海塔盆地塔南区块钻井液配方优化.pdf

第 3 1卷 第 2期 2 0 1 4年3月 钴井 液与 完井 液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLET1 0N FLUI D V0 1 ． 31 NO． 2 M a r ．20l 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 2 ． 0 2 3 海塔盆地塔南区块钻井液配方优化 肖昌， 于雷 中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦 肖 昌等 ． 海塔盆地塔南区块钻井液配方优化 [ J 1 ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 2 8 5 8 8 ． 摘要海拉尔 一 塔木察格盆地塔南区块地质情况十分复杂，易发生井漏和井塌。现应用做泡沫钻井液，该钻井永 触变性能不理想，动切力和高温高压滤失量偏高，抑制水化膨胀能力不足，防水敏和水锁损害效果不好。优选出了降 低水锁损害的表面活性剂K Z O _ 3 ％～O ． 5 ％ ，减轻水敏损害的胺基聚醇AP ． 1 0 ． 3 ％～0 ． 4 ％ ，并改以AB S和S DS的 复配物 7 3 作发泡剂， 引入 H V - C MC和 P AC 。 1 4 1 作稳泡剂。室内评价结果表明， 优化后的徵泡沫钻井液流交性能好， 痣失量低，抑制性强，储层保护效果好。现场应用 6口井的平均井径扩大率为9 ． 0 1 ％．降低了6 ． 1 7 ％，平均机械钻选 提高了 1 5 ． 5 ％．缩短了建井周期，且具有 良好的储层保护效果。 关键词徽泡沫钻井液 ； 钻井液配方 ；井眼稳定 ； 防止地层损害 ； 塔南区块 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 40 2 0 0 8 5 0 4 随着大庆 长垣内部高渗油田不断被开发 ，油 田含 水率越来越高，保持产量稳定的难度越来越大，加快 外围海拉尔 一 塔木察格盆地三低油田的开发，对保持 大庆油田的产量稳定有着非常重要的意义。 而海拉尔一 塔木察格盆地塔南区块地质条件复杂、地层倾角大、 钻井难度高、钻井过程中易发生井壁失稳现象，因此 开展海塔盆地塔南 区块钻井液配方优化技术 的研究及 应用 ，对于保持钻井过程 中的井壁稳定 、最大限度保 护储层、降低复杂事故 、进一步缩短钻井周期，实现 该区勘探开发总体目标具有重要的现实意义 ⋯ 。 1 现用微 泡钻井液的优化 现场应用的微泡沫钻井液虽然对该区储层具有相 对较好的保护效果，但部分流变性能参数调控不当、 触变性能不理想 、动塑比和高温高压滤失量偏高 、抑 制水化膨胀能力不足 、减轻水敏和水锁损害的效果不 理想 。 】 ，需要对其进一步优化，其配方如下。 l 4 ％膨润土 O ． 2 ％纯碱 0 ． 2 ％～3 ％ K P AM 0 ． 4 ％ ～ 0 ． 5 ％ NH 一 NP AN 0 ． 4 ％ ～ 0 ． 5 ％ S P NH 0 ． 2 ％～ 0 - 3 ％ HV - C MC 0 ． 1 5 ％～0 ． 2 5 ％ A BS 1 ． 1 减轻水锁损害的处理剂优选 研究表明，依靠降低钻井液滤失量来减轻水锁损 害效果有限，所 以从降低表面张力人手 ，寻找合适的 表面活性剂降低滤液表面张力。调研了 l 0多种表面 活性剂，从价格及与地层配伍性来考虑，选择了 6 种 进行评价对比及加量优选实验 ，其结果见表 l 。 表 1 低表面张力的表面活性剂优选数据 量 乙 二 醇 警霎 由此 可知 ，低 泡表面活性 剂 、表面活性 剂 K Z、 聚合醇和胺基聚醇这 4 种表面活性剂表面张力都不 大，而且表面张力降低率最高值都在 1 0 ％以上 ； 相 对而言，表面活性剂 K Z和胺基聚醇的表面张力降低 g g -- p C r肖昌，助理工程师，毕业于东北石油大学。地址 辽宁省盘锦市兴隆台区惠宾街9 1 号钻采工艺研究院 ； 邮 政编码 1 2 4 0 1 0；电话 1 5 1 4 2 7 8 6 6 5 1； E ma i l x c x c x c 1 4 3 2 1 6 3 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 钴井液与 完 井液 2 0 1 4年 3月 率更大些，最大值分别达到了2 5 ．