陳強(qiáng)
(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司,天津 300452)
渤海油田抗高溫防塌型鉆井液體系的研究與應(yīng)用
陳強(qiáng)
(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司,天津 300452)
[摘要]渤海油田地層夾層多且復(fù)雜,泥巖段極易水化膨脹,鉆井液維護(hù)難度大,難以維持井壁穩(wěn)定。在對(duì)抗高溫穩(wěn)定劑研究的基礎(chǔ)上,研發(fā)了一套適合于渤海油田砂泥巖互層鉆井的抗高溫防塌型鉆井液體系。室內(nèi)研究結(jié)果表明,該鉆井液體系在高溫高壓條件下流變性穩(wěn)定,懸浮攜砂性能好,防塌抑制能力強(qiáng)。該鉆井液在渤海油田2個(gè)區(qū)塊井段成功應(yīng)用,現(xiàn)場(chǎng)易于維護(hù),鉆井施工順利,很好地解決了渤海油田沙河街組地層砂泥巖互層井壁失穩(wěn)問(wèn)題。
[關(guān)鍵詞]防塌鉆井液;鉆井液穩(wěn)定劑;有機(jī)鹽;井壁穩(wěn)定;渤海油田
渤海油田在鉆井開發(fā)過(guò)程中,深部地層的泥頁(yè)巖垮塌、井壁失穩(wěn)系列問(wèn)題一直困擾著該油田的高效開發(fā)。傳統(tǒng)的PEM鉆井液體系(水基防塌鉆井液)不能滿足鉆井作業(yè)要求,井眼垮塌造成提前完鉆,導(dǎo)致部分進(jìn)尺報(bào)廢,或者更改增加一層套管程序,大大提高了鉆井的成本,部分井沒(méi)有實(shí)現(xiàn)獲得深部地層地質(zhì)數(shù)據(jù)的鉆井目的。將甲酸鹽引入到渤海油田傳統(tǒng)的PEM鉆井液體系中,滿足了大部分深部地層的防塌問(wèn)題,但有機(jī)鹽的含量增大,引起了鉆井液自身懸浮能力的明顯下降,出現(xiàn)了重晶石沉降、高溫高壓失水增加等問(wèn)題?;阢@井液穩(wěn)定劑與甲酸鹽,研發(fā)了一套抗溫性能穩(wěn)定、懸浮性能優(yōu)異的防塌型甲酸鹽鉆井液體系,很好地解決了渤海油田沙河街組地層泥頁(yè)巖井壁失穩(wěn)問(wèn)題,降低了井下復(fù)雜情況的發(fā)生率。
1渤海油田鉆井液技術(shù)難點(diǎn)
渤海油田東營(yíng)組、沙河街組地層存在泥巖砂巖互存,泥巖易水化膨脹,出現(xiàn)掉塊坍塌,需要解決井壁穩(wěn)定問(wèn)題。根據(jù)前期開發(fā)的實(shí)鉆情況,歸納發(fā)現(xiàn)鉆井方面主要有以下問(wèn)題:①起下鉆困難,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致卡鉆事故;②井眼垮塌造成提前完鉆,導(dǎo)致部分進(jìn)尺報(bào)廢。
根據(jù)該油田以前的鉆井經(jīng)驗(yàn)和鉆井液使用的情況,發(fā)現(xiàn)鉆井液維護(hù)的難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①黏度增加,導(dǎo)致流變性變差,泵壓增加;②密度增加,導(dǎo)致液柱壓力增加,經(jīng)常誘發(fā)井漏的發(fā)生;③失水增加,泥餅變厚,導(dǎo)致起下鉆困難;④鉆井液懸浮能力下降,出現(xiàn)鉆具黏卡等情況[1,2]。
2抗高溫防塌型鉆井液技術(shù)與作用機(jī)理
如果鉆井液在流變性、造壁性、穩(wěn)定性、固相含量等方面的性能會(huì)發(fā)生大幅改變,則會(huì)誘發(fā)井漏、井壁失穩(wěn)、卡鉆等井下復(fù)雜情況。鉆井液性能的維護(hù)不僅關(guān)系到井下作業(yè)安全,更是影響鉆井作業(yè)效率和成敗的關(guān)鍵因素。筆者主要以鉆井液穩(wěn)定劑PAC-T、甲酸鹽和聚合醇為基礎(chǔ),在分析其作用機(jī)理的基礎(chǔ)上,建立了一套防塌型鉆井液體系。
