南堡5-4井抗200℃高温钻井液的研究及应用.pdf

第 2 6卷 第 2 期 2 0 0 9年 3月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI I I I NG F LUI D COM PI ETI ON FI UI D Vo l I 2 6 NO ． 2 M a r ． 2 0 0 9 文章 编 号 1 0 0 卜5 6 2 0 2 0 0 9 0 2 0 0 4 9 0 3 南堡 5 4井抗 2 0 0。C高温钻 井液 的研 究及应用 朱 宽亮 卢淑 芹 徐 同台。 吴晓红 姜薇 阚艳娜。 1 ． 西 南 石 油 大学 ， 成 都 ； 2 ． 冀 东 油 田钻 采 工 艺研 究 院 ， 河 北 唐 山 ； 3 ． 中 国 石 油 天然 气 集 团公 司 老 干 部 局 ， 北 京 摘 要 南 堡 5 4井是 部 署 在 南 堡 油 田 5号构 造 海 上 的 第一 口深 探 井 ， 完钻 井 深 为 5 7 0 0 m， 预 测 井 底 温 度 约 为 2 0 0 、 ， 常规钻井液难以满足该 井钻探 的需要。通过对钻井液处理 剂和 配方 的评价与优选， 研 究出了一套抗 2 0 0℃ 高 温 海水 钻 井液 ， 其具 有 良好 的抗 高 温 流 变 性 能 和 热 稳定 性 ， 可 满足 海 上 深 井 钻 井 需 要 。现 场 应 用证 明 ， 该 抗 高 温 钻井液配方简单 ， 现场 处理 、 维护方便 ， 性能稳定易调整 ， 并可 由上 部井浆进 行转化 ． 保 持 了钻 井液应用 的连续性 ， 显 示 了其 起好 的经 济 性 。 关 键 词 海 水 钻 井 液 ； 抗 高 温 ； 井 眼 稳定 ； 深 井钻 井 ； 南 堡 5 - 4井 中图 分 类 号 TE 2 5 4 ． 3 文献 标 识 码 A 南堡 5 - 4 井 是南堡 5号 构造 断背 斜构 造 东部 高 部 位的第 一 口深探 井 ， 其 钻探 目的是 预 探 南 堡 5 4 断 鼻馆 陶组 、 东 营组 、 沙河 街组 及奥 陶系地层 的含 油 气 情况 ． 完 钻 井深 为 5 5 0 0 m。 自上 至 下 钻 遇 地 层 有 平原组 、 明化 镇组 、 馆 陶组 、 东 营 组 、 沙河 街 组 、 白 垩 系 、 石炭一 二叠 系和奥 陶 系。 南堡 5 4 井 井 身 结 构 为 6 6 0 ． 4 mm3 0 0 m f 『 J 5 0 8 IT l m 2 9 6 ． 5 4 m 咖4 4 4 ． 5 mm 2 3 4 0 m r 『 j 3 3 9 ． 7 mm2 3 3 7 ． 1 5 m ／ 】 3 1 1 ． 2 mm 4 4 2 1 m 2 4 4．5 mm 4 4 i 8．4 0 m 2 1 5．9 mm 5 3 5 9 m f ／ 】 1 7 7 ． 8 mm 4 2 3 2 ． 2 4 ～ 5 3 5 7 ． 5 0 m 1 5 2 ． 4 mm 5 5 0 0 m 。 南堡 5 4 井 预 测井 底 温 度 约 为 2 0 0 C。 常 规 钻 井 液难 以满 足如此 高温 条件下 的钻探要 求 。通过对 国内外抗高 温钻井 液 的调研 ， 结 合 南堡 油 田实 际地 层 情况 ． 经 过室 内试 验 ， 成功地 优选 出了适合 该井 的 抗 高温海水 钻井液 。 1 技 术 难 点 南堡 5 4井 钻遇 的层 系多 ， 岩性 复杂 ， 给钻 探带 来较 大 的技 术难题 ， 主要 有 ① 钻遇 的层段 多 ， 地 层 特性变 化大 ， 既有 易 漏 的砂 岩 、 砾 岩 。 