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        潿洲12-1油田水平井無固相有機(jī)鹽鉆井液技術(shù)

        2018-01-15 01:56:39郭永賓劉智勤
        石油鉆探技術(shù) 2017年6期
        關(guān)鍵詞:黏劑巖心鉆井液

        郭永賓, 管 申, 劉智勤, 彭 巍, 曹 峰

        (中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,廣東湛江 524057)

        潿洲12-1油田位于南海北部灣盆地北部拗陷潿西南凹陷中西部,相繼經(jīng)歷了張裂、斷陷和坳陷3大發(fā)育階段,并且受正斷層控制,其目的層為潿洲組潿三段和潿四段。潿三段為中、細(xì)砂巖與泥巖不等厚互層,粉砂巖夾雜色泥巖;潿四段為中、細(xì)砂巖與泥巖不等厚互層,上部為雜色泥巖,下部為灰色泥巖。該油田水平井的水平段相對(duì)較長(zhǎng)(800~1 000 m),井眼清潔難度大,且儲(chǔ)層段非均質(zhì)性強(qiáng),給儲(chǔ)層保護(hù)造成了困難。該油田采用無固相有機(jī)鹽鉆井液鉆進(jìn)水平段,配方為0.3%燒堿+2.0%PF-FLOTROL(流性調(diào)節(jié)劑)+2.0%PF-GBL(白瀝青)+1.5%PF-LPFH(封堵劑)+3.0%CaCO3(封堵劑)+PF-CONA(加重劑)+PF-HCOOK(抑制劑)。該鉆井液是一種新型的快速弱凝膠鉆井液,利用物質(zhì)之間的協(xié)同效應(yīng)形成凝膠,不需要加交聯(lián)劑,對(duì)成膠溫度和成膠時(shí)間要求低,表觀黏度低,耐低速剪切,對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)。但該鉆井液動(dòng)塑比小,低剪切速率下的黏度無法滿足長(zhǎng)裸眼水平段攜砂要求,易造成起下鉆遇阻、倒劃眼憋泵等井下故障;同時(shí)該鉆井液沒有針對(duì)非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層優(yōu)化暫堵材料的粒徑分布,導(dǎo)致儲(chǔ)層保護(hù)效果欠佳[1-5],油井表皮系數(shù)常高達(dá)20以上,油井實(shí)際產(chǎn)油量低于配產(chǎn)。因此,筆者通過優(yōu)化增黏劑的加量和暫堵劑的粒徑分布,提高無固相有機(jī)鹽鉆井液的流變性能和儲(chǔ)層保護(hù)性能,形成了適用于該油田長(zhǎng)裸眼水平段的無固相有機(jī)鹽鉆井液,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,該鉆井液能滿足潿洲12-1油田長(zhǎng)裸眼水平段井眼清潔和儲(chǔ)層保護(hù)的要求。

        1 無固相有機(jī)鹽鉆井液配方優(yōu)化

        針對(duì)潿洲12-1油田現(xiàn)用無固相有機(jī)鹽鉆井液井眼清潔和儲(chǔ)層保護(hù)效果差的問題,通過優(yōu)化增黏劑加量改善其流變性,優(yōu)化暫堵劑粒徑提高鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)性能,使之滿足鉆井要求。

        1.1 流變性優(yōu)化

        低剪切速率黏度是衡量鉆井液攜巖能力的重要參數(shù),可以通過提高低剪切速率改善鉆井液的攜巖能力,而增黏劑加量恰好與低剪切速率呈正相關(guān)關(guān)系。增黏劑PF-VIS成本低廉,適應(yīng)性較強(qiáng),是鉆井液常用增黏劑。因此,筆者以潿洲12-1油田現(xiàn)用無固相有機(jī)鹽鉆井液為基礎(chǔ),通過測(cè)試鉆井液在增黏劑PF-VIS不同加量下的低剪切速率黏度,以確定增黏劑PF-VIS的加量,測(cè)試結(jié)果見表1。