1)作用機(jī)理PAC-T為淡黃色或乳白色黏稠狀乳液,是經(jīng)多功能單體聚合而得的聚合物,有良好的耐鹽、耐高溫能力。PAC-T高分子微球可以作為流型調(diào)節(jié)劑和高溫穩(wěn)定劑,填充并占據(jù)層狀膨潤(rùn)土搭接的空間結(jié)構(gòu)內(nèi),改變膨潤(rùn)土粒子的剛性搭接程度,降低溫度變化對(duì)鉆井液性能的影響,從而維持高溫鉆井液的流變性。PAC-T鉆井液穩(wěn)定劑的主要作用機(jī)理及功能特點(diǎn)如下:①納微米聚合物微球,提高高溫穩(wěn)定性,減少高溫降解與斷鏈的問(wèn)題;②納微米聚合物顆粒,與膨潤(rùn)土進(jìn)行顆粒級(jí)配,提高膨潤(rùn)土在高溫下的穩(wěn)定性,改善鉆井液的流變性能,防止鉆井液中膨潤(rùn)土或加重材料沉降;③納微米聚合物顆粒,配合其他降濾失劑,能降低鉆井液失水,提高鉆井液對(duì)孔隙的封堵能力;④納微米聚合物顆粒及乳液外觀特征,有利于提高鉆井液的潤(rùn)滑性能。甲酸鹽鉆井液的礦化度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地層水,地層水向體系中反滲透,即使少量濾液進(jìn)入地層,滲透距離也會(huì)小于一般鉆井液。不會(huì)引起黏土的水化分散,甲酸鹽離子能大量地侵入巖屑表面的水化層,壓縮水化膜的厚度,阻止巖屑的水化膨脹分散,有利于巖屑的清除,提高體系的防塌抑制性。聚合醇的濁點(diǎn)效應(yīng)使其形態(tài)隨井下溫度發(fā)生變化,能在井壁、鉆屑和鉆具上形成憎水性分子膜,阻止泥頁(yè)巖水化分散,通過(guò)穩(wěn)定井壁、抑制鉆屑水化分散而達(dá)到穩(wěn)定鉆井液性能、降低鉆具扭矩。
2)抗高溫防塌型鉆井液體系抗高溫防塌型鉆井液體系基本組成為:鉆井液穩(wěn)定劑PAC-T、甲酸鹽、降濾失劑、聚合醇等[3~8]?;A(chǔ)配方為:3%海水膨潤(rùn)土漿+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%膠凝劑XC+1%包被劑PLH+1%磺化酚醛樹脂SMP+1.5%降濾失劑TEMP+1.5%磺化瀝青FT-1+1.5%低滲透成膜劑LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+穩(wěn)定劑PAC-T +重晶石(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)。
3室內(nèi)研究
3.1抗高溫防塌型鉆井液的基本性能
依據(jù)鉆井液添加劑的作用機(jī)理,在傳統(tǒng)的PEM鉆井液中引入甲酸鉀,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定抗高溫防塌型鉆井液體系,評(píng)價(jià)了不同溫度老化后穩(wěn)定劑PAC-T對(duì)體系性能的影響,如表1所示。
表1 PAC-T對(duì)體系性能的影響
注1:μa為表觀黏度;μp為塑性黏度;τd為動(dòng)切力;Nφ6、Nφ3分別為六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)6、3r/min對(duì)應(yīng)的讀數(shù);VAPI為濾失量;Vhthp為高溫(120℃)高壓濾失量。
注2:基漿為3%海水膨潤(rùn)土漿+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%膠凝劑XC+1%包被劑PLH+1%磺化酚醛樹脂SMP+1.5%降濾失劑TEMP+1.5%磺化瀝青FT-1+1.5%低滲透成膜劑LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+重晶石。下同。