2 ％和 1 7 ．6 ％，但是 胺基聚醇表面活性剂加量大且不稳定 ，所 以选择表面 活性剂 K Z作为该区钻井液降低水锁损害的处理剂， 其加量为 0 ．3 ％～0 ． 5 ％时， 降低表面张力的效果最好。 1 ． 2 减轻水敏损害的处理剂优选 减轻水敏损害可以从降低滤失或提高钻井液抑制 性人手，选择的胺基聚醇 A P ． 1 本身是一种页岩抑制 剂，其中的胺基能与储层中的黏土颗粒以氢键的形式 吸附在一起 ， 在泥饼上形成一层表面活性剂保护膜 】 ， 从而阻止滤液向地层渗透。A P 1 的加量优选实验数 据见表 2 。由此确定其加量在 0 ．3 ％～0 ．4 ％时较合理。 表 2 AP ． 1 在 1 配方中的加量优选实验 1 ． 3 发泡剂和稳泡剂的优选 1 发泡剂的优选。按照发泡剂评价标准实验程 序 S Y ／ T 5 3 5 o _ _ 9 1 ，在 2 0 0 mL淡 水 中加 入 0 ． 5 ％ 的 发泡剂，然后搅拌 2 min ，测试体系的发泡量与半衰 期 [7 -8 ] o根据调查研究及现场经验发现，单一发泡剂 的发泡效果往往没有2 种发泡剂复配使用效果好[9 - 10 ] ， 因此选择了一种发泡效果良好且与地层配伍的发泡剂 十二烷基硫酸钠 S D S ，设计了几种方案，进行单剂 及复配效果对比实验 ，其结果见表 3 。 表 3 发泡剂单剂及复配效果对比实验结果 发 盏 现 象 描 述 由此可知 ，ABS和 S DS以 7 3的比例复配的方 案性能最好，该方案生成的泡沫细小均匀，且体系稳 定，因此选定该方案作为发泡剂的复配方案。研究 了发泡量和半衰期与复配剂加量的关系，如图 1 所 示。发泡量 随着复配剂加量 的增加 而增加 ，当加量 达到 0 ． 4 ％时 ，复配剂发泡量最大 ，再增加复配剂加 量，发泡量变化较小 ； 当复配剂加量小于 0 ． 4 ％时， 半衰期很短，说明体系此时不稳定，当发泡剂加量 大于 O ．4 ％后的半衰期明显增长，但是加量大于 0 ．4 ％ 后再增加复配剂量半衰期增加幅度很小，因此复配 剂 加量定为 O ． 4 ％，复配方案 中 AB S和 S DS的比例 为 7 3 ，所以最终确定发泡复配剂的加量为 0 ．2 5 ％ ABS 0 ． 1 5 ％S DS 发泡剂 图 1 发泡量和半衰期与复配剂加量的关系 蓑 群 2 稳泡剂的优选 。在 2 0 0 mL淡水 中加入 0 ． 1 5 ％ 的发泡剂 稳泡剂，搅拌 2 m i n ，测试体系的发泡量 与半衰期。根据调查研究及现场经验发现，单一稳泡 剂稳泡效果也不如 2 种稳泡剂复配使用效果好，因此 选择了一种稳泡效果比较好且与地层配伍性好的稳泡 剂乙烯基单体多元共聚物 P A C 一 1 4 1 。P A C ． 1 4 1 稳泡性 能良好，与其他处理剂配伍性好，且具有抑制泥页岩 水化膨胀的能力。根据 H V - C MC和 P A C 一 1 4 1 的使用 情况设计了几种实验方案， 进行稳泡剂单剂及复配效 果对比，其结果见表 4 。 表 4 稳泡剂单剂及复配效果对比 稳泡剂 半衰期 泡沫情况 量 ／ mL mi n ⋯ ⋯ ⋯ 从表 4 可以看出，稳泡剂 H V - C MC和P A C ． 1 4 1 以 l l 的比例复配时稳泡效果最好，体系的半衰期 达 4 0 5 m in且泡沫细小均匀，因此选定该方案作为稳 泡剂的复配方案。 研究了发泡量和半衰期与复配稳泡剂加量的关 系 ，如图 2所示。从 图 2可 以看 出 ，加入稳 泡剂 的 墓瑶 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 2期 肖昌等 海塔盆地塔 南区块钻井液配方优化 8 7 体系一开始发泡量 就很大 ，且 随着稳 泡复配剂加量 的增加 ，发泡量逐渐增加 ，最终体 系的发泡量在 5 5 0 m L左右，当加量达到 O ．4 ％后，发泡量基本保持不 变 ； 加入稳泡剂后体系半衰期有了很大的提高，随着 稳泡剂加量的增加半衰期越来越长，但是增加的幅 度越来越小，最终半衰期在 3 5 0 0 m i n 左右。