环保型欠平衡水平井可循环泡沫钻井液的研究与应用.pdf

_臁 ⋯ ⋯ ⋯ u帆 环保型欠平衡水平井可循环泡沫钻井液的研究与应用 赵 晓 竹 大庆钻探工程公司钻井工程技术研究 院 摘要 欠平衡钻井工艺及水平井钻井 工艺在提 高采收率、节约钻 井成本和保护油 气藏等方 面具有显著的优势。开展 了环保型欠平衡水平 并可循 环泡沫钻井液研 究，室内筛选 了发泡剂 、 稳泡荆、抑制荆，研制 了适合欠平衡泡沫水平井钻进的环保型可循环雾化泡沫钻井液配方，并 对其抑制性、抗污染能力 抗岩屑、抗地层水、抗油进行 了实验研 究。在现场应用过程 中， 通过优选配方及合理的优化钻井参数及钻 井工艺，实现泡沫可回收利用，提高泡沫钻井液的环 保性 ； 同 时 实现 泡沫 水 平段钻 进 ，打 开 了储层 ，确保 了地 质 录 井及 时发 现 储层 ，在 环 保 的 同时 有效 降低 了钻 井成 本 。 关键 词 欠平 衡 水平井 可循环 泡 沫钻 井液 环保 保 护储 层 可 回收 D OI 1 0 3 9 6 9 1 i i s s n 2 0 9 5 - 1 4 9 3． 2 0 1 5 0 0 5 0 1 5 引言 目前 许多石油公 司、钻井公 司及 服务公司都在寻 求 降低勘探开发费用 、提高经济效益 的方法和途径 ， 油基钻井液虽可用于储层 ，但环保压力较 大，以降 低 钻井 成 本 和提 高采 收率 为 目的欠平 衡水 平 井钻 井 技 术 恰 恰 满 足 了 这方 面 的要 求 。为 将 二 者有 效 结 合 ，同 时 ，由于 一次 性 泡沫 及化 学 消泡 在环 保性 及 经济性方面存在不足 ，因此 ，开展了环保型欠平衡 水 平井 可循 环泡 沫钻 井 液研究 。 泡沫钻井液是 以泡沫作为钻井液 的一种欠平衡 钻井技术 ，可显著提高钻速 ，及时发现并保护油气 层 ，提 高采收率 ，特别适 用于 目前大量存 在的低 压 、低 渗等 难 开发 油 气 藏 ] 。泡 沫 钻井 过程 中 的一 个重要环节是地面消泡。一次性钻井液体 系流程简 便 ，易于 实施 。在应 用过 程 中需 要不 断地 对 井底 返 出的泡 沫钻 井 液进 行 分离 和 消泡 ，消泡过 程 大多 采 用 加入 化学 消 泡剂 的方法 ，分 离 、消泡后 钻 井液 被 废 弃 ，除造 成 钻井 液 大量 损耗 ，废弃 的钻 井 液 中含 有大量的钻屑 、起泡剂、消泡剂 、缓蚀剂等污染物 质 ，污染 环境 。 可循环泡沫钻井液体系是指对返出井 口的泡沫 进 行 处理 物 理 或 化 学 方 法 ，然 后 添 加一 定 量 的 作者简介 赵晓竹 ，工程师 ，2 0 0 5年毕业于 中国石油大学 北 京 化学 工程专 业 ，从 事钻井 液体 系及 防漏 堵漏技 术研究 工作 ，E m a i l z h a 0 x i a 0 z h u c n p c ． c o rn． 3 n ，地址 黑龙江 省大 庆市红岗区八百 垧钻井工程技术研究院钻井液技术研究所 ，1 6 3 4 1 3 。 3 8 1 w w w ．。 y h j r、 ．。 。 m 化 学 制剂 ，对 钻 井液 进行 二 次起 泡循 环 利用 ，在保 留 了泡沫 钻井 液 优势 的同时 ，环 保性 及 经济 性 方面 均 得 到 了大幅度 提 高 。 1 雾化 泡沫钻井液配方 的研制 1 ． 1 发泡 剂 的优选 雾化泡沫钻井液的表面活性剂的筛选原则以发 泡 量 大 、抗 高温 、抗 污染 能 力强 以及 半 衰期 适 中为 原 则 ，室 内采 用 倾 注法对 常 用 的表 面活 性剂 进行 了 评 价 。对 F P 一 1 、A E S 、K 1 2 、尼 纳尔 、F 8 7 3 发 泡剂 常温发 泡性 能进 行对 比实 验研 究 ，结果 见表 1 。 表 1 2 5 ℃下不同表 面活性剂 的起 泡效果对 比 实验结果表 明 ，在常温常压下 F P 一 1 与 K 1 2 等 发 泡剂 具有 溶解 性 好 、易 发泡 以及泡 沫 质量 细 腻等 特 点 ，因 此 ，F P 一 1 与 K1 2 发 泡 剂 具 有 较 好 的 发 泡 能 力 。 1 ． 2稳泡 剂 的优选 实 验 选 用 聚 丙 烯 酰 胺 、WP 一 1 、羧 甲基 纤 维 素 三 个 聚 合 物 为 稳 泡 剂 ，表 面 活 性 剂 为 F P 一1 加 量 2 ． 