又有 大 段 的易 塌泥岩 、 火成 岩等 ， 井 壁稳 定性 差 ， 易发 生 井 下 复杂 事故 ； ②地 层 压 力 系数 变 化范 围为 0 ． 9 8 ～ 1 ． 3 1 ， 要 求钻 井液具 有较 高 的密 度 可调 性 ； ③ 对 钻井 液 荧 光 级别要 求 高 ， 很 多有 利 于井 壁 稳定 和 油 层保 护 的 钻 井液处 理剂 无法 应 用 ， 稳 定 井 壁难 度 大 ； ④ 井 温高 ， 钻井 液维 护困难 ， 预测井 底温度 为 2 0 0 C， 要求钻 井 液具有 较好 的高 温稳定性 ； ⑤储 层认识 不 足 ， 油气 层 保护技 术难 度大 。因此 优 选钻 井 液 时 ， 首先 应 满 足 抗 2 0 0 C高 温的要 求 ， 确 保钻井 液高 温性能稳 定 ； 其 次要有 较好 的抑 制性 和封堵 、 防塌能 力 ， 确 保井壁 稳 定 ， 防止垮 塌 、 渗 漏 等复 杂 情 况 的发 生 ； 同 时要 有 较 好 的泥饼质 量 ， 有 效阻止 固相 和液相 的侵入 ， 更好地 发现 和保护 储层 。 2 高温海水 钻井液研 究 2 ． 1 抗温降滤失剂的优选 抗 温降 滤失剂 对钻 井液性 能 的影 响 见表 l 。从 表 1 可 以得 出 S P NH 的降滤失效 果优 于 S MP 1 1， 2者 配合 使 用 效果 更 佳 ， 可 以控 制 钻 井液 的高温 高 压滤 失量小 于 1 0 mI ， 泥饼渗 透率低 ， 高温 高压渗 透 失水 量 小 于 5 mI ， 因 此 确 定 采 用 2 S P NH 和 S MP l I 复配 作为 所 研究 钻井 液 的 降 滤失 剂 。钻 井 液的配 方如下 。 1 5 钠 膨润 土 0 ． 3 KP AM1 NP AN 1 BOS S 1 2 S MP I I 2 5 钠 膨润 土 0 ． 3 KPAM 1 NP AN 第一作者简介 朱宽亮， 高级工程师， 1 9 6 7年生， 1 9 8 9年毕业于大庆石油 学院钻井工程 专业， 西南石 油大学在读博 士， 现 主要从事钻井工艺技术研 究工作。地 址 河北省唐 山市 j 1号 甲区冀 东油 田钻采 工艺研 究院； 邮政 编码 0 6 3 0 0 0 ； 电话 0 3 1 5 8 7 6 8 0 3 7 ／ 1 3 9 3 3 3 7 8 6 01 ； E ma i l z k l p e t r o c h i n a ． c o rn． c n。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 钻 井 液 与 完 并 液 2 0 0 9年 3月 1 抗高温降滤失剂 D S P 2 ％S P NH 3 5 ． 4 钠 膨 润 土 0 ． 3 ％ KP AM 1 NPAN1 DS P2 ％S MP 一 Ⅱ 4 5 ． 4 钠 膨 润 土 0 ． 3 KP A M 1 NPAN 1 DSP 2 SPNH 5 5 钠膨 润 土 0 ． 3 K P AM 1 NP AN 1 DS P 1 ． 5 S PNH 1 ． 5 S M P ～ Ⅱ 表 1 抗温降滤失剂对钻井液热滚后性能的影响 注 热滚 1 8 0℃、 1 6 h 后在常 温下测钻 井液性 能 ； 钻井 液密度为 1 ． 0 3 5 g ／ c m。 ， 切力 为 0 ／ 0 P a ／ P a ， F L H P 与渗透失 水均在 1 8 0 C、 3 ． 