综合考 虑 ，选定稳泡剂加量为 0 ． 4 ％，此时半衰期虽然不是 最长 ，但是也达 到了要求。复配方案中 H V - C MC和 P A C ． 1 4 1 的 比例 为 1 1 ，所 以最 终确定稳泡 复配剂 的加量为 0 ． 2 ％H V - C MC 0 ． 2 ％P A C 一 1 4 1 。 稳泡剂／ ％ 图 2 发泡量和半衰期与复配稳泡剂加量的关系 姜 按上述优选实验结果 ，得出塔南区块微泡沫钻井 液最终配方如下。 4 ％膨 润 土 0 ． 2 ％纯 碱 0 ． 2 ％HV C MC 0 ． 2 ％ P AC一 1 41 O ． 25 ％ABS 0． 1 5 ％SDS - 4 - 0． 2％ ～ 3 ％ KP AM 0 ． 4 ％～ 0 ． 5 ％ NH ． NP AN 0 ． 4 ％～ 0 ． 5 ％ S P NH 0 ． 3 ％～ 0 ． 5 ％ KZ 0 - 3 ％～ 0 ． 4 ％ AP - 1 2 优化后钻井液的性能评价 对优化后的钻井液性能进行了室内评价实验，其 常规性能、抑制性能和储层保护效果数据见表 5 、表 6 和表 7 。评价结果表明，优化后的钻井液常规性能 参数能够满足现场应用的要求。 表 5 优化后微泡钻井液的流变性能和滤失量 终切也有了大幅度降低 ； A P I 滤失量和高温高压滤失 量都明显降低了 优化前数值分别在 3 ～6 ．4 M L和 1 2 ． 0 ～3 5 ML之 间 ，A P I 滤失 量都 在 3 ． 5 mL以下 ， 高温高压滤失都在 1 5 m L以下，达到了优化的要求。 从 表 6可 以 看 出 ，优 化 后 的钻 井 液 滤 液 2 4 h 的线性膨胀率为 1 5 ． 4 ％～2 1 ． 3 ％，比之前 降低了约 4 0 ％，而钻井液一次滚动回收率都在 9 0 ％以上，提 高了 1 0 ％，说明优化后的钻井液抑制水化膨胀的能 力更强。选取塔南区块储层具有代表f生 的岩样，测得 其气测渗透率为 0 ． 1 ～1 9 1 0 g m 、油相渗透率为 0 ． 0 5 ～9 1 0 Ix m 。用此岩样对优化后 的微泡沫钻 井液进行储层保护效果评价，结果表明，渗透率恢复 值都在 8 5 ％ 以上，较优化前钻井液的渗透率恢复值 约提高了 1 0 ％ ； 对于不同渗透率值的岩心，随着渗 透率降低，钻井液对储层的损害程度有增大的趋势， 但总体来说， 优化后的微泡沫钻井液对储层损害很小， 已达到了保护塔南区块储层的要求，见表 7 。 表 6 优化后微泡钻井液的抑制性综合评价 表 7 优化后微泡钻井液的储层保护效果评价 3 微泡沫钻井液在塔南区块的应用 1 平均井径扩大率。2 0 1 2 年，在塔南区块 T 1 9 由表 5 可知，优化后的钻井液密度都在 1 ． 2 g ／ c m 区微泡沫钻井液所钻 6 V I 井 的平均井径扩大率为 以下 ； 动塑比都控制在 0 ．3 6 ～0 ． 4 8 P a ／ m P a S 之间 ； 1 5 ． 1 8 ％，使用优化后微泡沫钻井液所钻 6口井的平 1 I 棚鼎越 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 8 钴井液与 完井液 2 0 1 4年 3月 均井径扩大率为 9 ．0 1 ％，降低了6 ． 1 7 ％，对比数据见 表 8 。优化后微泡沫钻井液比优化前钻井液平均井径 扩大率降低 6 ． 1 7 ％。 2 钻速统计分析。2 0 1 2 年在塔南区块钻的4 9口 井 中，应用 了优化后 的微泡沫钻井液 ，与 2 0 1 1 年在 塔南区块所钻 3 0 余口井 使用优化前的微泡沫钻井 液 相比，平均机械钻速提高了 1 5 ．5 ％，起下钻次数 大幅度减少，钻井过程中无任何复杂工程事故发生， 有效地缩短了建井周期 [1 ” 。 表 8 使用优化前后钻井液井的井径扩大率对比 3 储层保护效果。在塔南区块使用优化后的微 泡沫钻井液后，取得了很好的储层保护效果 表皮系 数 测试结果多为负值，流动效率 F E为在相同压差 下非完善井的实际产量与理想完善井的产量之比，测 得其平均值为 1 ． 