        表1 增黏劑加量對(duì)無固相有機(jī)鹽鉆井液性能的影響Table 1 Impacts of volumes of thickener on properties of solid-free organic salt drilling fluid

        注:①加入了2.0%PF-GJC抑制劑;②老化條件為在120 ℃下滾動(dòng)16 h,下同。

        由表1可知,隨著增黏劑PF-VIS加量增大,鉆井液的表觀黏度、塑性黏度及切力等都在提高,尤其低剪切速率黏度升高明顯,當(dāng)增黏劑PF-VIS加量達(dá)到0.7%時(shí),其低剪切速率黏度大于30 000 mPa·s,表明其攜巖能力達(dá)到了水平段鉆進(jìn)要求,再加入2.0%PF-GJC(抑制劑),其潤(rùn)滑系數(shù)降至0.11,低剪切速率黏度大于40 000 mPa·s,其流變性得到進(jìn)一步提高。因此,確定增黏劑PF-VIS加量為0.7%,并加入2.0%抑制劑PF-GJC。

        1.2 儲(chǔ)層保護(hù)性能優(yōu)化

        1.2.1 暫堵劑粒徑優(yōu)化原則

        儲(chǔ)層保護(hù)的關(guān)鍵在于防止濾液和固相顆粒侵入。根據(jù)D90規(guī)則,當(dāng)暫堵劑顆粒粒徑累積分布曲線上的D90與儲(chǔ)層最大孔喉直徑相等時(shí),鉆井液內(nèi)的固相顆粒就會(huì)在井壁上通過橋堵形成滲透率極低的濾餅,就可取得理想的暫堵效果[6-8]。因此,根據(jù)D90規(guī)則優(yōu)化暫堵劑粒徑分布。

        1.2.2 暫堵劑粒徑分布優(yōu)化

        要優(yōu)化暫堵劑的粒徑分布,首先要分析得到儲(chǔ)層的孔喉最大孔徑。筆者選取WZX-1井潿三段和WZX-2井潿四段的巖心制作巖心鑄體薄片,分析其孔喉粒徑分布,結(jié)果見表2。由表2可知,儲(chǔ)層孔喉最大孔徑平均為121.63 μm。

        表2WZX-1井和WZX-2井潿三段和潿四段巖心孔喉粒徑分布

        Table2PorethroatsizesdistributioninEw3andEw4intervalsintheWellWZX-1andtheWellWZX-2

        巖心編號(hào)井號(hào)井深/m層段平均孔喉比平均孔徑/μm最大孔徑/μm最小孔徑/μm27WZX-12479.50潿三段6.0124.85124.361.5416WZX-12685.90潿三段4.9822.35125.471.9923WZX-23175.00潿四段6.0919.30115.362.1232WZX-23299.80潿四段5.6720.89121.321.23

        酸溶性暫堵劑超細(xì)碳酸鈣粒徑分布較廣,價(jià)格便宜,易酸化解堵,與儲(chǔ)層的配伍性好[9-12]。因此選擇碳酸鈣作為暫堵劑。根據(jù)潿三段、潿四段儲(chǔ)層巖心孔喉最大孔徑的平均值,應(yīng)用復(fù)雜結(jié)構(gòu)井儲(chǔ)層損害評(píng)價(jià)及保護(hù)技術(shù)系統(tǒng)優(yōu)化暫堵劑碳酸鈣顆粒粒徑分布,結(jié)果如圖1所示。由圖1可知,當(dāng)800目碳酸鈣與400目碳酸鈣的質(zhì)量比為4.01∶1時(shí),其D90與地層巖心孔喉最大孔徑的平均值相等。因此,選用800目和400目的碳酸鈣,其質(zhì)量比為4.01∶1。

        圖1 碳酸鈣粒徑分布優(yōu)化結(jié)果Fig.1 Optimization of calcium carbonate particle size distribution