5 MP a 下测定 。 2 ． 2 抑制剂的优选 选用 NP 1 4井井深 2 8 0 0 m岩屑， 评价聚合醇 和 甲酸钾对 钻 井 液 抑 制 性 的影 响 ， 结 果 见表 2 。从 表 2 可 以看 出 ， 甲酸 钾 与 聚 合 醇 复合 使 用 的抑 制 效 果最 好 。 表 2抑 制 剂 对 E 评 价 实验 注 实验条件为 9 0。C、 1 6 h 。 2 ． 3 封堵剂的优选 抗 温封堵 剂 的优选 评价 见 表 3 。从 表 3可 以看 出 ， 加 有 2 超 低 渗 成 膜 封 堵 剂 的钻 井 液 的滤 失 量 和渗 透失 水均较 低 ， 且 对 钻井液 的性 能影 响较 小 ， 基 浆配 方如下 。 基 浆 5 ． 4 钠 膨 润 土 0 。 3 KP AM 十 1 NPAN 1 DS P 1 ． 5 S PNH 1 ． 5 S M P 一 Ⅱ 5 甲酸钾 十2 聚合 醇 表 3 抗 温 封 堵 剂 的 优 选 评 价 注 A 为超低渗封堵剂 ， B为成膜剂 ， C为超低 渗成膜封 堵 剂 。 2 ． 4 配方的确定 经过 大量 实验 评价 ， 优 选 出抗 2 0 0 ℃高 温 海水 钻井 液 配方 如下 。 5 海水 膨 润土浆 1 ． 5 9 ／ 6 ～2 ． 0 S MP 一 Ⅱ 2 ％～ 3 ％ S PNH 2 7 00 DS P 5 甲酸 钾 2 ％超 低渗成膜封堵剂0 ． 1 热稳定 剂 A一 2 0 2 聚合 醇 0 ． 3 S P - 8 0 0 ． 4 Y oo 亚 硫酸 钠 重 晶石 该 钻井 液在 2 0 0 ℃老 化 1 6 h后 的 流 变 性 和 滤 失性 见 表 4 。从 表 4可 以看 出 ， 抗 2 0 0。 C高 温 海 水 钻 井液 具有 较强 的抗 高温 稳定 性 。 表 4 抗 2 0 0℃高温海水钻 井液抗温性能 注 热滚条件 为 2 0 0 c、 1 6 h ， F L P 在 2 0 0℃ 、 3 ． 5 MP a 下测 定 ， 钻 井 液 的 p H 值 均 为 9 。 3 井浆转化成抗 高温钻井液研 究 南堡 5 - 4 井上部井浆为海水 聚合物钻井液 ， 经 检 测 ， 该 钻 井液 经 2 0 0℃高温 老化 后流 变性 能变 差 ， 热 稳 定性不 好 ， 不能 满 足 2 0 0℃高 温 钻 井 需 要 。根 据 前期 的室 内研 究 结 果 ， 对 上 部 井 段 现 场 钻井 液 进 行抗 高温 钻井 液 的转化 研究 ， 其 转化 配方 如下 。 基 浆 5 O ％ 三 开 钻 井 液 十 2 0 ～ 5 O 胶 液 海 水 1 ． 5 烧 碱 5 ～6 S P NH 2 ％～ 3 S MP 一 Ⅱ 1 ． 5 ～2 ． 0 DS P 配方基浆 2 超 低 渗 成膜 封堵 剂 HF MP 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 2期 朱 宽亮等 南堡 5 4井抗 2 0 0。 C高温钻 井液的研 究及 应用 5 1 1 ～5 烧 碱 液 浓 度 为 2 0 5 甲酸 钾 0 ． 4 ～0 ． 8 亚硫 酸 钠 重 晶石 1 A 一 2 O 浓 度 为 1 O 0 ～2 聚合 醇 润 滑 剂 ， 钻 井 液 密 度 为 1 ． 3 8 ～1 ． 4 5 g ／ c m。 。 1 热 稳定性 。将转 化后 的钻井 液在 2 0 0。C老 化 一 定时 间后测其 流变性 能 ， 结 果见 表 5 。 