抗高温低固相钻井液在桩古斜411井的应用_李秀灵.pdf

ISSN 1008-9446CN13-1265/TE承 德 石 油 高 等 专 科 学 校 学 报Journal of Chengde Petroleum College第 25 卷第 2 期,2023 年 4 月Vol.25,No.2,Apr.2023抗高温低固相钻井液在桩古斜411 井的应用李秀灵,赵怀珍,蓝强,李琼(中石化胜利石油工程有限公司钻井液技术服务中心,山东东营 257078)摘要:桩古斜 411 井是胜利桩西潜山油藏的一口探井,该区块为高温低压油藏,前期使用的低密度低固相钻井液高温稳定性差,在钻井过程中,易出现流变性调控难、电测遇阻及储层污染严重等难题。针对该区域的地质特征和钻井要求,研发出抗高温低固相钻井液,并进行室内评价实验。实验结果表明,形成的钻井液抗温200 ,具有黏度低、切力高、稳定性强等优点,同时体系封堵性能强,滤失量小,能最大程度地减少钻井液固相颗粒和滤液进入储层,滤液表面张力26 mN/m,水锁损害小,渗透率恢复值90%。现场应用表明,桩古斜 411 井施工过程中没有出现严重的复杂情况,电测一次成功率均达到 100%。平均机械钻速为 9.86 m/h,钻井周期提前 7.75 d,有效减少了钻井液对储层的浸泡时间,体系油气层保护效果显著,试油时产油量为34 m3/d,产气量超出 9 900 m3/d,增产效果明显。关键词:潜山油藏;抗高温;低固相;钻井液中图分类号:TE254文献标志码:B文章编号:1008-9446(2023)02-0046-07基金项目:中石化集团公司项目(复合盐水微乳液研发与应用):JP20004,中石化工程公司项目(致密油气藏储层保护钻井技术研究):SG2001-5K收稿日期:2022-03-15第一作者简介:李秀灵(1983-),女,福建福州人,高级工程师,主要从事钻井液工艺研究工作,E-mail:。Application of Anti-temperature Low-solid Drilling Fluidin Zhuanggu X-411 WellLI Xiu-ling,ZHAO Huai-zhen,LAN Qiang,LI Qiong(Drilling Fluid Technology Service Center,Sinopec Shengli Oilfield,Dongying 257078,Shandong,China)Abstract:The Zhuanggu X-411 Well is a buried-hill exploratory well in Shengli Zhuangxi Reser-voir.This block is a reservoir with high temperature and low pressure.The drilling fluid with lowdensity and solid phase is used in previous period,the fluid has poor high temperature stability andtends to cause technical problems such as well loss,blowout and electrical survey obstruction duringdrilling.According to geological characteristics and drilling requirements,the anti-temperature low-solid drilling fluid is developed and evaluated in laboratory experiments.The experimental resultsshow that the drilling fluid has many advantages,such as temperature resistance200 ,low vis-cosity,high shear force,strong temperature resistance stability,etc.At the same time,it has strongplugging performance,small filtration loss,which can minimize the drilling fluid solid particles