1 2 ，测得有效泄油半径也大于井筒半 径 ，均表明使用优化后的微泡沫钻液钻的井比之 前同层位的井产量增加，说明该钻井液能够降低储层 污染，提高储层保护效果。 4 结论 1 ． 对塔南区块使用的微泡沫钻井液的常规性能、 抑制性能和储层保护效果进行了评价，找出了其在各 方面性能中存在的不足。 2 ． 针对微泡沫钻井液体系中存在的不足，优选了 多种处理剂及其理想加量， 并评价了优化后的体系性 能，得到了能防止塔南区块井壁坍塌的微泡沫钻井液 体系的配方。 3 ． 现场应用表明 优化后的微泡沫钻井液体系能 够控制井塌、 提高钻速， 且具有良好的储层保护陛能。 参 考 文 献 [ 1 】 肖昌，孙玉学 ． 海塔盆地塔南区块井壁稳定技术研究 [ D】 ． 东北石油大学优秀硕士研究生毕业论文，2 0 1 2 ． Xi a o Ch a n g，S u n Yu x u e ． Re s e a r c h O i l b o r e h o l e s t a b i l i t y t e c h n i q u e s i n T a n a n B l o c k o f Ha i t a Ba s i n [ D] ． O u t s t a n d i n g Di s s e r t a t i o n f o ， Ma s t e r D e g r e e i n E n g i n e e r i n g o fN o r t h e a s t P e t r o l e u m Un i v e r s i ty，2 01 2 ． [ 2 】 杨新斌 ，宋瑞宏 ． 大庆海拉尔油田钻井液技术 [ J ] _ 钻井液 与完井液 ， 2 0 0 1 ，1 8 4 1 5 ． 1 6 ． Ya n g Xi n b i n，So ng Ru i h o n g ．Da q i n g h a i l a e r o i l fie l d d r i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y [ J ] ． D r 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 1 ，1 8 l 5 ． 1 6 ． [ 3 ] G r o w c o c k F B， B e l k i n A， F o s d i c k M． R e c e n t a d v a n c e s i n a p h r o n d r i l l i n g fl u i d s [ C ] ． S P E 9 7 9 8 2 ， 2 0 0 6 ． [ 4 ] Ma c p h a i l W F，C o o p e r R C，Br o o k e y T． Ad o p t i n g a p h r o n flu i d t e c h n o - l o g y f o r c o mpl e t i o n a n d wo r k o v e r a p p l i c a t i o n s [ C ] ． S P E 1 1 2 4 3 9 ， 2 0 0 8 ． ； [ 5 ] 李国庆，王洪军，刘聚廷 ，等 ． 微泡沫钻井液技术 [ J ] ． 大 庆石油地质与开发，2 0 0 9 ，2 8 5 2 0 3 ． 2 0 7 ． L i G u o q i n g ，Wa n g Ho n g j u n ，L i u J u t i n g ，e t a 1 ． A p h r o n d r i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y [ J ] ． P e t r o l e u m G e o l o g y a n d Oi lfie l d De v e l o p me n t i n D a q i n g ，2 0 0 9 ，2 8 5 2 0 3 2 0 7 ． [ 6 ] B j o md a l e n N，Ku r u E ． S t a b i li t y o f mi c r o b u b b l e - b a s e d d r i l l i n g fl u i d s u n d e r d o w n h o l e c o n d i ti o n s [ J ] ． t ， _C P ， 2 0 o 8 ， 4 7 6 4 O _ 4 7 ． [ 7 ] 马文英 ，周亚贤，苏雪霞，等 ． 