无固相钻井完井液的研究与应用.pdf

三 竺 竺 兰 竺 竺 窒 兰 l 1 ． 2 降 滤 失 剂 的 优 选 根椐资料调研和室内实验 实验结果见表 2 ，确定 选用清水和R e d u l 作为主要降滤失剂， 配合使用C M C 、 N a - H P A N 、S P N H、F r - 1 控制无固相钻井液的A P I 失水和高温 高压滤失量。F L _ l 加量为 3 ％，R e d u 1 加量为 1 ％～1 ． 5 ％。 1 ． 3 抑 制 剂 的优 选 新疆夏子街实验用土制成岩心，用 Z P 一 0 3页岩膨 胀测试仪评价浓度为 0 ． 3 ％的不同聚合物对页岩膨胀程 度影响。图 1 中页岩膨胀曲线变化表明，在浓度为0 ． 3 ％ 时 K P A M防止页岩膨胀优于 F A 一 3 6 7 、C MP 一 1 。 一 吕 昌 、 当 登 ●一 K P A M O 3％ ， 一 一 一 ’ 一 - F A 一 3 6 7 0 ． 3 ％ ／ ● ◆一 c MP 一 1 0 _ 3 ％ 一蒸馏水 rr ■ l一；l一 二 一1 r 一 ， l／一 ’ 时 f司 h 图 1 页岩膨胀 曲线 1 ．4 暂堵剂 的选择 暂 堵剂是 指人 为加人 到钻井液 中既可 以加重钻 井 完井液 ，又有利于在井壁上形成后期可以除去的内外 泥饼 又称为屏蔽环 而控制失水的固体粒子。暂堵 剂的选择原则是当暂堵剂分散在钻井完井液 中时 ，其 分 散度 大小 应 与储 层孑 L 喉相适 应 ，呈 多级分 散 状态 ， 且具有合理的级配 ，它们能在储层井壁表面形成致密 的外泥饼 ，在储层的孔喉上架桥形成致密的内泥饼 ； 暂堵剂应可酸溶或油溶。 根 据多 年来对 暂堵剂 的评 价和优 选 ，仍 选择 吐哈 油田一直在使用的 Q C X 一 1 作为体系的暂堵剂。Q c x 一 1 是粒度范围分布较宽的碳酸钙，易溶于酸。Qc x 一 1 加 量 为 2 ％ ～ 3 ％。 2体 系基本配方及性能 根 据 上述 实 验 结 果得 出无 固相钻 井 完 井 液 配 方 为 清水 0 ． 3 ％N a ， C O 。 3 ％F L 一 1 1 ％Re d u 1 0 ． 3 ％XC 0 ． 3 ％ CMC1 ． 5 ％ Na P AN3 ％ F T一1 2 ％SPNH 0． 2％K P A M 2 ％Q C X - 1 。 室内对无固相钻井完井液进行了常温和 1 0 0 2 热滚 1 6 h 后 的常规性能对 比测试 ，结果见表 3 。从表 3 可以看 出，无固相钻井完井液具有良好流变性能，合适的黏切 值、 较低的A P I 失水和H T H P 失水， 而且在热滚后不增稠， 具有更好的性能，完全能够满足现场施工的要求。 3 无固相钻井完井液作用机理 无 固相 钻井完 井液 是一种 最大 限度 降低 固相 对储 表 1 增黏 剂选 择 性 能 配 方 P g ／ c m FV S F L mL G e l P a ／ P a 4 6 O 0 拐0 o x 】 扔 幽 H HP 1 O 0 l 1 ． O 5 1 5 4 7 0．7 5 ／ 2 1 4 1 8 4 6 0 3 3 3 1 ． 5 l 7 2 a 1 ． O 5 1 9 6 7-2 2 ／ 3 1 6 1 1 2 7 6 6 4 6 4 1 7 2 1 ． O 5 5 0 8 5 ． 8 6 ／ 6 ． 5 2 1 4 1 4 3 1 1 5 7 6 1 6 1 2 1 6 3 1 ．O 5 滴 流 6 ． 9 8 ， 9 2 4 5 1 6 5 1 3 4 8 9 2 0 l 6 1 8 注 1 清水 O ． 3 ％Na 2 C O3 3 ％F L 一1 0 ． 3 ％CMCl 5 ％Na P AN1 ％Re d u 1 3 ％F T一1 2 ％S P NH2 ％QCX一1 。 2 a 清水十 0 ． 3 ％ Na 2 C O 3 3 ％ F L 一 1 0 ． 3 ％ C MC 1 ． 