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        可循環(huán)油基泡沫鉆井液體系室內(nèi)評價及應(yīng)用

        2014-09-15 12:57:58王廣財張榮志
        關(guān)鍵詞:發(fā)泡劑井段鉆井液

        王廣財,張榮志

        (中石油吐哈油田分公司工程技術(shù)研究院,新疆 鄯善 838202)

        曾翔宇

        (中石油吐哈油田分公司開發(fā)部,新疆 鄯善 838202)

        楊官杰

        (中石油西部鉆探國際鉆井公司,新疆 烏魯木齊 830000)

        熊萱

        (中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院,北京 102200)

        吐哈油田致密油氣藏強水敏、低壓、低滲儲層較為普遍,儲層微裂縫發(fā)育,壓力系數(shù)小于0.90,用常規(guī)鉆井液體系無法實現(xiàn)近平衡壓力鉆井,且會對儲層造成嚴(yán)重污染[1]。為此,針對吐哈油田致密油氣藏地層特點,筆者研發(fā)了一種可循環(huán)油基泡沫鉆井液體系,并通過室內(nèi)試驗對油基泡沫鉆井液的性能進(jìn)行了評價。

        1 可循環(huán)油基泡沫鉆井液體系

        油基泡沫鉆井液技術(shù)以油相抑制頁巖水化膨脹、地層造漿,防止儲層發(fā)生水敏而傷害儲層,以泡沫降低鉆井液密度,封堵防漏,以微泡沫為連續(xù)相實現(xiàn)泵送。該技術(shù)已成為鉆探高溫深井、大斜度定向井、水平井、各種復(fù)雜井段和儲層保護(hù)的重要手段[2]。油基泡沫鉆井液需解決2大難題,一是油具有較低的表面張力,本身對水基泡沫具有消泡作用,需要解決在非極性溶劑中發(fā)泡的難題;二是油為連續(xù)相,水基穩(wěn)泡材料在油中不具有穩(wěn)泡作用,需要解決在非極性溶劑中穩(wěn)泡的難題[3]。

        1.1 油基泡沫鉆井液發(fā)泡劑優(yōu)選

        選用斯盤80、長鏈烷基苯磺酸鈉、聚異丁烯和高抗油發(fā)泡劑DRfoam-2等4種發(fā)泡劑,分別在原油體積比占70% 的鉆井液中測試發(fā)泡效果,基液總體積為400ml,所用原油密度為0.83g/cm3,鉆井液為聚合物鉆井液,密度1.06g/cm3,攪拌速度為12000r/min。試驗表明,DRfoam-2發(fā)泡劑在不同加量條件下發(fā)泡體積最大,泡沫總體積達(dá)到890ml,優(yōu)于其他3種發(fā)泡劑,初步優(yōu)選確定DRfoam-2作為發(fā)泡劑 (見圖1)。

        圖1 發(fā)泡劑發(fā)泡體積對比

        1.2 油基泡沫轉(zhuǎn)化劑優(yōu)選

        以30%清水+70%原油+2%膨潤土作為基漿,研究了不同油基轉(zhuǎn)化劑加量對泡沫鉆井液性能影響,試驗結(jié)果見表1。結(jié)果表明,隨油基轉(zhuǎn)化劑加量增加,鉆井液體積和密度變化不大,鉆井液半衰期在不斷增大,鉆井液的穩(wěn)定性也不斷增強。油基轉(zhuǎn)化劑的合理加量為0.3%~0.5%。

        表1 油基轉(zhuǎn)化劑對鉆井液性能影響

        2 可循環(huán)油基泡沫鉆井液性能室內(nèi)研究

        2.1 油基泡沫鉆井液發(fā)泡效果評價

        室內(nèi)試驗采用米氣7H井現(xiàn)場的鉆井液進(jìn)行,選用新型發(fā)泡劑Drfoam-2,采用高速攪拌器發(fā)泡配制油基泡沫,其發(fā)泡原理是通過攪拌器葉輪在油水混合物中高速旋轉(zhuǎn),空氣進(jìn)入基液而形成泡沫流體[3]。采用該方法評價了發(fā)泡劑Drfoam-2在油基鉆井液中的發(fā)泡能力。