表 5转 化 后 的 抗 高温 钻 井 液 性 能 热滚 条件 。PV Y P ℃ h g ／ c m mP a S P a Ge l FL FLH T H P Pa／ Pa mI mI pH 注 Fj r }{ P 在 2 0 0 C、 3 ． 5 MP a下 测 定 从 表 可 以看 出 ， 转化后 的钻井 液性 能稳定 ， 具 有 良好 的流变 性 及热稳 定 性 ， 能够 满 足 2 0 0℃高 温 钻井需 要 。 2 抑制性 。称取 一定 质 量 的南 堡 5 1 1 井 E f 】。 段 岩心 ， 放入转化 后 的抗 高温钻 井液 中 ， 并 在 2 0 0 C下 滚动 1 6 h ， 测得 岩 心 回收 率 大 于 9 3 。 二 次清 水 回 收率 大于 9 2 见 表 6 ， 说 明抗 高温 钻 井 液抑 制 性 能较强 。 表 6高温钻 井液抑制性实验 配方 一次 回收率／ 二次清水 回收率／ 0 0 3 抗 钻屑 污染能力 强 。在转 化后 的抗 高温 钻 井 液 中加 入不 同比例 的岩 屑 粉 ， 测定 该 钻 井液 流 变 性 及滤失性 能 ． 结 果见表 7 。从表 7 可 以看 出 ， 抗 高 温 钻井 液流 变性 能稳 定 ， AP I 滤失量 降低 ， 高温 高压 滤 失量 稍有增 加 ， 但 均 小 于 2 O mI 。说 明转 化 后 的抗 高温钻井 液能够 有效抑制 岩屑 粉对钻井 液性 能的影 响 。 4 荧光评 价 。转 化后 的抗 高温钻井 液在 2 0 0℃ 热滚 1 6 h后 ， 经 现 场 检 测 ， 其 体 系 荧 光 级 别 为 4 ． 9 级 ， 满足地 质录井 小于 5级的要求 。 5 油层保护效 果评价 。转 化后 的抗 2 0 0。 C高温 钻 井液对储层 具有 较好 的保 护 油层 效 果 ， 返排 渗 透 率恢 复值 高达 9 7 。 表 7 抗高温钻井液抗岩屑污染能力实验 注 F L H T H P 在 2 0 0℃、 3 ． 5 MP a 条件下测定。 4 现 场 应 用 4 ． 1 抗高温钻井液的转化及维护 南堡 5 4井 四 开 、 五开 使 用 抗 高 温 钻 井 液 。 四 开前 ， 使用 原井 浆钻 水 泥 塞 ， 放 掉 被 污 染 的井 浆 后 ， 根 据室 内研 究结 果 进 行 钻 井 液 转 化 。首 先 配 制 胶 液 ， 完全溶 解后 与井浆 按 1 1 混合 ， 在 此基 础 上按 照 抗 高温 钻 井 液 配 方 依 次 加 入 2 HF MP、 5 烧 碱 液 、 0 ． 4 亚 硫酸 钠 、 重 晶石 、 5 甲酸钾 、 2 聚合 醇 等抗 高温 处理剂 并 充 分循 环 ， 待 钻井 液 处 理剂 相 互 充 分作用 、 性 能 稳 定 后 ， 更换 振 动 筛 筛 布 的 孔 径 为 0 ． 1 2 5 ～0 ． 1 5 4 mm， 钻穿最 后几米 水泥塞 ， 并 及时 加 入纯 碱等 处理被 污 染 的钻 井 液 。在 钻进 过 程 中 ， 钻 井 液黏度 一直走 上 限 ， 以便 更好地稳 定井壁 ， 按配 方 以等浓度 处理原 则 用胶 液 方式 进 行 维护 ， 保 持 各种 处理 剂在 钻井液 中 的含 量 ， 并 随 时保 持烧 碱 水 的用 量 ， 以保持 钻井 液 的 p H 值 不小 于 9 ， 保持 钻井 液具 有 良好 的性 能 。 4 ． 