        通過優(yōu)化現(xiàn)用的無固相有機(jī)鹽鉆井液的流變性能和儲(chǔ)層保護(hù)性能,形成了新的無固相有機(jī)鹽鉆井液配方:0.3%燒堿+2.0%PF-FLOTROL(流性調(diào)節(jié)劑)+20.%PF-GBL(白瀝青)+1.5%PF-LPFH(封堵劑)+PF-CONA(加重劑)+PF-HCOOK(抑制劑)+0.7% PF-VIS+2.0%PF-GJC(聚合醇)+3.0%CaCO3。其中,CaCO3由800目和400目碳酸鈣混配而成,質(zhì)量比為4.01∶1。

        2 性能評(píng)價(jià)

        2.1 抑制性

        采用泥頁(yè)巖線性膨脹率試驗(yàn)和巖屑回收率試驗(yàn)評(píng)價(jià)鉆井液的抑制性[13-20]。選用WZX-1井和WZX-2井的泥頁(yè)巖進(jìn)行泥頁(yè)巖線性膨脹試驗(yàn),結(jié)果見表3。由表3可知,WZX-1井泥頁(yè)巖在無固相有機(jī)鹽鉆井液(優(yōu)化前后)中的線性膨脹率均在10%左右,表明無固相有機(jī)鹽鉆井液優(yōu)化前后抑制泥頁(yè)巖吸水膨脹的能力都很強(qiáng)。

        選用WZX-1井和WZX-2井不同深度的巖屑進(jìn)行滾動(dòng)回收率試驗(yàn),結(jié)果見表4。由表4可知,巖屑在無固相有機(jī)鹽鉆井液(優(yōu)化前后)中的滾動(dòng)回收率在95%左右,說明無固相有機(jī)鹽鉆井液優(yōu)化前后都具有較強(qiáng)的抑制泥頁(yè)巖水化分散能力。

        表3泥頁(yè)巖在無固相有機(jī)鹽鉆井液(優(yōu)化前后)中的線性膨脹率

        Table3Linearexpansionratesofmudshalebefore/afteroptimizationofsolid-freeorganicsaltdrillingfluid

        井名井深/m條件線性膨脹率,%WZX-1井2686.00優(yōu)化前10.20優(yōu)化后11.80WZX-2井2436.00優(yōu)化前9.50優(yōu)化后9.11

        表4巖屑在無固相有機(jī)鹽鉆井液(優(yōu)化前后)中的滾動(dòng)回收率

        Table4Rollingrecyclingratesofcuttingsbefore/afteroptimizationofsolid-freeorganicsaltdrillingfluid

        井號(hào)井深/m條件回收率,%WZX-1井2436.00優(yōu)化前95.11優(yōu)化后96.48WZX-2井3175.103266.40優(yōu)化前91.25優(yōu)化后92.27優(yōu)化前93.91優(yōu)化后94.66

        2.2 抗污染性

        潿洲12-1油田鉆井要求鉆井液具有抗鉆屑、海水和氯化鈉污染的性能,因此對(duì)優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液的抗污染性能進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)。

        2.2.1 抗鉆屑侵污

        測(cè)試優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液在加入100目潿三段鉆屑前后的基本性能,結(jié)果見表5。由表5可知,隨著鉆屑加量增大,優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液的黏度有所升高,API濾失量有所降低,其性能較為穩(wěn)定,說明該鉆井液有很好的抗鉆屑污染性能。

        表5 優(yōu)化后無固相有機(jī)鹽鉆井液抗鉆屑污染試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Anti-pollution capability of solid-free organic salt against cuttings after optimization

        2.2.2 抗海水侵污

        測(cè)試優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液在海水侵入前后的基本性能,結(jié)果見表6。由表6可知,隨著海

        水侵入量的增加,優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液的表觀黏度和塑性黏度逐漸降低,濾失量增大,但變化幅度不大,仍能滿足鉆井要求,說明優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液具有較好的抗海水侵污性能。

