南堡潜山油气层钻井完井液技术.pdf

第 3 2卷 第6期 2 0 1 5年l 1月 钻井液与 充井液 DRI L LI NG F LUI D ＆ COMP L ETI ON F LUI D 、 ， 0 1 ． 3 2 No． 6 No v ．2 0 l 5 d o i 1 0 ． 3 6 9 6 ／ j ．i s s n ． 1 0 0 1 - 5 6 2 0 。 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 0 5 南堡潜山油气层钻井完井液技术 卢淑芹， 姜薇， 陈金霞， 吴艳 冀东油田钻采工艺研究院，河北唐山 卢淑芹等 ． 南堡潜山油气层钻井完井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 5 ，3 2 6 1 8 - 2 1 ． 摘要冀东油田南堡潜山油气藏埋藏深 4 0 0 0 5 6 0 0m ， 地温梯度大 4 ． 2 2 。／ 1 0 0m ， 井底最高温度为 2 2 3℃， 地层压力系数低，为0 ． 9 6 ，储层微裂缝发育，气油比大。为满足其储层保护和安全生产的需要，研究了抗 2 2 0 o C 高温 低密度低固相钻井液和抗 1 7 0℃高温冻胶阀技术。抗高温低密度低固相钻井液选择 2种 四元共聚物分别作抗高温增黏 剂和抗高温降滤失剂，并配合使用 S MP和 S P NH以及耐温封堵剂F T 3 0 0 0 ，抗高温水包油钻井液由研制的抗温能力强、 抗盐能力好的H WZ R和 H WF R乳化剂，优选 出的增黏剂HV F H和抗高温降滤失剂 H WF L ． H与H VS H等组成，2套 体系在 2 2 0 c C 老化 4 8 h性能良好，可满足井眼清洁的需要，使用密度范围为0 ． 9 8 ～ 1 ． 0 8 g ／ c m 3； 抗高温冻胶阀实现了 起下钻和套管回接过程分隔油气层和保护油气层的目的。目前已钻井2 2口，8口探井应用 了抗高温低固相钻井液，l 3 口开发井应用 了水包油钻井液， 2口井应用了抗高温冻胶段塞封堵技术， 均取得 良好的效果， 确保 了全过程油气层保护。 关键词 潜山油气藏 ； 高温 ； 抗高温低密度钻井液 ； 冻胶阀 ； 南堡油田 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 5 0 6 ． 0 0 1 8 - 0 4 深层潜山油气藏已成为目 前冀东油田勘探开发的 主力油藏。南堡潜山油藏埋藏深 4 0 0 0 5 6 0 0 m ， 裂隙发育，气油比高，油气产量高， 具有较好的发展 前景。但是该油田埋藏深，地温梯度大，井底地温梯 度为 3 ． 9 1 ～4 ．2 2℃／ 1 0 0 m左右，井底温度高，给安 全钻井带来困难 ； 0 ．9 6的孔隙压力系数虽属正常，但 相对于高油气储层也属于较低的压力系数，易发生漏 失，给钻井安全和储层保护带来风险[ 1--4 ] o为了更好 地满足安全钻井需要，并保护好储层，开发出了抗 2 2 0℃高温低密度低固相钻井液体系和抗高温冻胶阀 技术 ，现场应用取得了较好效果 。 1技 术难 点 通过分析南堡深层潜山地层和储层特点发现，在 该油田钻井过程中主要存在以下技术难题 ①井底温 度高达 2 0 0 1 2 以上 ，常规钻井液难以满足耐温要求 ， 在高温下易发生降解、交联、钝化等问题，使钻井液 性能恶化，直接影响钻井液携岩能力、导致钻井液滤 失量增大等。②潜山灰岩储层，裂缝发育，易发生漏 失。 大量漏失给储层带来严重伤害。 ③高气油比储层， 漏失压力较低 ， 经常发生漏 、 喷交替出现的复杂情况 ， 而且钻井液密度窗口非常窄， 井控安全风险较大。 2 保 护油气层 措施 南堡油 田潜山储层为裂缝发育 的灰岩地层 ，由于 裂缝发育 ，压力系数低 ，更易发生漏失而造成污染 ， 其最好的保护措施是控制外来液体不进入或较少进 入， 避免固相堵塞和水锁等伤害的发生。因此， 研究 钻井液体系时，在保证其抗高温性能的同时，尽可能 降低钻井液固相含量和密度，在完井过程用抗高温冻 胶封隔油气层，降低漏失的发生，以最大限度地保护 油气层 。 2 ． 1 低固相抗高温钻井液技术 经过室内大量优选和评价实验 ，最终选择 2种四 元共聚物分别作为抗高温增黏剂和抗高温降滤失剂 ， 配合磺化酚醛树脂和磺化褐煤树脂以及耐温封堵剂 F T 3 0 0 0 ， 形成了抗 1 8 0 2 2 0℃高温低密度和无固相 钻井液体系，配方如下。 基浆或水 1 ％～5 ％ 抗高温增黏剂 S 2 ％～ 第一作者简介 卢淑芹， 高级工程师，1 9 6 6年生， 1 9 9 0年毕业于石油大学钻井工程专业， 现主要从事钻完井液技术研究工作； 地址 河北省唐 山市冀东油田公 司钻采工艺研究院 ； 邮政编码 0 6 3 0 0 0；电话 0 3 1 5 8 7 6 8 O 3 9 ／ l 8 6 3 3 3 2 1 1 2 2； E - ma i l l u s h q 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 第3 2卷 第 6 期 卢淑芹等南堡潜山油气层钻井完井液技术 1 9 3 ％ 抗高温降滤失剂 J R _ 2 ％～4 ％ 褐煤树脂 1 ％ ～2 ％ 磺化酚醛树脂 2 ％～4 ％ F T 3 0 0 00 ．