可循环微泡沫钻井液的 性能评价与应用 [ J ] ． 中外能源，2 0 1 0 ，1 5 7 5 7 ． 5 9 ． M a W e n y i n g， Zh o u Ya x i an ，S u Xu e x i a，e t a 1 ． P e r f o r ma n c e e v a l u a t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f c i r c u l a t i v e mi c r o f o a m d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． S i n o - g l o b a l e n e r gy，2 0 1 0 ，1 5 7 5 7 5 9 ． [ 8 】 崔文青 ． 可循环泡沫钻井液性能及应用现状 [ J ] ． 西部探矿 工程 ，2 0 1 0 ，2 2 9 4 6 ． 4 8 ． Cu i W e nq i n g ．Pe r f o r ma n c e a n d a pp l i c a t i o n s t a t u s o f c i r c u l a t i v e mi c r o f o a m d r i l l i n g f l u i d [ J ] ．We s t C h i n a E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g ，2 0 1 0 ，2 2 9 4 6 - 4 8 ． [ 9 ] 徐加放，邱正松，何群 ． 可循环微泡沫钻井液的防塌机 理及应用研究 [ J ] ． 钻井夜与完井液，2 0 1 0 ，2 7 4 7 - 9 ． X u J i a f a n g ， Q inZ h e n g s o n g ， H e Q u n ． A n t i - s l o u g h i n g me c h a n i s m s t u d y and a p p l i c a t i o n o f c i r c u l a ti n g m i c r o f o a m d r i l l i n g fl ui d [ 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 0 ，2 7 4 7 - 9 ． [ 1 0 ]董焕忠 ． 海塔盆地乌尔逊 凹陷南部大磨拐河组油气来源 及成藏机制 [ J ] ． 石油学报，2 0 1 1 ，3 2 1 6 2 ． 6 9 ． Do n g Hu a n z h o n g ． Hy d r o c a r b o n s o u r c e a n d a c c u mu l a t i o n me c h ani s m o f Dam o g u a i h e g r o u pi n s o u t h e m W u e r x u n s a g o f H a i l a e r b a s i n[ J ] ． A c t aP e t r o l e f S i n i c a ，2 0 1 1 ，3 2 1 6 2 6 9 ． [ 1 1 】I n g e b r e t F j e l d e ． F o r ma t i o n d a ma g e c a u s e d b y e mu l s i o n s d u r i n g d r i l l i n g wi t h e mu l s i f i e d d r i l l i n g flu i d s [ R ] ． S P E 1 0 5 8 5 8． 2 0 0 8 ． 收稿 日期2 0 1 4 ． 0 2 ． 1 1 ；H GF 1 4 0 1 N5 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m