ，既实现了发泡的 目的，同时也 降低了发泡的难度。 2 室 内研 究 2 ． 1 发泡剂优选 油类产品中，原油价格最低 ，相对其他油而言表 面张力范围较宽，因此选择原油和水形成的乳状液作 为发泡基液。选用斯盘 8 0 、长链烷基苯磺酸钠、聚 第一作者简介 王广财， 工程师， 1 9 8 5年生， 2 0 0 9年毕业于长江大学油气井工程专业， 现在从事钻完井液技术研究工作。地址 新疆鄯善吐哈油田工程技术研究院 ； 邮政编码 8 3 8 2 0 2；电话 1 3 1 7 9 9 5 6 7 9 3； E - ma i l wa n g g u a n g c a i t h p e t r o c h i n a ． t o m． c a 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 8 钴井液与 完井液 2 0 1 4年 1 1月 异丁烯和高抗油发泡剂 D R f o a m一 2四种发泡剂 ，对发 泡基液表面张力的变化进行 了测试 ，4种发泡剂 中， DR f o a m 2发泡剂降低表面张力效果最好 图 1 。 3 4 萋 萎 蓬 2 O 发泡； f l 图 1 4种发泡剂在 7 0 ％原油 3 O ％水中的表面张力 在原油 占 7 0 ％ 的钻井液 3 0 ％ 清水 2 ％膨润土 7 0 ％原油 0 ．5 ％油基转化剂 2 ％抗高温降滤失剂 油基发泡剂 O ． 3 ％油基稳泡剂 中测试 4种发泡剂 的发泡效果 ，钻井液总体积为 4 0 0 mL，密度为 1 ． 0 6 g ／ c m。 ，采用 高 速搅 拌 器 发泡 ，搅 拌 速度 为 1 2 0 0 0 ff mi n 。实验数据表明 在不 同加量条件下 D R f o a m． 2 的发泡体积最大 ，泡沫总体积达到 8 9 0 mL，优 于其 他 3种发泡剂 ，可有效解决在非极性溶剂中发泡的问 题。因此选定 D R f o a m一 2作为发泡剂 图 2 。 9 0 0 8 0 0 蠢7 0 0 60 o 5 0o 枷 发I泡卉 q ， ％ 图 2 4种发泡剂在原油占 7 0 ％ 的钻井液中的发泡体积 2 ． 2 发泡剂加量的确定 首先 ，进 行不 同油水 比实验 ，结 果见表 1 。当 油水比为 7 0 3 0 时，油基泡沫钻井液的发泡体积可 达 2 2 2 ． 5 ％，半 衰期 为 6 1 0 mi n，钻 井液 密 度为 O ． 3 8 g ／ c ，因此选择油水 比为 7 0 3 0 。通过观察不同发 泡剂加量下油基泡沫体积和密度的变化规律可以看出 见图 3 ，随发泡剂加量的增加，钻井液密度逐渐降 低， 发泡体积则随之增大， 发泡剂加量为 0 ． 1 ％～O ．5 ％ 时， 发泡体积随加量增加呈线性增加， 密度可降至 0 ．7 0 g ／ c m ； 加量为 O ．5 ％N0 ．7 ％时，发泡体积可达 2 倍 以上 ，密度 可降至 0 ． 3 5 g ／ c m ，半 衰期可达 6 0 0 rai n 以上 ，当加量大 0 ． 7 ％ 时，变化较平缓。因此 ，发泡 剂加量可根据现场需要确定。 表 1 油基泡沫钻井液的油水比实验 1 ．0 { 薹 o ．2 0 ．0 1 O 0 0 朝 4o 0 发泡热， ‘ 图3 不同发泡剂加量下油基钻井液泡沫体积和密度的变化 2 ． 3 油基稳泡剂优选 通 过增加油基泡沫液相 黏度和表观黏度 ，使表 面膜强度增大，可提高油基泡沫稳定性 ，使半衰期和 稳定时问增加。实验采用油溶性聚合物增黏剂作为稳 泡剂 ，在发泡剂加量为 0 ． 7 ％ 的油基泡沫钻井液 3 0 ％ 清水 2 ％膨润土 7 O ％ 原油 0 ． 7 ％DR f o a m一 2 中，加 入不 同量 的该增黏剂 ，在 1 2 0 0 0 ff mi n下搅拌 1 mi n ， 观察其半衰期 ，结果见表 2 。结果表明，聚合物增黏 剂加量 在 0 - 3 ％ 以上时 ，半 衰期 可达 6 0 0 mi n以上 ， 能够满足钻井需求 ，可解决在非极性溶剂中的稳泡问 题。