8 ％ Na 2 S O 润滑剂 O ． 1 ％A． 2 0 评价 显示 ，该抗 高温低 密度钻井液 体系在抗 高 温增黏剂用量为 l ％～2 ％时能较好地满足高温深井 悬浮携岩需要， 而无固相钻井液只需将抗温增黏剂 加量增加到 3 ％～5 ％即可 ； 抗高温降滤失剂加量为 2 ％～3 ％时， 降滤失效果较好， 配合褐煤树脂和磺化 酚醛树脂可进一步降低滤失， 但由于褐煤树脂和磺化 酚醛树脂在超高温条件下易发生反应而使体系增稠， 因此 2者总量应小于 6 ％， 且配 比为 2 1 时效果较好 ； 另外耐温封堵剂 F T 3 0 0 0的加入起到了较好 的封堵作 用，高温保护剂 A 一 2 0和除氧剂 N a 2 S O 的加入， 较好 地消除了体系高温引起的交联反应， 确保了性能稳定。 如表 1 所示， 该抗高温钻井液体系在 1 8 0 ～2 2 0 ℃老化 1 6 h 后的性能均较好 ，随着 2 2 0℃养护时间 的增长，体系表观黏度和塑性黏度略有增加，动切力 和动塑比略有增加。高温高压流变实验结果显示，随 温度升高，体系表观黏度、塑性黏度、动切力基本不 变，动塑比升高 ，如图 1 所示。表 1 和图 1 说明，该 体系在高温下也可保持很好的携岩能力，且经长时间 的高温仍保持较好的稳定性，耐温性较强。 表 1 抗 1 8 0 2 2 0 o C 高温低密度钻井液的性能 2 ． 2 抗高温水包油钻井液技术 水包油钻井液以其密度低、稳定井壁和油层保护 效果好 而得 到广泛应用 [ 5 - 6 ] o然而水包油钻井液由于 受到乳化剂和处理剂耐温性限制 ，高温稳定性难以控 制，应用温度均在 2 0 0℃以内。为了满足潜山地层钻 井需要 ，研制抗温能力强 、抗盐能力好的 2种乳化剂 H WZ R和 H WF R，优选出增黏剂 H V F H和抗高温降 滤失剂 H wF L H与 H V S H等， 并通过配伍性评价和 加量优选，确定了抗 2 2 0 oC 高温水包油钻井液体系配 方如下 ，其性能见表 2 、表 3 。 淡 水 5 白油 7 3 或6 4 0 ． 1 5 ％N a 2 C O 0 ． 2 ％ Na OH 2 ％～3 ％增 黏 剂 HVF H 5 ． 5 ％主 乳 化 剂 HWZ R 1 ％辅乳化剂 HWF R 1 ． 5 ％～2 ． 0 ％降滤失 剂 H VS ． H 1 ％降滤失剂 H WF L ． H 3 ％S MP 一 2 1 ％ 高 温稳定剂 HG W 表 2 抗 2 2 0 o C 高温水包油钻井液体系性能 水油 热滚A V ／PV ／ Y P ／ 比条件 mP a s mP a S P a 咖 ， ／ 量 ／ H 1 L mL mL p H 注 热滚条件为 2 2 0 o C 老化 4 8h 。 T |t 鞔 | p |PV ／ Y P／Y P／ PV ／ Ge t f FL F L H o C h g ／ c m mP a s P a P a J mP a s P a ／ P a m L mL 表 3 抗 2 2 0℃高温水包油钻井液体系抗污染性评价 注 钻井液配方为 5 ％膨润土浆 O ． 8 ％D s P 1 ％s MT 0 ． 8 ％ 聚胺 ． 1 8 ％S P NH 4 ％S MP ． I 2 ％F T 3 0 0 0 0 ． 8 ％亚硫酸钠 0 ． 1 ％ A． 2 0 3 ％白油 O ． I ％A BS N。 污染物 p AV ／ 晰 PV ／ s Pa Y P／ F m LA L p／ 注 热滚条件为 2 2 0 o C 老化 4 8 h 。 从表 2 、表 3可 以看 出，抗高温水包油钻井液具 有 良好稳定性 ，不 同油水 比的钻井液稳定性均 良好 ， 老化前后流变性能稳定，无油析出，且滤失量低 ； 特 别是抗钻屑 、水及原油污染能力强 ； 在钻屑、水及原 油的影响下，钻井液体系的流变性、滤失量变化均不 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 钻井液与 完 井液 2 0 1 5 年 1 1 月 大，体系稳定性 良好 ，能满足现场应用的要求 。 2 ． 3 抗高温流体段塞技术 南堡潜山井大都为裸眼完井， 虽然确保了钻井过 程的防漏和储层保护，但套管回接和完井过程仍然有 较大的漏失风险和安全隐患。因此为了确保钻完井全 过程油层保护，研究了抗高温冻胶封堵技术。其基本 配方为 抗高温聚合物 交联剂 调节剂 [7 - 11 ] 从图 2 可以看出， 该体系具有初期黏度较低、确保能顶替 到位 、一定温度后快速成胶形成强度 、封隔油气上窜 的特性， 且耐温性好。