0 ％，泡沫 效果 见 表 2 。 表 2 2 5 ℃下 稳 泡 剂 的稳 泡 效 果 评 价 醑一 ⋯ ⋯⋯喇 嘶I_ I 稳泡 水解 聚丙 烯酰胺 稳泡剂 C MC稳泡剂 WP 一 1 稳泡剂 剂量／泡 沫体 积／ 半衰期， 泡沫体 积／ 半衰期／泡沫体 积／ 半衰期／ ％ mL mi n mL mi n mL mi n 通 过 实验 结果 来 看 ，部 分水 解 聚丙 烯 酰胺 稳泡 剂 、C MC纤维素类均存在水溶性效果较差 ，尤其当 部分水解聚丙烯酰胺稳泡剂、C MC纤维素类加量大 于 0 ． 3 ％后 ，基 液的发泡效果 受到一定 的影 响 ；同 时 ， 水 解 聚 丙 烯 酰 胺 稳 泡 剂 基 液 具 有“ 爬 杆 效 应” ，不利于配置优质雾化泡沫液 ，而稳泡剂 WP 一 1 具 有 较强 的泡 沫 稳定 能力 ，并且 与 发泡 剂具 有 较好 的协 同作 用 。 1 ． 3 雾 化泡 沫钻 井液 抑制 剂 的优 选 常用 的抑制 剂一般 为 K C I 以及 聚合 物类抑 制 剂 ，对于雾化泡沫体系，抑制剂的加入在增强泡沫 体 系抑制性的同时 ，又不会影响泡沫的性能。抑制 剂 不同加量下 的泡 沫高度 以及半衰期变化见 表 3 、 表 4 。 表 3 K Cl 2 ％ F P 一 1 抑 制 剂 对 泡 沫 性 能 的 影 响 表 4 Y G 一 1 2 ％ F P - 1 抑制剂对泡沫性 能的影响 从 表 3 、表 4 可 以看 出 ，抑制 剂 Y G 一 1 的加 入基 本对雾化泡沫性能影响较小 。随抑制剂 Y G 一 1 加量 抑 制 剂 的最 主要 作用 为 提 高体 系 的抑 制性 ，因 此 ，对 不 同抑 制 剂 加 量 下 的岩 屑 回 收 率 进 行 了测 定 ，结 果 见表 5 。 表 5 泥 页岩岩屑 回收 率 流体介质 泥页岩 回收率／ ％ 水 泡沫 2 ％K C I 泡 沫 3 ％K C I 泡沫1 ． 5 ％YG 一 1 泡沫2 ． 5 ％YG 一 1 5 ． 4 2 5 ． 6 3 8 ． 4 6 5 _ 8 8 0 ． 5 实验 结 果表 明 ，加 入抑 制 剂后 的泡沫 抑 制性 明 显 高 于 清 水 的抑 制 性 ，最低 岩 屑 回收 率 为 2 5 ． 6 ％ ， 最 高岩 屑 回收 率达 8 0 ． 5 ％，满 足 了提 高 抑 制性 的需 要 。实 验表 明 ，适 当加 入 抑制 剂 不会 影 响泡 沫 的性 能 ，因此 ，选 定 Y G 一 1 作 为此 泡沫 体 系的抑 制剂 。 1 ． 4雾 化 泡 沫钻 井 液 抗 地 层 水 、 抗 油 及 抗岩 屑 侵 实 验 在 欠平 衡 泡沫 水 平井 钻进 过 程 中 ，为 了确 保雾 化 泡沫 液 与地 层水 及 原油 具 有较 好 的相 容性 ，要求 雾 化泡 沫 液具 有较 强 的抗 地 层水 、抗 油 污染 能 力 以 及 抗岩 屑污 染能 力 。 在 升 深 4 井 侏 罗 系第 s I 一 2 层 地层 中 进 行 抗 盐 、 抗油侵 、抗岩屑侵能力实验 ，数据见表 6 、表 7 、表 8 。 表 6 2 5 ℃下雾化泡沫钻井液体系的抗盐能 力 表 7 雾 化泡 沫钻 井液 体 系 抗 油 侵 能 力 口 I 5年 第 5 期石 油 石 化 节 能 3 9 一 一 O 5 O O 0 6 1 0 8 4 5 5 5 4 4 一 一 O 0 O 0 O 6 7 2 0 8 一 一 5 4 4 4 3 暑 一 一 0 3 9 O 0 6 6 2 l 9 一 一 5 4 4 4 3 O 1 2 3 4 6 8 O O O O O 0 0 环保 安宝 ，E n v i r o n me n t P r o t e c t i o n＆S e c u r it y 表 8 雾 化 泡 沫钻 井 液 体 系 抗岩 屑侵 能 力 通 过 实验 结果 来 看 ，雾化 泡 沫钻 井液 具 有较 强 的 抗 盐 能 力 ， 满 足 现 场 雾 化 泡 沫 钻 井 工 艺 技 术 要 求 。 2 水平段欠平衡泡沫钻井应用 2 ． 