最后选定油基稳泡剂的加量为 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％。 通过上述实验 ，确定油基泡沫钻井液配方如下。 3 0 ％ 清水 2 ％ 膨润 土 7 O ％ 原油 O ． 5 ％ 油基转 化剂 1 ％～2 ％ 抗高温降滤失剂 O ． 1 ％～0 ．7 ％ 油基发泡剂 O ． 3 ％～0 ． 5 ％ 油基稳泡剂 表 2 油基稳泡剂对油基泡沫钻井液性能 的影 晌 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 l 卷 第6 期 王广财等可循环油基泡沫钻井液体系在胜北油田的应用 1 9 2 ． 4 钻井液性能评价 3 现 场应 用 2 ． 4 ． 1 抗温性能 在胜北平 2井现场取油基泡沫钻井液样 ，进行流 变性 能测试 ，结果见表 3 。结果表明 ，油基泡沫钻井 液在室温和高温热滚后都具有较高动切力 、较低塑性 黏度和较高动塑比，因此该钻井液具有较好的流变I生 和悬浮携砂能力 ，能够满足现场钻井作业需求。 表 3 胜北平 2井现场取油基泡沫钻井液流变性能 注 不 f司温度 F热滚 1 6 h ，冷却至 5 0℃测量性能 。 2 ． 4 ． 2 抗污染能力 在胜北平 2井现场取油基泡沫钻井液样 ，进行抗 污染能力评价 ，加入不 同加量的 3 ． 0 ％Na C 1 溶液 ，测 试发泡体积和半衰期 ，结果见表 4 。室 内实验结果表 明 ，3 ． 0 ％Na C 1 溶液加量为 3 0 ％ 时对油基泡沫钻井液 的发泡体积和半衰期影响不大。可见，油基泡沫钻井 液具有较强的抗盐水污染能力 。 表 4 胜北平 2并现场取油基泡沫钻井液抗污染能力评价 2 ． 4 ． 3 储层保护性能 进行 的岩心渗透率恢复实验表明，油基泡沫钻井 液体 系对强水敏性泥页岩渗透率恢 复值可达到 8 5 ％ 以上 见表 5 ，可见油基泡沫钻井液能够减少对水 敏性储层的伤害，具有良好的储层保护效果。 表 5 油 基泡 沫钻 井液的岩心渗透率恢复率 实验 3 ． 1 地质工程概况 胜北平 2 井位于吐哈盆地台北凹陷胜北洼陷腹地 西部胜北构造带的中段 ，目的层位为白垩系 1 7 0 2 1 7 8 3 m井段 ，储层 以中孔 、中渗为特点 ，压力 系数 为 O ． 7 4 ～0 ． 7 5 。储层敏感性分析结果表明 ，白垩系油 藏岩石具有较强的水敏和酸敏损害。岩性主要以杂色 细砂岩 、杂色砂砾岩为主。 胜北平 2 井井型为水平井 ，井身结构为三开，三 开使 用 西1 5 2 ． 4 r r l lT l 钻头 ，完钻 井深为 2 0 4 3 m，造 斜点为 1 4 5 0 m，在井深 1 8 8 9 ． 9 5 m处转化为油基泡 沫钻井液 ，转化前钻井液性能如表 6所示 。逐步加入 油基转换剂 、发泡剂和稳 泡剂 ，循环 1 ～2周后钻井 液密度由 1 ．0 8 e C c m 降至 O ．6 3 g ／ c m ，黏度由4 8 S 升 至 8 5 S ，钻井液从里N I - 产生了一层微小 的泡沫 ，泵 压从 1 5 MP a 降到 1 1 MP a ，钻进期间钻井液密度始终 维持在 O ． 6 3 g ／ c m3 。三开纯钻时间为 1 1 ． 1 7 h ， 定向段 、 水平 段长分别为 4 3 9 ． 9 5 m和 1 5 3 ． 0 5 m，电测 、下管 串和固井顺利 ，没有出现任何井下复杂情况。 表 6 胜北平 2井钻井液转换前后性能对比 3 ． 2 维护处理措施 在二开完钻后 ，充分循环钻井液 ，利用离心机等 四级固控设备清除钻井液中的有害固相 ， 在此基础上 ， 排掉部分井浆 ，混人 6 5 ％原油 ，充分循环 ，转化成 油基钻井液 。在油基钻井液 中加入转化剂 ， 充分循环 ， 将性能调整至如表 6 所示。均匀缓慢加入发泡剂和油 基稳泡剂 ，利用加重泵 、剪切泵和搅拌器循环搅拌起 泡 。