5 ％ N a P A N 1 ％ R e d u 1 3 ％ F T 一 1 2 ％ S P NH 2 ％ Q C X一 1 0 ． 1 ％ X C 。 2 b 清水 0 3 ％ Na 2 C O 3 3 ％ F L 一 1 0 ． 3 ％ C MC 1 ． 5 ％ N a P A N 1 ％ Re d u 1 3 ％ F T l 2 ％ S P N H 2 ％ QC X一 1 0 ． 3 ％ X C。 3 清水 十 O ． 3 ％Na 2 CO3 3 ％F L 一1 0 ． 3 ％C MCI 5 ％Na P AN1 ％Re d u 1 3 ％F Tl 2 ％S P NH 2 ％QC X一 1 0 ． 3 ％xc 0 ． 2 ％K P A M 。 表 2降滤 失剂评 价 性 能 配 方 P g ／ c m F s FL f mL G e l P a ／ P a 4 6 0 0 吐 6 o o 4 2 0 o 甜o o 插 d 8 H H P1 O 0 o C l 1 5 1 1 4 6 8 4 9 2 7 3 1 ．5 1 0 2 1 2 1 4 0 1 0 8 7 1 1 3 8 3 1 ．0 4 1 5 0 7 ． 5 0 ． 5 ／ 2 1 3 5 8 0 5 8 3 3 3 1 1 8 1 ．O 5 1 5 4 7 0 ． 7 5 ／ 2 1 41 8 4 6 0 3 3 3 1 ．5 1 7 注 空 格 表 示 数 据 未做 。 1 清水 1 ％CMC 2 ％Na P AN2 ％S P NH3 ％F T一 1 。 2 清水 十 3 ％F L 一1 1 ％C MC 2 ％Na P AN 2 ％S P NH 3 ％F T一1 。 3 清水 O ．3 ％Na CO 3 ％F L 一 1 0 ． 3 ％C MC1 ．5 ％Na P ANl 3 ％F T一 1 2 ％s P NH 1 ％Re d u 1 。 4 清水 O ．3 ％Na C O 3 ％F L 一 1 O ． 3 ％CMC1 5 ％Na - P A N1 ％Re d u l 3 ％F T一1 2 ％S P NH2 ％QCX一1 。 2 0 1 2年第 2期 石油科技论坛3 7 表 3无 固相钻 井完井液 在 1 0 0 ℃热滚 1 6 h前后性能对 比 测 试 性 能 条 件 P g ／ c m F S F， ． mL G e P a ／ P a 4 6 0 0 ∞o o o o 幽 幽 H THP t 1 0 0 1 常 温 1 ．0 5 1 5 0 6 6 1 4 1 8 4 6 0 3 3 1 4 I 2 1 7 热 滚 后 1 ．O 5 1 1 O 4 ．5 4 ／ 6 l 1 O 6 6 4 6 2 5 1 l 8 l 3 层损害的钻开储层的无黏土相钻井液 。它是由聚合物 增黏提切剂 、降滤失剂和对储层孔喉具有暂堵作用的 特殊粒子组成的胶体体系，克服了改型钻井液 中黏土 粒子对储层的损害。分析认为，其稳定井壁和保护储 层 的作 用机 理 主要 是 1无固相钻井完井液是在黄原胶水溶液中加入 大、中、小分子聚合物后形成的聚合物胶体体系，其中， 大分子聚合物利用其强的吸附特性在钻屑、地层表面形 成一层分子膜，阻碍 自由水渗入 ，抑制黏土水化分散； 同时与黄原胶形成网状结构，增强钻井液的悬浮携砂能 力。降滤失剂和暂堵剂提供的可压缩软粒子和可架桥刚 性粒子，在正压差的作用下填充在半透膜里面，形成薄 而致密泥饼，减少滤液进入地层，引起地层膨胀缩径或 坍塌 ，同时也可减少滤液对油层的伤害。 2 无 固相钻井完井液不含黏土相 ，而且在其组成 中，黄原胶 XC是适用于淡水 、海水和盐水钻井液的高 效增黏剂；K P A M在起包被、抑制作用的同时兼具增黏 作用，具有一定的抗盐钙能力 ；降滤失剂 R e d u l 为含磺 酸基乙烯单体与纤维素等原料接枝聚合而成的中小分子 聚合物，无论在淡水还是盐水钻井液都具有较好护胶能 力，可形成薄而致密的泥饼 ，大幅度降低滤失量，提高 泥饼的韧性；F L 一 1 、C M C、N a P A N、S P N H也都是具有 一 定抗盐钙能力的降滤失剂。