该体系在 1 5 0℃养护 7 d 性能 稳定，强度高，3 0 0 m承压 1 5 MP a ，成胶时间可调， 能够满足潜山顶部封隔油气层需要。 1 加 l 2 O l 0 o 一一8 O b - 6 0 4 0 2 0 O t／ mi n 图 2 抗高温冻胶封堵技术成胶曲线图 3 现 场应 用 1 4 0 0 0 l 2 o 0 0 1 0 0 0 o 8 0 o O 6 0 0 0 4 0 0 O 2 O 0 0 0 冀东潜山油气层埋深在 4 0 0 0 5 6 0 0 m之间， 储层温度均在 1 8 0 2 2 3 o C之间，其 中南堡 2 8 0井试 油井底流动温度为 2 2 3℃，南堡 3 ． 8 2井井底温度 为 2 1 5 ．9 oC 。目 前已钻井 2 2口，8口探井应用了抗高温 低固相钻井液，1 3口开发井应用了水包油钻井液，2 口井应用了抗高温冻胶段塞封堵技术 ，均取得 良好 的 效果 ，见表 4和表 5 。 表 4 N P 3 ． 8 2 、N P 3 ． 8 1 和 N P 2 8 0并现场钻井液性能 a ／ P l Fv| Pv| Y P|YP| P v| Ge { |FL ／ 升 可 mP ． ． d o 3m g ／ c m s mP a s P a P a ／ mP a s P a ／ P a mL mL 从表 4 可 以看出 ，现场抗高温钻井液有 良好的流 ，变．1生； 在经过高温的长期老化后仍保持很好的流变性 和较低的滤失量。说明该体系具有较强的抗温性能， 且保持了较低的密度，漏失量小，较好地满足了保护 储层和勘探开发的需要 。 表 5 NP 3 2 ． P 3 0 0 2和 N P 2 3 ． P 2 0 1 6井水包油钻井液性能 井号P y P a ／ m P a s P a ／ P a 凡 m 圳 L 凡 m H T L 水油比 ⋯ ● ⋯H 表 5 显示，抗 2 2 0℃高温水包油钻井液具有较强 的抗温能力 NP 3 2 ． P 3 0 0 2井实测井底温度为 2 0 4℃ 。 经过 1 4 d的使用，在油水比高达 3 7 6 3 的情况下， 该钻井液仍能保持乳状液性能稳定 ； 且由于体系固相 少、润滑性 良好 、扭矩稳定 ，为水平井钻井施工提供 了保证 ； 在钻井过程中的8 次起下钻作业顺畅，体现 了水包油钻井液具有良好的携岩及清洁井眼能力。其 密度较低 ，常温和高温滤失量小，最大限度地减少了 储层的污染， 最大程度地保护了储层， 点火成功 7 次， 其中钻进过程中成功点火 3 次。 N P 2 3 ． P 2 0 1 6井 冻胶 阀施 工显 示 ，完钻 后 泵 人 4 0 0 m 即 8 m 3 冻胶后，检测没有后效 ，说明抗高 温冻胶段塞成功地封隔了油气。进行上部套管 回接过 程顺利， 无漏失、反复压井等复杂情况发生 ； 完井作 业采用水力冲击破胶和投产一体化管柱，取得良好效 果。高温冻胶段塞关键性能参数和主要技术指标满 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 2卷 第6 期 卢淑芹等南堡潜山油气层钻井完井液技术 2 1 足现场工艺需求，为全过程油层保护提供了技术基 础。冻胶封堵技术为潜山段完井提供 1 3 d 安全作业 时间， N P 2 3 - P 2 0 1 6 井 日 产油量为 5 O t ／ d ，日产气量为 5 x 1 0 n l ／ d ，单井产量和累计产量是潜山水平井中最 好 的。 4 结论 1 ． 抗 2 2 0 高温低密度水基钻井液有较好的耐温 稳定性，经老化 4 0 h 后，能保持较好的流变性和较 低的滤失量，能够满足南堡油田潜山地层高温、低密 度钻井需要。 2 ． 抗 2 2 0℃高温水包油钻井液高温乳化效果好， 性能稳定， 老化前后均无油水析出， 且滤失量低、 抗 污染能力强 ，密度可调 ， 更有利于深层开发井 的储层 保护 。 3 ． 抗高温冻胶段塞封堵技术，较好地满足了深层 高温井封隔油气上窜的通道 ，承压可达 1 5 MP a ，为 套管回接、完井施工等提供了可靠的保障。 4 ． 抗高温低密度钻井液和抗温冻胶段塞封堵技术 的协调应用，是实现南堡深层潜山全过程油层保护的 技术保障。 参 考 文 献 ⋯谢彬强 ，邱正松 ． 基于新型增黏剂的低密度无固相抗高 温钻井液体系 [ J 】 ． 钻井液与完井液， 2 0 1 5 ， 3 2 1 1 - 6 ． Xi e Bi n q i a n g ， Qi u Z h e n g s o n g ． D e v e l o p me n t a n d e v a l u a t i o n o f l o w d e n s i t y s o l i d s - f r e e h i g h t e mp e r a t u r e d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． Dr i l l i n gF l u i d＆C o m p l e t i o n F l u i d ， 2 0 1 5 ， 3 2 1 1 6 ． [ 2 ] 朱宽亮，王富华 ， 徐 同台，等 ． 