andfiltrate into the reservoir.The filtrate surface tension is less than or equal to 26 mN/m,effectivelyreducing the damage of water lock,and the permeability recovery value is more than or equal to90%.The field application shows that there is no serious complicated situation in constructionprocess of Zhuanggu X-411 Well,and the success rate of electric survey is 100%.The average ROPis 9.86 m/h,and drilling cycle is 7.75 d in advance,which effectively reduces the soaking time ofDOI:10.13377/ki.jcpc.2023.02.014李秀灵,等:抗高温低固相钻井液在桩古斜 411 井的应用drilling fluid to the reservoir.The system has a significant protective effect,and the oil productionduring oil testing is 34 m3/d and the gas production is more than 9,900 m3/d,which shows obviouseffect in production increase.Key words:buried hill reservoir;anti-temperature;low-solid;drilling fluid桩古斜 411 井位于济阳坳陷沾化凹陷桩西潜山构造带,目的层位主探八陡组,兼探冶里-亮甲山组。八陡组为碳酸盐岩潜山风化壳油藏,平均孔隙度为 3.8%,平均渗透率为 0.1 0.3 10-3m2;冶里-亮甲山组为内幕油藏,平均孔隙度为 3.0%,平均渗透率为 0.1 10-3m2。该井为低孔特低渗储层,储层类型以断裂岩溶带和裂缝为主,埋藏深约 5 000 m,储层温度高达 193 、压力低、裂缝发育等,要求钻井液有较强的抗温性和封堵防塌能力1-3。油层裂缝部分的主要损害机理为应力敏感性损害和外来固相的侵入,其次为缝面孔的水锁损害,要求严格控制钻井液固相含量。针对以上特点,该井储层段钻进过程中,采用抗高温低固相钻井液体系。1技术难点分析1)储层温度高,要求钻井液具有良好的高温稳定性。胜利桩西潜山地层钻进过程中,普遍采用以聚阴离子纤维素为主要处理剂的低密度低固相钻井液体系,密度控制在 1.05 1.15 g/cm3,但上述钻井液体系的高温稳定性差 4-5,造成现场钻井液具有“黏度高、切力低、滤失量大、调控难度大”等缺点,不利于井眼清洁与保护储层。2)裂缝发育,易漏失。桩西潜山储层类型以断裂岩溶带和裂缝为主,地层孔隙及微细裂缝发育性强,前期钻进过程中使用低密度低固相钻井液,绝大多数采用多级配碳酸钙与沥青类封堵剂,通过两者的协同作用对地层进行封堵,但多级配碳酸钙易使钻井液密度升高,沥青类封堵剂不利于储层保护6。3)地层孔隙度低,水锁伤害严重。前期使用的钻井液抗温性差,滤失量大,大量滤液进入储层,造成严重的水锁伤害和油气流通道堵塞,不利于储层保护。2关键处理剂的优选及性能评价2.1引入抗高温增黏剂 SLVA,提高钻井液高温稳定性抗高温增黏剂 SLVA 是以表面活性剂 SDS 为溶剂,AMPS、NVP 为单体,DVB 为交联剂,在引发剂AIBN 作用下,通过胶束聚合方法制得,可较好调节钻井液的高温流变性。以海水+0.15%NaOH+0.2%Na2CO3+1.5%聚胺抑制剂+3%聚合醇润滑剂为基础配方,考察 4 种增黏剂对钻井液流变性能和滤失量影响,实验结果见表 1。其中增粘剂加量为 1.5%,经 200 老化 16 h 测试。