        表6 優(yōu)化后無固相有機(jī)鹽鉆井液抗海水污染試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Anti-pollution capability of solid-free organic salt against sea water after optimization

        2.2.3 抗氯化鈉侵污

        測(cè)試優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液在加入氯化鈉前后的基本性能,結(jié)果見表7。由表7可以看出,

        隨著氯化鈉加量增大,優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液的表觀黏度和塑性黏度逐漸升高,濾失量增大,但變化幅度不大,仍能滿足鉆井要求,說明優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液具有較好的抗氯化鈉侵入性能。

        表7 優(yōu)化后無固相有機(jī)鹽鉆井液抗氯化鈉污染試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Anti-pollution capability of solid-free organic salt against sodium chloride after optimization

        2.3 儲(chǔ)層保護(hù)性能

        選用潿洲12-1油田WZX-1井垂深2 660.00 m處的泥頁(yè)巖巖心,利用ZDY50-180型巖心動(dòng)態(tài)損害儀評(píng)價(jià)無固相有機(jī)鹽鉆井液(優(yōu)化前后)的儲(chǔ)層保護(hù)性能。首先測(cè)試飽和地層水巖心的油相滲透率,再反向用無固相有機(jī)鹽鉆井液在120 ℃、3.5 MPa條件下污染巖心2 h,接著取出無固相有機(jī)鹽鉆井液,用破膠液在120 ℃、0.7 MPa條件下破膠2 h,再接著用完井液替出破膠液,最后再正向測(cè)試巖心的油相滲透率,然后根據(jù)上述2次巖心滲透率測(cè)試結(jié)果,計(jì)算出滲透率恢復(fù)率,結(jié)果見表8。

        表8無固相有機(jī)鹽鉆井液優(yōu)化前后的巖心污染試驗(yàn)結(jié)果

        Table8Corecontaminationtestsforsolid-freeorganicsaltdrillingfluidbeforeandafteroptimization

        巖心編號(hào)鉆井液氣測(cè)滲透率/mD油相滲透率/mD污染前污染后滲透率恢復(fù)率,%2122優(yōu)化前1.440.5940.51286.122.401.0020.83383.13112優(yōu)化后8.991.4471.34592.973.690.7330.66991.30

        由表8可知,巖心被優(yōu)化前的無固相有機(jī)鹽鉆井液污染后其滲透率恢復(fù)率在85%左右,被優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液污染后其滲透率恢復(fù)率大于90%,表明優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)性能得到大幅提高。

        2.4 封堵性能

        選用氣測(cè)滲透率為14.5 mD的巖心,利用JLX-2型動(dòng)態(tài)堵漏試驗(yàn)儀評(píng)價(jià)了密度為1.4 kg/L的無固相有機(jī)鹽鉆井液優(yōu)化前后的封堵能力。優(yōu)化前后的無固相有機(jī)鹽鉆井液在巖心上形成的濾餅厚度分別為3.0和1.0 mm,侵入巖心的深度分別為4.1和1.5 cm。在120 ℃、13 MPa條件下,優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液的濾失量?jī)H為4.2 mL,表明優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液的封堵性能較強(qiáng),可以滿足鉆井對(duì)其封堵性能的要求。