2 效果 分析 1 该井从 井深 4 4 2 1 m 至井深 5 5 0 0 m 应 用抗 2 0 0 C高 温钻井 液 ， 室 内对 钻 井 液性 能 进 行 了跟 踪 检测 ， 结 果见 表 8 。 f／ 】 2 1 5 ． 9 mm 井 眼 在 井深 5 3 5 9 m 中途完 钻时 ， 实际 测 井温 度 为 1 9 3 C。从 表 8可 以看 出 ， 该抗 高温钻 井 液具 有 较 好 的热 稳 定性 及 滤 失性 ， 钻井过程中钻井液流变性能基本保持不变， A P I 滤 失 量 低 于 4 mI ， 高 温 高压 滤 失 量 低 于 6 ． 4 m I 。 2 该 抗 高温 钻 井 液 抑 制 性 好 ， 井 径 扩 大 率 小 。 如表 9 所示 ， 高温井段 4 4 2 1 ～5 3 5 9 m钻遇火成岩 5 4 0 m， 平均 井径 扩大 率 为 1 ． 7 6 ， 5 3 5 9 ～5 5 0 0 m 井段 平均 井径扩 大率 为 4 ． 6 7 。 下转第 5 5页 O 5 O 5 。 { O 5 0 O 慨 ㈣ 啷 咖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 2期 吴彬 等 钻 井液 处理剂 对 气体 水合物 生成 温度和 压 力影 响研 究 5 5 5 结 论 1 ．研制 出一 种 可视 化 气 体 水 合 物 模 拟 生 成 实 验装 置 ， 用 其可有 效 观察 钻 井 液 中气 体 水合 物 的生 成 。 2 ．海洋 钻井 用 水基 钻 井 液 除 了采 用 1 7 K C 1 加 重 的 P R D钻井 液之 外 ， 均 不能很 好地抑 制气 体水 合 物 的生 成 。 3 ．在钻 井液 中加 入一 定 量 的盐 类 及 醇 类 处 理 剂 能够有 效抑制 气体水 合物 的生成 。 4 ．室 内研 究 出适 合 于深 水 钻 井 的高 盐 聚 胺 钻 井液体 系 ， 并 对其相 关性能进 行 了评 价 ， 该 体 系具有 良好 的抗 温性 、 抗污 染能 力 、 润滑性 、 抑制 性 、 储 层保 护性能 、 抑制 水合物 能力 以及低温 流变特性 。 参 考 文 献 田志坤．海洋深水钻井的技术课题 与展望[ J ． 国外钻 井 技 术 ， 1 9 9 6 ， l 】 2 1 8 2 O Pa t W a t s o n ， Er i c Kol s t a dAn I n no v at i v e Ap pr o a c h t O De v e l o pme nt Dr i l l i ng i n De e pwa t e r Gu l f of M e xi c o E R ] ． S P E 7 9 8 0 9 ， 2 0 0 3 胡玉峰． 气体 水合物及相 关新技术 研究进 展[ J ] ． 天然 气 工 业 ， 2 0 0 l ，2 l 5 8 4 8 6 白小东 ， 黄进 军 ． 侯 勤立． 深 水钻井液 中气体水 合物 的 成 因分析及其防治措施[ J ] ． 精细石油化工进 展， 2 0 0 1 ， 5 4 53 57 W i l l i a m Ha l l i d a y ． Ne w Ga s Hy d r a t e I nh | bi t o r s f or De e p wa t e r D r i l l i n g F l u i d s [ R ] ．