因此说 ，无固相钻井完井 液具有很好抗盐钙 、抗黏土污染的能力，性能稳定 ，能 够避免因性能大幅度变化而引起 的井壁失稳。 3无 固相钻井 完井 液不含 黏土相 ，从而 避免 了 高分散黏土颗粒对油层造成的永久性伤害。 4无固相钻井完井液 良好的封堵造壁性和较低 的滤失量 ，避免 了大量滤液侵入对油层造成伤害。 5无固相钻井完井液具有极低 的固相和较低的 密度 ，有 利于实 现 近平衡钻 井或 欠平衡 钻井 ，能 够提 高机械钻速 ，缩短油层浸泡时间，并能够防止黏卡及 井 漏发 生 。 6 在正压差作用下 ，无固相钻井完井液能够在 3 8 石油 科技论 坛 2 0 1 2年 第 2期 井壁上形成屏蔽环 ，从而达到保护油层 的目的。 4现场应用情况 目前 ，研究 开发 的无 固相钻 井完井 液技术 已在玉 门油 田平 1 井水平段得到成功应用。平 1 井设计垂深 3 4 9 0 m，完钻斜深 3 7 6 0 m，水平段长 3 0 7 m。一开用膨润 土浆、 4 4 ． 5 ra m钻头钻至井深6 0 1 ． 0 4 m， 下人 3 9 ． 7 m m 套管至井深6 0 0 ． 1 6 m；二开用担4 1 ． 0 ra m钻头、聚合物钻 井液及聚磺钻井液钻导眼至井深 3 4 9 0 m，用水泥回填 至 3 0 8 1 m，钻水泥塞至 3 1 2 0 m，使用乳化原油聚磺钻井 液开始定向， 钻至井深3 4 5 4 ． 1 5 m 井斜8 6 。 ， 方位2 2 7 ， 下入 1 7 7 ． 8 m m技术套管至井深 3 4 5 2 ． 5 2 m；三开水平段 用无固相钻井完井液、 1 5 2 ． 5 mm P D C钻头定向钻进至 井深 3 7 6 0 ． 0 0 m 井斜 8 3 。 ，方位 2 2 2 完钻，经电测后， 下人 1 2 7 m m尾管 。 4 ． 1 使 用 配 方 与 方 法 使用 的配方 为清水 0 ． 2 ％N a 2 C0 3 ％F L 一 1 l ％Re d u1 0． 2 ％ XC 0- 3 ％ CMC1 ． 0％Na P AN3 ％ F Tl 2 ％S P N H O ． 2 ％K P A M 2 ％Q C X 一 1 5 ％原油 。 无 固相钻井 完 井液 的配置 、维 护和处 理方 法是 1 钻完水 泥塞后 ，在套 管 内用清 水循环替 换井 浆 ，待返出钻井液密度降至 1 ． 0 1 g ／ c m 以下时，按照配 方顺序加入各种处理剂，处理剂加够后 ，要充分循环 钻井液2～ 3 周 ，待钻井液循环均匀后，混入 1 0 m 原油 及 2 0 0 k g A B S N，再循环钻井液 1 ～2 周，使原油充分乳 化后起钻 ，准备出套管三开，此时钻井液性能 P为 1 ． 0 4 ～1 ． 0 5 g ／ c m 3 ， F v。为7 0 s ， G e l 为 1 ． 5 ／ 2 P a ／ P a ， F L A P I 。为 4 ． 6 m L ，p H值为9 。 2 在 3 4 5 2 ～3 4 7 0 m和 3 5 5 5 ～3 5 8 4 m两段泥岩层定 向钻进 中，以 K P AM来提高钻井液的抑制性 ，辅 以 XC 、R e d u 1 来维护钻井液的黏度和低失水 ，保持泥岩 层 的稳 定 。 3 水平段施工过程中，以增黏剂X C、K P A M提 高黏切 ，维持体系具有足够的凝胶强度 ，满足悬浮携 |戮 誊粥 薯 麓 王卫国 等 无固相钻井完井液的研究与应用 表 4平 1井 无 固相 钻 井完 井液性 能 井 深 性 能 m P g ／ c m F S F L mL G e l P a ／ P a 0 3 0 幽0 0 插 幽 MBT g ／ L k f H7 WP1 O 0 3 4 7 0 1 ．0 4 7 0 4 ． 0 1 ．5 ／ 2 9 8 6 2 4 3 3 5 5 4 1 ．0 4 6 0 3 ． 6 1 ／ 1 ． 5 8 7 4 9 3 2 6 0 ． 0 2 6 2 1 1 3 6 o 8 1 ．