表2 防塌型鉆井液體系的懸浮穩(wěn)定性
鉆井液中加入PAC-T后,鉆井液黏切略有增加,失水量顯著降低。試驗(yàn)表明,PAC-T在體系中起到良好的護(hù)膠、穩(wěn)定、降濾失的作用,顯著地降低了鉆井液的常溫及高溫高壓失水量。
3.2抗高溫防塌型鉆井液的懸浮穩(wěn)定性能
室內(nèi)配制基漿500mL,倒入500mL量筒與老化罐中,在室溫及高溫下靜置觀察鉆井液體系分層及沉降情況(表2)。常溫下靜置7d后,加入PAC-T鉆井液穩(wěn)定劑的體系沒(méi)有分層及沉降產(chǎn)生,且上下密度差僅0.02g/cm3;140℃高溫靜置3d后,加入PAC-T鉆井液穩(wěn)定劑的體系略有沉降,上下密度差僅0.08g/cm3,但較未加入PAC-T的鉆井液要明顯改善很多。這說(shuō)明抗高溫防塌型鉆井液體系具有較好的懸浮穩(wěn)定性。
因此確定抗高溫防塌型鉆井液體系配方為:3%海水膨潤(rùn)土漿+0.28%Na2CO3+0.28%NaOH+0.12%膠凝劑XC+1%包被劑PLH+1%磺化酚醛樹脂SMP+1.5%降濾失劑TEMP+1.5%磺化瀝青FT-1+1.5%低滲透成膜劑LPF+2%聚合醇JLX+3%KCl+2%HCOOK+0.5%穩(wěn)定劑PAC-T +重晶石(密度為1.45g/cm3)。
3.3抗高溫防塌型鉆井液的防塌抑制性能
350mL鉆井液體系中加入烘干的6~10目露頭土50g,在140℃下滾動(dòng)老化16h,冷卻,鉆井液過(guò)40目篩回收露頭土顆粒,烘干,稱重,計(jì)算回收率。室內(nèi)回收率試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。該鉆井液體系有很好的抑制性能,能有效抑制黏土水化分散,穩(wěn)定井壁。
表3 鉆井液體系抑制性評(píng)價(jià)結(jié)果
表4 鉆井液體系的潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)結(jié)果
3.4抗高溫防塌型鉆井液的潤(rùn)滑性能
室內(nèi)采用E-P極壓潤(rùn)滑儀對(duì)鉆井液體系的潤(rùn)滑性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果如表4所示。該鉆井液體系具有良好的潤(rùn)滑性能,能有效降低鉆具扭矩。
4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況與效果
抗高溫防塌型鉆井液在渤海油田2個(gè)區(qū)塊井段成功應(yīng)用。
5結(jié)論與認(rèn)識(shí)
1)鉆井液穩(wěn)定劑PAC-T的加入能夠明顯提高鉆井液的綜合性能,在流變性、高溫高壓降失水性、懸浮穩(wěn)定性等方面均具有較好的性能。
2)抗高溫防塌型鉆井液具有很強(qiáng)的防塌抑制性和抗溫性,二次滾動(dòng)回收率達(dá)到了89%,在140℃下靜置3d,井筒內(nèi)鉆井液密度差僅0.08g/cm3,具有較好的懸浮穩(wěn)定性能。
3)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明,抗高溫防塌型鉆井液有利于砂泥巖互層的井壁穩(wěn)定,提高了鉆井速度,有效解決了油田砂泥巖互層復(fù)雜層段的井壁失穩(wěn)問(wèn)題,保證了作業(yè)的安全和效率。
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[編輯]帥群
[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A
[文章編號(hào)]1673-1409(2015)17-0050-04
[中圖分類號(hào)]TE254