钻进过程 中根据井 口返出微泡沫钻井 液的密度 、 黏度 、切力及微泡沫大小 ，及时对微泡沫钻井液进行 维护处理。为 了便于现场调整密度 以维持地层压力 ， 可 以通过加入发泡剂 、增黏剂来降低钻井液密度 ，通 过降黏和加入消泡剂来提高钻井液密度。 4应 用效果评价 可循环油基泡沫钻井液在胜北区块应用 6口井 ， 钻井液密度低，且范围可调 见表 7 ，在钻进油层 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 钴井液与 完井液 2 0 1 4年 1 1月 期 间，钻井液密度始终控制在设计 范围之 内，从 而 实现了近 ／ 欠平衡压力钻进。6口应用井 的机械钻速 与邻井的平均水平相比，提高了 3 0 ．5 4 ％，提高了钻 井综合效益 见表 7 。应用井段钻井液漏斗黏度为 7 2 ～9 8 s ，动塑 比基 本保 持 在 0 ． 7 0 P a ／ mP a s以上 ， 能够满足携砂要求 ； 应用井段钻井液性能良好，起下 钻畅通无阻，没有复杂事故。 表 7 试验井综合指标数据表 通过对胜北平 2 井应用井段的钻屑观察发现 图 4 ，钻屑完全没有分散，充分证明油基泡沫钻井液具 有强抑制能力和悬浮携带能力 ，有利于稳定井壁和确 保井下钻井安全 ，更有利于储层钻进 中防止强水敏j 生 储层的伤害，达到保护储层的目的。应用井投产后效 果突出，较邻井平均产量提高了 l 倍多。 图 4 胜北平 2 井井深 2 0 0 0 m处钻屑图 5认 识 与建议 井 ，应用井段无复杂 、无事故发生。 2 ． 油基 泡沫钻井 液对 于储层压 力 系数在 0 ． 7 ～ 0 ． 8 、井深小于 2 5 0 0 1T I 的井可实现液相近 ／ 欠平衡压 力钻进，防止井漏发生，提高机械钻速。 3 ． 油基泡沫钻井液发泡体积达到 2 0 0 ％，半衰期 6 0 0 mi n ，稳泡时间 6 0 h ，能形成稳定的泡沫性能。 4 ． 油基泡沫钻井液储层保护效果好，适用于强水 敏地层、低压低渗地层和油层的钻进。 [ 2 ] 【 3 ] [ 4 ] 【 5 】 [ 6 】 [ 7 ] 参 考 文 献 何秀娟，李应成 ，高磊 ，等 ． 油基泡沫钻井流体稳定机 理研究 [ J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 5 1 - 5 ． He Xi u j u a n ，L i Yi n g c h e n g ，G a o L e i ，e t a 1 ． Me c h a n i s m s t u d y o n s t a b i l i t y o f o i l b a s e f o a m mu d [ J ] ．Dr i l l i n g F l u i d＆ Co mpl e t i o n Fl u i d，2 01 2．2 9 51 5 ． 谈心， 孙金声 ， 徐显广， 等 ． 油基泡沫钻井流体技术研究 [ J ] ． 石油学 报 ，2 0 1 0 ，3 1 5 8 2 9 ． 8 3 3 ． Ta n Xi n， S u n J i n g s h e n g， Xu Xi a n g u a n g， e t a 1 ． A s tud y o n t h e o i l b a s e d foa m d r i l l i n g fl u i d t e c h n i q u e [ J ] ． A c t a P e t r o l e i S i n i c a ，2 0 1 0 ，3 1 5 8 2 9 ． 8 3 3 ． 白小东，蒲晓林 ． 国外保护储层的油基钻井完井液新技 术研究与应用 [ J ] ． 