抗高温水基钻井液技术 研究与应用现状及发展趋势 I [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 9 ，2 6 5 6 0 6 8 ． Z h u Ku a n l i a n g，W a n g Fu h u a，Xu To n g t a i ，e t a 1 ． S t a t us i n q u a a n d p r o g r e s sIs t u d y a n d a p p l i c a t i o n o f h i g h t e mp e r a t u r e d r i l l i n g f l u i d s I [ J ] ． Dr i l l i n g Fl u i d＆ C o m p l e t i o nF l u i d ，2 0 0 9 ，2 6 5 6 O 一 6 8 ． [ 3 】 朱宽亮，王富华 ，徐同台，等 ． 抗高温水基钻井液技术 研究与应用现状及发展趋势 Ⅱ [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 9 ，2 6 6 5 6 6 4 ． Zh u Ku a n l i a n g，W a n g F u h u a，Xu To n g t a i ，e t a 1 ． S t a t u s i n q u a a n d p r o g r e s s Ⅱ s t u d y a n d a p p l i c a t i o n o f h i g h t e mp e r a t u r e d r i l l i n g f l u i d s Ⅱ 【 J 】 ．Dr i l l i n g Fl u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 0 9 ，2 6 6 5 6 - 6 4 ． [ 4 】 黄维安 ，王在明，胡中志，等 ． 低 固相超高温水基钻井 液研究及应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 1 5 ， 3 2 2 1 - 5 ． Hu a n g W e i a n，W a n g Za i mi n g，Hu Zh o n g z h i ，e t a 1 ． S t u d y a n d a p p l i c a t i o n o f l o w s o l i d s u l t r a - h i g h t e mp e r a tur e wa t e r b a s e d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． Dr i l l i n g Fl u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ． 2 0 1 5 ， 3 2 2 1 - 5 ． [ 5 ] 张高波 ， 徐家 良， 史沛谦 ， 等 ． 抗高温低密度水包油钻井 液在文古 2 井的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 2 ， 1 9 3 3 0 ． 3 2 ． Z h a n g Ga o b o，Xu J i a l i a n g， S h i Pe i q i a n， e t a 1 ．Appl i c a t i o n O f h i g h t e mp e r a t u r e a n d l o w d e n s i t y O i 1 ． i n - wa t e r d r i l l i n g fl u i d i n we l l We n g u 一 2 [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ， 2 0 0 2 ，1 9 3 3 0 ． 3 2 ． [ 6 ] 马文英 ， 刘彬 ， 卢国林，等 ．抗温 1 8 0 o C 水包油钻井液研 究及应用 [ J ] ． 断块油气田，2 0 1 3 ， 2 0 2 2 2 8 ． 2 3 0 ． M a W e ny i n g， Li u Bi n， Lu Gu o l i n，e t a 1 ．S t u d y a n d a p p l i c a t i o n o f a n t i t e mp e r a t u r e 1 8 0℃ o i l i n - wa t e r d r i l l i n g f l u i d [ J ] ． F a u l t B l o c k O i l＆Ga s Fi e l d ，2 0 1 3 ，2 0 2 2 2 8 ． 