        發(fā)泡劑加量與發(fā)泡體積、鉆井液密度關(guān)系圖分別如圖2和圖3所示,由圖2和圖3可以看出,發(fā)泡劑加量為0.1%~0.7%時,發(fā)泡體積隨加量增加呈線性增加,發(fā)泡體積達(dá)2倍以上,密度隨發(fā)泡劑的加量增加而降低,可降至0.40g/cm3。以上數(shù)據(jù)證明,發(fā)泡劑可有效解決在非極性溶劑中發(fā)泡的問題。

        圖2 發(fā)泡劑加量與發(fā)泡體積關(guān)系圖

        圖3 發(fā)泡劑加量與鉆井液密度關(guān)系圖

        圖4 半衰期隨穩(wěn)泡劑加量變化曲線

        2.2 油基泡沫鉆井液的穩(wěn)泡效果評價

        增加油基泡沫液相黏度和表面黏度,使表面膜強度增高,可大大提高油基泡沫穩(wěn)定性。試驗采用油溶性聚合物作為穩(wěn)泡劑,在Drfoam-2加量為0.7%的油基鉆井液中,加入不同量的聚合物增黏劑,在12000r/min下攪拌10min,觀察其半衰期。圖4為油溶性聚合物增黏劑在油基鉆井液中的穩(wěn)泡能力。由圖4數(shù)據(jù)可以看出,聚合物增黏劑在油基鉆井液中的加量為0.3%以上時,半衰期可達(dá)10h以上,基本能滿足鉆井需求,可滿足在非極性溶劑中的穩(wěn)泡問題。

        2.3 油基泡沫鉆井液流變性能評價

        在米氣7H井現(xiàn)場取油基泡沫鉆井液樣,進(jìn)行流變性能測試,表2為不同溫度下熱滾16h,并冷卻至室溫后測量油基泡沫鉆井液的流變性能。由表2數(shù)據(jù)可以看出,油基泡沫鉆井液在室溫和高溫?zé)釢L后都具有較高動切力 (YP)、較低塑性黏度 (PV)和較高動塑比,表明油基泡沫鉆井液的塑性黏度越低,越有利于提高鉆速;動切力越高,剪切稀釋性增強;動塑比越高,油基泡沫鉆井液攜帶能力提高。因此,油基泡沫鉆井液體系具有較好的流變性能、攜砂能力和懸浮能力,能夠滿足現(xiàn)場鉆井作業(yè)要求。

        表2 米氣7H井現(xiàn)場取樣鉆井液流變性能表

        表3 米氣7H井現(xiàn)場取樣鉆井液抗污染能力評價試驗

        2.4 油基泡沫鉆井液抗污染能力評價

        在米氣7H井現(xiàn)場取油基泡沫鉆井液樣,進(jìn)行抗污染能力評價。表3為加入不同加量的3.0%NaCl溶液后的油基泡沫鉆井液的流變性能。由表3數(shù)據(jù)可以看出,3.0%NaCl溶液對油基泡沫鉆井液發(fā)泡體積和半衰期影響不大??梢姡突菽@井液具有較強的抗鹽水污染能力。

        2.5 油基泡沫鉆井液儲層保護(hù)性能評價

        通過室內(nèi)相關(guān)儲層巖心污染試驗表明,油基泡沫鉆井液體系對強水敏性泥頁巖滲透率恢復(fù)值可達(dá)到85%以上 (見圖5),對儲層的損害較小,油基泡沫鉆井液具有良好的抗污染能力。因此油基泡沫鉆井液體系尤其適合強水化敏性泥頁巖地層的鉆井作業(yè)。

        圖5 吐哈油田現(xiàn)用鉆井液滲透率恢復(fù)值對比

        3 現(xiàn)場應(yīng)用

        3.1 地質(zhì)和工程概況

        1)米氣7H井 米氣7H井位于吐哈盆地臺北凹陷南部斜坡區(qū)致密油氣藏米登區(qū)塊西山窯構(gòu)造,完鉆井深3725m,目的層位西山窯組 (3187~3725m井段),儲層以低孔、低滲為特點,壓力系數(shù)0.7。黏土主要成分為高嶺石,其次為綠泥石,伊利石和伊蒙混層含量較低。儲層的敏感性分析表明,西山窯儲層為強水敏、弱-中速敏、弱鹽敏、弱-中堿敏、弱酸敏儲層。巖性為灰白色細(xì)砂巖與灰色泥巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖。