精细石油化工进展，2 0 0 5 ，6 1 2 1 2 1 4． Ba i Xi a o d o n g ，P u Xi a o l i n ． Re s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f n o v e l o i l b a s e d d r i l l i n g a n d c o m p l e t i o n fl u i d s t e c h n o l o g y a b r o a d [ J ] ． A d v a n c e s i n Fi n e P e t r o c h e m i c a l s ，2 0 0 5 。6 1 2 ． 张文波，戎克生 ，向兴金，等 ． 油基钻井液研究及现场 应用 [ J ] ． 石油天然气学报，2 0 1 0 ，3 2 3 3 0 3 ． 3 0 5 ． Z h a n g We n b o ，Ro n g Ke s h e n g ，Xi a n g Xi n g J i n ，c t a 1 ． R e s e arc h a n d a p p l i c a t i o n o f o i l b a s e d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． J o u r n a l o fO i l a n d G a s T e c h n o l o g y ，2 0 1 0 ，3 2 3 3 0 3 3 0 5 ． 王中华 ． 关于加快发展我国油基钻井液体系的几点看法 [ J ] ． 中外能源，2 0 1 2 ，1 7 2 3 6 ． 4 1 ． W a ng Zho n g h ua ． S e v e r a l v i e ws on a c c e l e r a t i n g t h e d e v e l o p me n t o f o i l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d s y s t e m i n c h i n a [ J ] ． S i n o G l o b a l E n e r g y ，2 0 1 2 ，1 7 2 3 6 - 4 1 ． S e p u l v e d a J J ，F a l a n a O M ，Ka k a d j i a n S ． Oi l - b a s e d f o a m a n d p r o p e r un d e r b a l an c e d - d r i l l i n g p r a c t i c e s i mp r o v e d r i l l i n g e ffic i e n c y i n a d e e p g u l f c o a s t w wl l [ R ] ． S P E l 1 5 5 3 6 ，2 0 0 8 ． 舒玉华 ，卢拥军，杨艳丽，等 ． 泡沫流体起泡与稳泡特性 及影响因素探讨 [ J ] ． 天然气技术 ，2 0 0 8 ，2 2 5 3 ． 5 6 ． S h u Y u h u a ，L u Y o n g j u n ，Ya n g Ya n l i ，e t a 1 ． F o a m f l u i d f o a m i n g a n d s t e a d y b u b b l e c h a r a c t e r i s t i c s a n d i n flu e n c i n g f a c t o r s d i s c u s s e d [ J ] ． Na t u r a l G a s T e c h n o l o g y ，2 0 0 8 ，2 2 5 3 ． 5 6 ． 1 ． 油基泡沫钻井液体系在胜北油田成功应用 6口 收稿日 2 0 1 4 ． 0 6 1 3 ； H G F 1 4 0 6 N 1 ； 编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m