S P E 3 9 3 1 6 收 稿 日期 2 0 0 8 1 2 2 1 ； HGF--0 9 0 2 W 5 ； 编 辑 汪桂 娟 船- Ne 曲坐业业坐韭 }业坐 船业 业 韭 业 业 妇 逝业尘业业业业蛊业幸 啦妇啦船出 业聱 上 接 第 5 l页 表 8现场抗高温钻 井液性能 热 滚 前4 0 1 9 ． 4 4 ． 5 1 2 ． 0 1 ． 6 4 ． 8 2 O 7 ． 1 热 滚 后 2 2 O ． 2 1 2 ． 5 ／ 4 4 ． 5 1 ． 3 热 滚 前4 O l 6 ． 8 6 ． 5 ／ 1 8 ． 0 1 ． 2 2 ． 0 2 5 1 4 ． 2 热 滚 后 2 O 2 2 ． 1 3 ． 5 6 ． 0 4 ． 0 6 ． 4 4 8 8 4 常温 4 5 1 6 ． 3 4 ． 0 ／ l 1 ． 5 1 ． 0 4 ． 0 2 4 6 4 ． 1 5 0 4 8 常温 3 3 9 ． 6 1 ． 5 ／ 5 ． 0 1 ． 6 4 ． 0 2 2 1 0 ． 7 5 2 0 2 常温 2 6 8 ． 6 1 ． 0 ， 4 ． 5 1 ． 2 4 ． 2 1 5 2 1 ． 0 注 热滚条件为 1 8 0 C、 1 6 h ， 钻井液密度为 1 ． 3 1 ～1 ． 3 9 g／ c n l 。 表 9 高温井段平均井径扩大率 3 该抗高温钻井液油层保护效果好。取露头岩 心对 井深 5 2 0 5 H 1 处 抗 高 温钻 井 液 进 行 实 验 ． 测 得 岩心 的返排渗 透率恢 复值达 到 9 8 ． 7 3 。 4 该抗 高温钻井 液性能 稳定 ， 维 护处 理简 单 ， 可 根据 需要调 整 ， 中 间起 下 钻 、 测 井 及 固井 顺 利 ， 无 阻 卡现 象 ， 很好 地满 足 了工 程需要 。 5 结论 与认 识 1 _ 该 抗高 温 海 水 钻 井 液 具 有 良好 的抗 高 温 流 变性 能和 热稳 定 性 ， 可满 足 抗 2 0 0 C海 上 深井 钻 井 需要 ； 具有较 强 的抑 制能 力及悬 浮能 力 ， 井径 扩大 率 小 ， 井 眼畅通 ， 井 底 清洁 ， 为井 下 施 工 安 全提 供 了强 有力 的保证 。 2 ．现 场应 用 表 明 ， 陔抗 高 温 钻 井 液 配方 简 单 ， 现场处 理 、 维 护方 便 ， 性 能 稳 定 易调 整 ， 并 可 从上 部 已用钻井 液进 行转化 ， 保持 了钻 井液 应用 的连续 性 ， 显 示 了其 良好 的经济 性 。 参 考 文 献 [ 1 ] 赵 秀全 ， 李伟平 ， 王 中义． 长 深 5井 抗高温 钻井液技 术 [ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 7 ， 3 5 6 6 9 7 2 [ 2 ] 徐 同台． 深井泥浆[ M] ． 北京 石油工业 出版社 ， 1 9 9 4 [ 3 ] 于兴东 ， 姚新 珠 ， 林 士楠 ， 等． 抗 2 2 0 C高温 油包 水钻井 液研究与应用[ J ] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 1 ， 2 9 5 4 5 4 7 [ 4 ] 张毅 ， 李竞 ， 熊雄 ， 等． 莫深 I井抗 高温高密度 K DF钻 井液室 内研究[ j ] ． 钻井液与完井 液， 2 0 0 7 ， 2 4 2 8 1 0 收 稿 日期 2 0 0 8 l 2 - 2 1； HGF-二0 9 0 2 N8 ； 编 辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m