        米氣7H井為水平井,井身結(jié)構(gòu)為三開,三開使用?152.4mm鉆頭,完鉆井深為3725m,造斜點為2860m,井深3558m轉(zhuǎn)化為油基泡沫鉆井液,轉(zhuǎn)化前鉆井液性能如表4,逐步加入發(fā)泡劑,循環(huán)1~2周后鉆井液密度由1.16g/cm3降至0.92g/cm3,黏度由76s升至82s,鉆井液從里到外產(chǎn)生了一層微小的泡沫,泵壓從18MPa降到15MPa,鉆進(jìn)期間鉆井液密度始終維持在0.92~0.95g/cm3,中途完鉆井深為3189m,三開鉆井周期19.08d,定向段、水平段長分別為365m和500m,電測、下套管和固井順利,沒有出現(xiàn)任何井下復(fù)雜情況。

        2)勒11-1井 勒11-1井位于吐哈盆地鄯勒第三系構(gòu)造,完鉆井深740m,目的層位鄯善群(656~740m井段),儲層為中-高孔、特低滲儲層,壓力系數(shù)0.60~0.70。巖石成分中礫石含量較多,礫石成分為火山巖碎屑,礫徑一般1~4mm,最大達(dá)6mm;砂巖為中-細(xì)砂巖,成分也以火山巖巖屑為主,其次為長石、石英,分選差,呈次棱角狀-次圓狀,泥質(zhì)膠結(jié)。該區(qū)儲層可能具有較強的水敏特征。

        勒11-1井為直井,井身結(jié)構(gòu)為二開,二開使用?215.9mm鉆頭,完鉆井深740m,鉆至井深656.7m一開完鉆,下套管固井。二開前,排放一開井漿,重新配置油基鉆井液,轉(zhuǎn)化前鉆井液性能如表4,逐步加入油基發(fā)泡劑,循環(huán)一周后鉆井液密度由1.10g/cm3降至0.78g/cm3,黏度由60s升至73s,泵壓從8MPa降到6.5MPa。該井鉆至井深740m完鉆,電測、下套管和固井順利,沒有出現(xiàn)任何井下復(fù)雜情況。鉆進(jìn)期間微泡沫鉆井液密度始終維持在0.78~0.85g/cm3。

        3.2 油基泡沫鉆井液維護(hù)處理

        1)在二開完鉆后,充分循環(huán)鉆井液,利用離心機等四級固控清除鉆井液中的有害固相,在此基礎(chǔ)上,排掉部分井漿,混入原油,加入ABSN、CaO地面充分循環(huán),轉(zhuǎn)化成油基鉆井液。

        2)油基鉆井液中加入封堵劑、油基降濾失劑、油溶性聚合物增黏劑,充分循環(huán),將油基鉆井液性能調(diào)整至如表4所示。

        表4 油基鉆井液性能表

        3)在鉆井液中均勻緩慢加入發(fā)泡劑Drfoam-2,利用加重泵、剪切泵和攪拌器循環(huán)攪拌起泡。

        4)鉆進(jìn)過程中根據(jù)井口返出微泡沫鉆井液的密度、黏度、切力及微泡沫大小,及時對微泡沫鉆井液進(jìn)行維護(hù)處理,為了便于現(xiàn)場調(diào)整密度以維持地層壓力,可以通過加入發(fā)泡劑、增黏劑來降低鉆井液密度,通過降黏和加入消泡劑來提高鉆井液密度。

        3.3 應(yīng)用效果評價

        1)可循環(huán)油基泡沫鉆井液密度低,且范圍可調(diào)。米氣7H井和勒11-1井鉆井液密度與鄰井相比下降幅度大 (見表5),在鉆進(jìn)油層期間,鉆井液密度始終控制在設(shè)計范圍之內(nèi),從而實現(xiàn)了近平衡壓力鉆進(jìn)。