表 1增黏剂对钻井液性能的影响序号测试条件AV/(mPas)PV/(mPas)YP/PaGel/(Pa/Pa)API.FL/mL表观黏度保持率/%黄原胶 XC老化前423482.5/412.2老化后141130.5/1.516.833.33HV-PAC老化前565151.5/218.4老化后121020.5/0.524.021.43增黏剂 SJ-1老化前352961.5/2.514.0老化后161240.5/119.237.21SLVA老化前4535103/610.8老化后211561/213.446.6774承德石油高等专科学校学报2023 年第 25 卷第 2 期从表 1 可见,经 200 /16 h 老化后,抗高温增黏剂 SLVA 相对于其他增黏剂具有较高的表观黏度保持率和较好的黏切性能。这是由于增黏剂 SLVA 是以 C-C、C-N、C-S 等高键能单键为主、侧链的高分子,具有抗高温的内在分子结构,通过引入具有五元环侧链 NVP,增强位阻效应,能更好的保护分子主链;同时,调节剂 SLVA 中磺酸基的引入在一定程度上也能提高其耐温性。2.2引入亚硫酸钠,提高抗温性由于抗氧化剂可清除或抑制溶液中自由基的形成,延缓聚合物的高温氧化降解,从而提高其抗温能力,常用的抗氧化剂有亚硫酸钠、硫脲、柠檬酸等。以海水+0.15%NaOH+0.2%Na2CO3+0.8%调节剂SLVA+1.5%聚胺抑制剂+3%聚合醇润滑剂为基础配方,考察不同抗氧化剂对抗温增黏剂 SLVA 的影响,实验结果见表 2。其中抗氧化剂的加量为 0.5%,经 200 老化 16 h 后测定。表 2抗氧化剂对 SLVA 溶液性能的影响名称条件FL/mLAV/(mPas)PV/(mPas)YP/PaGel/(Pa/Pa)亚硫酸钠老化前8.44130113/5.5老化后10.2342681.5/3硫脲老化前9.6393092/5老化后12.4272071/2柠檬酸老化前10.6372892/4老化后14.8251961/1.5相比而言,亚硫酸钠抗氧化能力优于硫脲、柠檬酸,能明显提高增黏剂 SLVA 的抗温性能,在高温下能延缓其氧化降解。2.3引入聚合物油层保护剂和纳米乳液,增强封堵性通过聚合物油层保护剂和纳米乳液,在有效提高钻井液封堵性能同时,减少碳酸钙的用量,最大程度控制钻井液的密度,保持欠平衡钻井,防止钻井液密度过大,压漏地层。聚合物油层保护剂采用无皂乳液聚合方法,将苯乙烯(SM)、丙烯酸丁酯(BA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、纤维状架桥颗粒以及刚性封堵材料,在一定条件下聚合制得,能够在较短时间内在近井壁地带形成具有一定强度的暂堵带(成膜暂堵带),有效地阻止了钻井液流体的进入,从而具有较强的封堵性能7。纳米乳液是一种水包油型的细小乳状液,粒径范围在 50 200 nm,具有稳定井壁性、润滑性和油层保护性等优点,当乳液破乳时可与井壁岩石吸附形成保护膜,其成膜特性与聚合物油层保护剂相结合,最大程度地减轻储层伤害8-10。以海水+0.15%NaOH+0.2%Na2CO3+0.8%调节剂 SLVA+0.5%亚硫酸钠+1.5%聚胺抑制剂+3%聚合醇润滑剂为基本配方,通过扫描电镜,考察 3%聚合物油层保护剂+2%纳米乳液对人造岩心的封堵性能,结果如图 1 所示,在岩心表面观察到良好的成膜封堵结构。84李秀灵,等:抗高温低固相钻井液在桩古斜 411 井的应用3桩古斜 411 井钻井液体系配方由于该井为低孔低渗油藏,孔喉半径为 1.34 m,井底温度高达 193 ,在分析桩西潜山地质特点的基础上,引入防水锁剂 FCS-411,降低滤液的表面张力,减轻水锁伤害12-14。该井储层钻井液密度在1.05 1.15 g/cm3,采用超细碳酸钙和/或石灰石进行加重,可以酸溶有利于储层改造。利用磺酸盐共聚物增强钻井液的流变性,并结合上述优选的处理剂,根据现场实际施工情况,形成以封堵材料为主、抑制材料为辅的抗高温低固相钻井液体系。抗高温低固相钻井液体系配方如下:清水+(0.5%1.0%)SLVA+(0.5%1.0%)DSP-1+(0.5%1.0%)亚硫酸钠+(3%5%)SMP-2+(2%4%)降滤失剂 WNP-1+(2%4%)聚合物油层保护剂+(1%3%)纳米乳液+(0.5%1.0%)胺基硅醇+(2%5%)油基润滑剂+加重剂(超细碳酸钙和/或石灰石)3.1钻井液基本性能配制密度为 1.08 g/cm3的低固相钻井液体系,分别在室温、180 、200 下老化 16 h,测量其老化前后的流变性、滤失量和表面张力,实验结果见表 3。表 3低固相钻井液性能评价数据钻井液实验温度/AV/(mPas)PV/(mPas)YP/PaGel/(Pa/Pa)FL/mL表面张力/(mN/m)低固相水基钻井液室温4736113/64.623.1180413382/45.224.5200362971.5/36.025.6由表 3 中可以看出,抗高温低固相钻井液体系的流变性能相对稳定,具有低黏度、高切力的特点,钻井液滤失量低,有效减少滤液和固相颗粒进入储层;表面张力低,有利于减少或防止水锁损害。