2 3 0 ． [ 7 】 胡挺 ，曾权先， 李华磊 ，等 ． 冻胶阀完井技术研究与应用 石油 [ J ] ． 石油钻采工艺，2 0 1 2 ，3 4 1 3 2 3 5 ． Hu T i n g ，Ze n g Qu a n x i a n ，L i Hu a l e i ，e t a 1 ． S t u d y a n d a p p l i c a t i o n o f s ma r t p a c k c o mp l e t i o n t e c h n o l o g y [ J ] ． Oi l Dr 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 2 ，3 4 1 3 2 3 5 ． [ 8 ] 王维， 杨波， 李占伟， 等 ． 抗高温聚束钻井液在南堡 3 ． 1 5 井的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 4 1 5 ． 1 8 ． W a n g W e i ，Ya n g Bo，Li Zh a n we i ，e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n o f h i g h t e mp e r a t u r e p o l y me r i c mi c e l l e d r i l l i n g fl u i d i n W e l l Na n p u 3 - 1 5 [ J 】 ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 1 4 ， 3 1 4 1 5 ． 1 8 ． [ 9 ] 朱宽亮，卢淑芹 ， 徐同台，等 ． 南堡 5 4井抗 2 0 0 o C 高温 钻井液的研究及应用 【 J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 9 ， 2 6 2 49 ． 51 ． Zh u Ku a n l i a n g，Lu S h u q i n，Xu To n g t a i ，e t a 1 ． A s t u d y a n d a p pl i c a t i o n o f h i g h t e mp e r a t u r e d r i l l i n g flu i d f o r we l l n a n p u 5 4 [ J ] ．Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 0 9 ，2 6 2 4 9 ． 5 1 ． [ 1 0 ] 李栓，张家义， 秦博 ，等 ， B H - K S M 钻井液在冀东油田 南堡 3号构造的应用 [ J ] _ 钻井液与完井液， 2 0 1 5 ， 3 2 2 9 3． 9 6． L i S h u a n，Z h a n g J i a y i ，Qi n Bo ，e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n o f BH- KS M Dr i l l i ng Fl u i d i n Na n p u 3 S t r u c t u r e o f J i d o n g O i l fi e l d [ J ] ．Dr i l l i n gF l u i d＆C o m p l e t i o nF l u i d ， 2 0 1 5 ， 3 2 2 9 3 ． 9 6 ． [ 1 1 ]张立民，赵亚宁，卢淑芹，等 ． 无 固相弱凝胶钻井完井液 在南堡油田的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 0 ， 2 7 2 81 ． 8 3． Zha n g Li mi n，Zh a o Ya n i n g，Lu S hu q i n，e t a 1 ．Th e a p p l i c a t i o n o f s o l i d s - fle e we a k g e l d r i l l -- i n flu i d i n b l o c k n a n p u [ J ] ． Dr i l l i n gF l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ， 2 0 1 0 ， 2 7 2 81 一 R3 ． 收稿 日期2 0 1 5 ． 7 ． 3 ；H GF 1 5 0 5 M3 ；编辑马倩芸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m