        表5 試驗井與鄰井綜合指標(biāo)數(shù)據(jù)對比

        2)提高了機械鉆速,縮短了鉆井周期,提高了鉆井綜合效益。2口井的機械鉆速與鄰井的平均水平相比,提高14.54% (見表5),提高了鉆井綜合效益。

        3)鉆井液性能。米氣7H井在3558~3725m井段應(yīng)用油基泡沫鉆井液體系,應(yīng)用井段性能良好,密度控制在0.92~0.95g/cm3,漏斗黏度為80~82s,動塑比基本保持在0.72以上,既有良好的抑制和封堵防塌能力,也具有較好的攜帶能力,全井起下鉆暢通無阻,三開水平段順利完鉆。

        勒11-1井在656.7~740m井段應(yīng)用油基泡沫鉆井液體系,應(yīng)用井段性能良好,密度控制在0.78~0.85g/cm3,漏斗黏度為73~78s,既有良好的抑制和封堵防塌能力,也具有較好的攜帶能力,施工井段起下鉆、通井暢通無阻。

        4)油氣層保護(hù)效果。通過對米氣7H井和勒11-1井油基泡沫鉆井液應(yīng)用井段的鉆屑觀察發(fā)現(xiàn) (見圖6和圖7),鉆屑完全沒有分散,充分證明油基泡沫鉆井液具有強抑制能力、攜帶能力和懸浮能力,有利于穩(wěn)定井壁和確保井下鉆井安全,更有利于儲層鉆進(jìn)中防止強水敏性儲層的傷害,達(dá)到保護(hù)儲層的目的。

        圖6 米氣7H井3719m鉆屑

        圖7 勒11-1井705m鉆屑

        油基泡沫鉆井液因具有低密度、低固相和高動塑比的特點,從而提高了機械鉆速,降低了復(fù)雜時效,減少了油層浸泡時間,加上微泡沫膠團(tuán)對小裂縫有封堵作用,能減少鉆井中鉆井液對儲層的傷害[4,5]。因此,油基泡沫鉆井液體系對地層傷害性較小,儲層保護(hù)效果較好。米氣7H井與鄰井投產(chǎn)初期平均產(chǎn)量對比同比提高17.69%。

        4 結(jié)論

        1)油基泡沫鉆井液密度可降至0.40g/cm3,發(fā)泡體積達(dá)2倍以上,能形成良好的穩(wěn)定的泡沫性能。

        2)油基泡沫鉆井液能實現(xiàn)近 (欠)平衡壓力鉆進(jìn)、防止井漏發(fā)生,提高機械鉆速,降低復(fù)雜時效。

        3)油基泡沫鉆井液體系在米氣7H井三開井段 (3558~3725m)和勒11-1井二開井段 (656.7~740m)進(jìn)行礦場試驗,應(yīng)用井段無復(fù)雜事故,鉆井液性能穩(wěn)定,具有良好的流變性能和攜帶性能。

        4)油基泡沫鉆井液因具有低密度、低固相和高動塑比的特點,對地層傷害性較小,儲層保護(hù)效果較好,適用于強水敏地層、超低壓地層和油層的鉆進(jìn)。

        [1]王中華 .關(guān)于加快發(fā)展我國油基鉆井液體系的幾點看法 [J].中外能源,2012,17(2):36-41.

        [2]何秀娟,李應(yīng)成,高磊,等 .油基泡沫鉆井流體穩(wěn)定機理研究 [J].鉆井液與完井液,2012,29(5):1-5.

        [3]談心,孫金聲,徐顯廣,等 .油基泡沫鉆井流體技術(shù)研究 [J].石油學(xué)報,2010,31(5):829-833.

        [4]張文波,戎克生,向興金,等 .油基鉆井液研究及現(xiàn)場應(yīng)用 [J].石油天然氣學(xué)報 (江漢石油學(xué)院學(xué)報),2010,32(3):303-305.

        [5]白小東,蒲曉林 .國外保護(hù)儲層的油基鉆井完井液新技術(shù)研究與應(yīng)用 [J].精細(xì)石油化工進(jìn)展,2005,6(12):12-14.

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