经过200 高温老化 16 h 后,钻井液体系仍然具有较好的流变性能,能够满足高温携带钻屑的要求。3.2抗污染性能钻井液流变性、固相控制经常受到地层中的可溶性盐(如石膏)、岩石细粒(如黏土、砂子)以及各种流体(地层水、油气)等的影响。测定钻井液在抗黏土、钻屑及可溶性盐的污染能力,如表 4 所示。从表 4 可以看出,该钻井液具有良好的抗污染能力,老化前后流变性、滤失量低,能够满足现场的要求。表 4钻井液抗污染性能评价数据钻井液T/AV/(mPas)PV/(mPas)YP/PaGel/(Pa/Pa)FL/mL抗高温低固相钻井液+5%黏土常温4937123.5/64.4200383081/35.6抗高温低固相钻井液+5%钻屑常温4838103/5.55.2200352961/2.56.2抗高温低固相钻井液+10%NaCl常温453692.5/55.6200342951/26.43.3封堵性能采用 FA 砂床封堵实验、TransparentFilter-2 高温高压可视型砂床滤失仪,评价抗高温低固相钻井液94承德石油高等专科学校学报2023 年第 25 卷第 2 期体系的封堵性能,实验结果见表 5。由表 5 可知,抗高温低固相钻井液体系无论在常温低压下,还是在150 、3.5 MPa 高温高压下,封堵性能均优于目前常规的低密度低固相钻井液体系。表 5钻井液(=1.08 g/cm3)体系的封堵评价数据体系FA 型无渗透钻井液滤失仪高温高压可视型砂床滤失仪T/压力/MPa滤失量/mL侵入深度/cmT/压力/MPa滤失量/mL抗高温低固相钻井液250.705.81503.521.6低密度低固相钻井液250.707.21503.535.4由表 5 可知,研发的抗高温低固相钻井液体系 FA 无渗透砂床侵入深度为 5.8 cm,高温高压砂床滤失量为 21.6 mL,明显少于常用的低密度低固相钻井液,表明研发的钻井液体系可形成致密的封堵层,有效减少滤液进入储层,极大减轻水锁伤害。3.4储层保护性能选用胜利潜山储层灰岩岩心,经人工造缝,通过岩心流动实验,评价钻井液体系的储层保护效果。污染实验条件为:围压 3.0 MPa,流速 2 mL/min,污染压力 2.5 MPa。实验结果见表 6 所示。表 6体系储层保护性能评价体系污染前岩芯渗透率/(10-3m2)污染后岩芯渗透率/(10-3m2)暂堵率/%切去 0.8 cm 后岩心渗透率/(10-3m2)切去 0.8 cm 后岩心渗透率恢复率/%抗高温低固相钻井液23.452.1690.7921.9493.56低密度低固相钻井液28.413.5387.5723.5889.33从表 6 看出,裂缝灰岩岩心经抗高温低固相钻井液污染后,浅表暂堵率大于 90%;切去 0.8 cm 污染端后,其渗透率恢复率均高于 90%,表明该钻井液体系具有较好的封堵性能,对储层的侵入较浅,损害程度较低,具有优良的储层保护效果。4现场应用4.1现场工艺措施1)配浆与替浆按配方配制一定量密度为 1.05 g/cm3的抗高温低固相钻井液,用石灰石加重到设计密度。用二开钻井液扫完水泥塞后,将配制好的钻井液替入井内,大排量剪切,调整钻井液黏度及流变性达到设计要求,满足三开钻进要求。2)钻井液性能维护由于井底温度高达 193 ,地温梯度为 3.96 /100 m,因此要调整井浆中抗温增黏剂和磺酸盐共聚物的加量,防止钻井液高温降黏降切。同时定期补充抗高温降滤失剂、封堵防塌剂等,控制钻井液黏度在 45 55 s,静切力在(5 10)/(10 20)Pa/Pa,以保持钻井液具有良好的流变性和携带岩屑能力。3)井壁稳定措施奥陶系、上古生界-寒武系,裂缝性发育,易发生井漏,因此在控制钻井液密度为下限的同时,加入足量的聚合物油层保护剂、纳米乳液等,提高钻井液的封堵性,减少钻井液中自由水的侵入,确保井壁稳定。4)井眼清洁措施根据进尺和返砂情况,间歇使用抗温增黏剂 SLVA 和 DSP-1 配制稠塞清扫井眼,避免岩屑床形成。05李秀灵,等:抗高温低固相钻井液在桩古斜 411 井的应用随着推稠塞次数增加,钻井液中调节剂含量增大,动切力随之升高。当钻井液满足携砂需要时,可减少推稠塞次数。5)储层保护措施除控制滤失量外,钻井液加重全部采用石灰石粉;在进入储层前 100 m 一次性加入防水锁剂FCS-4;采用聚合物油层保护剂、纳米乳液等封堵剂,实现对不同尺寸油气通道快速成膜暂堵。