1 水平 段钻 进基 本概 况 翻 1 7 2 一 平 1 6 0 井是 部 署在 黑 龙 江省 肇 源县 裕 民 乡境 内长 l 0区块长 4 3 一 长 3 9 井 区 ，属于松 辽 盆地 中 央坳 陷区朝阳沟阶地薄荷 台鼻状构造西部 的 1 口水 平 采 油 井 。原 设 计 为 三 开 水 平 段 1 2 0 0 ～1 9 7 4 ． 2 2 m 垂深 1 0 2 1 ． 1 2～1 1 2 6 ． 4 7 m采用泡沫钻井 液打开 储层 ，技 套下 深 1 1 9 8 m， 口袋 1 ～2 m，技 套进 入油 层 1 ～2 m，泡 沫钻 井 液直 接进 入砂 岩层 钻进 。而实 际二开水平段钻井深 1 3 5 3 m ，技套下深 1 3 4 3 ． 7 3 m， 口 袋 9 ． 2 7 m，技套 并 未 进入 油 层 ，采 用硅 基 阳离子 钻 井液体系钻至井深 1 4 5 4 ． 5 1 m，见到油砂 ，钻换为 泡 沫水 平井 钻进 。 2 ． 2泡沫 欠平 衡钻 进情 况 制 型 箭 形 回压 阀 2只 1 7 2 m m无 磁 钻 铤 1 根 E M MWD仪器 悬 挂 短接 绝缘 接 头 转换 接 头 1 2 7 m m无 磁 加 重 钻 杆 1 根 1 2 7 m m 加 重 钻 杆 1 2根 1 2 7 mm钻 杆 9 0根 1 8 。 台 肩 1 2 7 m m加 重 钻 杆 1 2 根 1 2 7 m m钻 杆 1 8 。 台肩 钻 杆 旋塞 1 只 强 制 型箭 形 回压 阀 1 只十 方钻 杆 。 泡沫钻进参数 注气量7 0 ～7 1 m ／ mi n ，注液量 5 ． 8 L ／ s ，注 气 压 力 4 ． 7 8～5 ． 3 2 MP a ，钻 压 8 t ，转 速 2 5 r ／ m i n ，扭 矩 4 k N m。 钻 至 井 深 1 5 2 9 ． 7 8 r f l ，打开 油 层 ，结 束 泡 沫 钻 进 ，期 间录井 捞砂 荧 光显 示 良好 。现 场钻 井施 工 参 数 见表 9 。 应 用 H UB S 软件 ，根 据 实 际井 深 、注气 量 、注 液 量 、注气 压力 等参数 计 算 出不 同井 深实 际 当量 密 度 、流体 返 速 、节 点返 速 、欠 压值 表 1 0 。 当量 密度 随测 深变 化 见 图 1 。 图 1 翻 1 7 2 一 平 1 6 0 井泡沫钻井 当量密度随测深的变化 2 ． 3 泡沫 可 回收利 用情 况及 其现 场性 能 应 用泡 沫 钻井 工 艺实 现 了基 液 可 回收利 用 ，回 泡 沫 钻 进 段 钻 具 组 合 2 1 5 F i l m 钻 头 收液处理后 的性能能够满足现场施工要求 ，有效降 B 4 2 5 配合 接 头 K 7 L Z7 ． 0 D W 螺 杆 1 ． 0 0 。 强 低 了成本 。泡沫 基液 回收 前后性 能 见表 1 1 。 表 9 翻 1 7 2 一 平 1 6 0 井 泡沫 钻井 液钻 井旋 工参数 注 1 ． 地层孔隙压力系数取邻井平均值 ；2 ． 流体返速指钻井流体在井底处 的上返速度 。 4 O I WWW． s y s h J n． c o rn 卯H 4 4 4 4 4 4 4 4 勰 ∞ ∞ 弘 0 O O 0 0 0 0 O 卯 ∞ 3 3 4 4 3 4 3 4 0 0 7 4 5 4 0 O 7 8 8 7 9 6 1 O 4 4 4 4 4 4 5 5 8 8 8 O O 0 O O 5 5 6 7 6 8 5 6 O 0 O 8 8 9 O O O 1 5 6 6 6 6 4 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 9 9 9 0 1 4 4 4 4 4 4 5 5 8 8 8 8 8 8 8 8 2 2 2 2 2 2 2 2 8 8 8 8 8 8 8 8 0 0 O O O O 0 O 3 l 3 3 8 0 4 2 8 2 7 2 5 0 7 1 3 4 4 5 5 6 6 8 5 5 5 5 5 5 5 5 O O O O 0 0 O O _--}l l 7 0 4 1 8 1 4 8 9 3 7 2 6 1 6 7 8 8 7 7 6 6 5 9 5 6 7 8 9 0 ， 2 4 4 4 4 4 5 5 5 }I l