O 5 5 8 3 ． 6 2 ／ 3 9 5 5 7 5 3 3 6 2 7 1 ．0 5 6 0 3 ． 4 1 ． 5 ／ 2 8 5 4 9 3 2 3 6 8 7 1 ．O 5 5 5 3 ． 4 1 ． 5 ／ 2 7 6 4 6 5 3 8 0 ． 0 3 4 9 l 3 3 7 2 4 1 ．0 5 4 9 3 ． 4 1 ． 5 ／ 2 7 6 5 0 4 3 3 7 6 o 1 ．o 5 4 4 3-4 l _5 『 2 7 4 4 6 5 3 9 0 ． 0 3 4 9 1 2 带要求 ，并保持原油含量在 5 ％ 以上 ，保持体系良好 的润 滑性 能 。 4 钻井液正常维护 以控制失水和提高热稳定性 为主，保持体系中一定 比例的F T 一 1 和超微粉含量 ，辅 助降低失水 ，强化造壁 ，保护油层 。 5强调固控设备的运转效率，严格控制劣质固 相积累，保证施工密度在 1 ． 0 5 g ／ c m3 以下。 6 为防止形成岩屑床，坚持钻进5 0 m进行短拉及长 短拉相结合的工程配合， 及时清除岩屑床，保证井眼畅通。 4 ． 2 应 用 效 果 无 固相钻井 完井液 密度控制在 1 ． 0 4～1 ． 0 6 g ／ c m ，虽 经多次调整井斜 ，但钻进 、起下钻过程中都非常顺利， 未发生任何遇阻、井漏、井塌和黏卡等复杂情况，完井 电测及下尾管 、固井作业也都非常顺利。在整个试验 应用 中，无固相钻井完井液表现出了以下优 良特性 1 润 滑性好 。整个水 平段 ，井下 钻具上 提下放 摩阻仅为 2～4 t ，未发生过黏卡现象。 2悬浮、携带性好 ，清洁井眼能力强。井下无 沉砂 ，接单根及起下钻均畅通无阻 ，泵压稳定 。 3抑制性好 ，封堵造壁性强 ，井 壁稳定 。在 3 4 5 2～3 4 7 0 m和3 5 5 5 ～3 5 8 4 m两段泥岩层定向钻进及整 个水平段钻进中，钻井液性能稳定 ，触变性小 ，开泵 容易 ，未 发 生过 遇 阻 、井塌 现象 。 4钻井液维护简单 ，正常施工 中，仅需少量补 充增 黏剂 及 降滤 失剂 即可 。 从整个试验情况看 ，无固相钻井完井液的应用是 非常成功 的，效果理想。 5结论与认识 1 由聚合物增黏提切剂 、降滤失剂 、抑制剂和 对储层孔喉具有暂堵作用的特殊粒子组成的无 固相钻 井完井液 ，不含黏土相 ，克服了改型钻井液中黏土粒 子对储层的伤害。 2无 固相钻井完井液具有 良好的悬浮携带性 、 流变性 、润滑性和油层保护性能 ，能够满足低压油层 水平井钻进和保护油层的要求 ；无 固相钻井完井液性 能稳定 ，具有较强的抗伤害能力 ，现场应用简单方便 ， 易于维护处理 。 3固控设备的有效使用，促进 了无固相钻井完 井液钻屑的分离效果 ，是控制无固相钻井完井液 固相 增 长 的重 要手 段 。 4无固相钻井完井液主要适用于已下技术套管 的低压储层 ，能够满足钻井及油层保护的要求。就吐 哈油田开发形势而言 ，无固相钻井完井液将会在鲁克 沁构造带的水平井开发及三塘湖区块 地层压力系数 为 0 ． 7～0 ． 9 得到 广泛应 用 。 5无固相钻井完井液具有低密度 、低固相 、封 堵造 壁性好 的特点 ，有利于稳定井壁 、防止发生井漏 ， 如果结合微泡钻井液技术及有机盐钻井完井液技术使 用 ，将会在油 田开发及产能建设方面有着更加广阔的 应用前景。 【 参考文献 】 『 1 ] 张 民立， 田增艳， 刘梅 全， 等． 大位 移 井钻 井液体 系的研 发与现场应 用U 】 ． 石 油科技论 坛， 2 0 1 1 ， 3 0 4 9 1 3 ． [ 2 】 王莉， 赵晨， 王吉文， 等． 小井眼钻井液的开发与应用【 J ] ． 石油科技论坛， 2 0 1 1 ， 3 0 6 2 0 2 2 ． [ 3 ] 杨庆理， 秦文贵， 郑毅． 关于中国石油钻井业务转 变发 展方式的几点思考 ． 石油科技论坛， 2 0 1 0 ， 2 9 4 1 5 ． 收稿 日期2 0 1 2 0 2 1 3 o 2 0 1 2年第 2期 石 油科技 论坛3 g