4.2应用效果1)钻井液流变性抗高温低固相钻井液在桩古斜 411 井进行了现场应用,取得了良好的应用效果。该井储层段钻井液性能见表 8。从表 8 可知,该体系具有良好的流变性能,完全能满足施工要求,较强的润滑效果,有效降低摩阻和扭矩,提高钻进速度。表 8桩古斜 411 井储层段钻井液性能井深/m/(g/cm3)FV/sPV/(mPas)YP/PaFL/mLGel/(Pa/Pa)Cs/%Kf41821.054634122.82.5/80.30.0542891.064737103.02/80.30.0543991.064736113.22/70.30.0544211.084836123.02.5/80.30.0545621.084838103.42.5/80.30.0546181.095039113.62/80.30.0646791.156348153.43/100.30.0647611.156551143.23/110.30.0648751.156449152.83.5/100.30.074993.351.156350132.84/110.30.062)钻井效果从现场施工来看,施工过程中没有出现严重的复杂情况,测井一次成功率均达到 100%。在确保井壁稳定的前提下平均提前 7.75 d 完钻,最大程度上减少了钻井液对储层的浸泡时间,其钻井技术指标见表 9。表 9钻井技术指标完钻井深/m设计钻井周期/d实际钻井周期/d缩短时间/d平均机械钻速/(mh-1)测井一次成功率/%4 993.358072.257.759.861003)油层保护效果试油时,产油量为 34 m3/d,产气量超过 9 900 m3/d。从采油效果来看,抗高温低固相钻井液适用于胜利桩西潜山灰岩地层钻探要求,油层保护效果明显。5结论1)抗高温低固相钻井液根据桩西潜山地层特点,引入抗温增黏剂、胺基聚醇、纳米乳液、聚合物油层保护剂以及抗高温的磺酸盐共聚物等,较好地解决了桩古斜 411 井由于井底温度高,造成钻井液高温下黏切急剧下降,调控难度大,不利于悬浮携带钻屑等缺点。2)抗高温低固相钻井液具有良好的抗温性、极强的封堵性。对桩古斜 411 井的裂缝性储层进行较15承德石油高等专科学校学报2023 年第 25 卷第 2 期好的封堵,保证了井壁稳定,实现了安全钻进。3)抗高温低固相钻井液形成了符合胜利潜山灰岩地层的油气层保护技术,在现场应用过程中,钻井液性能稳定,油层保护效果突出,采油效果明显。参考文献:1李军,刘丽峰,赵玉合,等.古潜山油气藏研究综述J.地球物理学进展,2006,21(3):879-887.2李燕,吕兴辉,李建霞,等.胜利油田桩西潜山构造深井钻探难点及对策J.天然气技术,2010,4(5):50-53.3李玉光,曹砚锋,何保生.潜山储层损害因素分析及钻井液技术对策探讨J.中国海上油气,2005,17(6):403-408.4张耀元,马双政,王冠翔,等.抗高温疏水缔合聚合物无固相钻井液研究及现场试验J.石油钻探技术,2016,44(6):60-66.5吕开河,杨鹏,李建成,等.抗高温无黏土相钻井液体系研究与性能评价J.石油钻探技术,2012,40(5):30-34.6邱春阳,周建民,张海青,等.车古潜山油藏抗高温无固相钻井液技术J.断块油气田,2020,27(3):390-393.7李秀灵,陈二丁.低伤害钻井液在义北油区的应用 J.钻井液与完井液,2016,33(2):64-68.8袁丽,郭祥鹃,王宝田.钻井液用纳米乳液 RL-2 的研究与应用J.钻井液与完井液,2005,22(6):16-21.9Mehrdad Vasheghanifarahani,Rasa Soleimani,Saeidjamshidi,et al.Development of a Dynamic Model for Drilling FluidsFiltration:Implications to Prevent Formation DamageC.SPE 168151,International Symposium and Exhibition on Forma-tion Damage Control.,OnePetro,2014.10Kegang Ling,He Zhang,Zheng Shen.A Comprehensive Approach to 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