        3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        潿洲12-1油田在4口水平井的水平段應(yīng)用了優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液。該油田在應(yīng)用優(yōu)化前無固相有機(jī)鹽鉆井液鉆進(jìn)井水平段時(shí),由于井眼清潔效果差,容易形成巖屑床,造成起下鉆頻繁遇阻,平均每口井起下鉆遇阻10次,且倒劃眼起鉆期間憋泵蹩鉆達(dá)22次,導(dǎo)致實(shí)際鉆井周期比設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)2~3 d;且由于優(yōu)化前無固相有機(jī)鹽鉆井液暫堵劑的粒徑未針對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行優(yōu)化,儲(chǔ)層保護(hù)性能差,造成表皮系數(shù)通常達(dá)到20.0以上。優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液由于改善了流變性,井眼清潔較好,起下鉆沒有出現(xiàn)遇阻現(xiàn)象,實(shí)際鉆井周期比設(shè)計(jì)鉆井周期縮短了8 d;且優(yōu)化后無固相有機(jī)鹽鉆井液暫堵劑的粒徑針對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行了優(yōu)化,儲(chǔ)層保護(hù)性能好,4口應(yīng)用井的表皮系數(shù)平均為-3.0,產(chǎn)油量為油藏配產(chǎn)的2倍。下面以潿洲12-1-H1井為例介紹優(yōu)化后無固相有機(jī)鹽鉆井液的應(yīng)用情況。

        潿洲12-1-H1井為側(cè)鉆水平井,一開在老井φ339.7 mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆φ311.1 mm井眼,依次鉆遇望樓崗組、燈樓角組、角尾組、下洋組和潿一段地層,φ244.5 mm套管下至潿一段硬質(zhì)雜色泥巖地層,為二開采用油基鉆井液鉆進(jìn)提供較高的承壓能力;二開采用φ215.9 mm鉆頭鉆至潿四段地層,下入φ177.8 mm套管封固潿二段易垮塌的灰色泥巖地層及潿三段地層;三開采用φ151.8 mm鉆頭鉆進(jìn)潿四段儲(chǔ)層,下入鉆孔篩管支撐井壁。三開采用了優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液,為確保鉆井液的性能滿足水平段鉆進(jìn)的需求,采取了以下維護(hù)處理措施:

        1) 振動(dòng)篩采用200目篩布,充分利用固控設(shè)備控制鉆井液中的固相含量,使鉆井液固相含量盡可能低,以達(dá)到優(yōu)快鉆井、清潔井眼等目的。

        2) 利用PF-FLO(淀粉)改善鉆井液的流變性,將鉆井液濾失量嚴(yán)格控制在4 mL以內(nèi),使其在井壁上形成薄而韌的濾餅。

        3) 適當(dāng)提高鉆井液密度和黏度,以防止?jié)?段地層泥巖坍塌,提高鉆井液的攜巖能力。

        該井在水平段鉆進(jìn)過程中沒有出現(xiàn)起下鉆遇阻的情況,且振動(dòng)篩出砂界面清晰,表明水平裸眼段巖屑返出情況良好,井眼清潔程度高。該井投產(chǎn)后測(cè)試表皮系數(shù)為-3.0,而采用優(yōu)化前無固相有機(jī)鹽鉆井液鄰井的表皮系數(shù)大于20.0。這表明優(yōu)化后無固相有機(jī)鹽鉆井液的攜巖性能和儲(chǔ)層保護(hù)性能與優(yōu)化前相比得到大幅提高。

        4 結(jié)論與建議

        1) 通過優(yōu)化增黏劑的加量和暫堵劑的粒徑分布,對(duì)無固相有機(jī)鹽鉆井液的配方進(jìn)行了優(yōu)化。室內(nèi)性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明,優(yōu)化后無固相有機(jī)鹽鉆井液的抑制性、抗污染性、封堵性和儲(chǔ)層保護(hù)性能均達(dá)到了潿洲12-1油田水平井段對(duì)鉆井液性能的要求。

        2) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,應(yīng)用優(yōu)化后的無固相有機(jī)鹽鉆井液可以解決潿洲12-1油田水平段井眼清潔效果差和儲(chǔ)層污染嚴(yán)重的問題。

        3) 為提高無固相有機(jī)鹽鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)性能,應(yīng)對(duì)潿洲12-1油田儲(chǔ)層段的孔喉進(jìn)行詳細(xì)描述,并據(jù)此對(duì)暫堵劑的粒徑進(jìn)行優(yōu)化。



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