BZ13-1油田防塌鉆井液的研制及應用

張 榮 韓豐欣 苗海龍 胡成軍

(1.中海油田服務股份有限公司油田化學事業部; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司)

BZ13-1油田防塌鉆井液的研制及應用

張 榮1韓豐欣2苗海龍1胡成軍1

(1.中海油田服務股份有限公司油田化學事業部; 2.中海石油(中國)有限公司天津分公司)

分析了BZ13-1油田易坍塌地層井壁失穩的原因,研制了適合該油田東營組和沙河街組泥頁巖地層的具有強抑制性、強封堵能力的防塌鉆井液。實驗評價表明,所研制的防塌鉆井液具有良好的抑制性能、潤滑性能和濾失性能,油氣層保護效果良好。新研制的防塌鉆井液在BZ13-1油田和其它地層巖性類似油田鉆井作業中取得了良好的應用效果。

BZ13-1油田 井壁失穩 防塌鉆井液

渤海渤中地區東營組和沙河街組地層泥頁巖裂縫層理發育,鉆井時極易發生井壁縮徑、坍塌等失穩問題,嚴重制約了本地區油氣田的規模開發。例如, BZ13-1油田在鉆探井和初期開發過程中就時常發生由于井壁失穩造成的起下鉆阻卡、井底沉砂,甚至埋卡鉆具等復雜情況,極大地增加了鉆井周期和成本(表1)。為了有效解決該區域東營組和沙河街組的井壁失穩問題,針對BZ13-1油田易坍塌地層井壁失穩機理,研制出了具有強抑制性和強封堵能力的防塌鉆井液,并在該油田及BZ34-4、CFD 18-1/2油田進行了現場應用,取得了良好效果。

1 井壁失穩原因分析

表1 BZ13-1油田已鉆探井鉆井時間統計表

通常認為井壁失穩主要基于兩方面原因:一是由于鉆井液液柱靜壓力不足以平衡地層的坍塌壓力,二是由于鉆井液或者濾液侵入泥頁巖孔隙造成“壓力穿透效應”[1],所以在采用合理密度有效支撐井壁的前提下,提高鉆井液的封堵能力以減少鉆井液或者濾液侵入泥頁巖孔隙,則成為保證井壁穩定的關鍵措施。

利用D/m ax-IIIA X-射線衍射儀進行了BZ13-1油田易坍塌地層全巖礦物組分分析,并對其理化性能作了實驗分析,結果分別見表2、3。

表2 BZ13-1油田易坍塌地層全巖礦物組分分析結果(%)

表3 BZ13-1油田易坍塌地層理化性能分析結果

由表2、3可以看出,該油田東營組和沙河街組易坍塌地層中非粘土礦物以石英和長石為主,粘土礦物以蒙皂石或伊蒙混層為主,巖石活性強,易于水化分散而引起縮徑,造成井壁失穩,因此需要提高鉆井液的抑制性和增強鉆井液的封堵能力,以減少鉆井液濾失,從而達到穩定井壁的目的。

2 鉆井液研制

根據上述井壁失穩原因分析,結合渤中地區以往的作業經驗,重點對氯化鉀聚合醇鉆井液中的抑制劑和封堵劑進行了優化。

2.1 鉆井液處理劑優化

(1)抑制劑優化

選取BZ13-1油田東營組巖屑,采用氯化鉀(KC l)、聚合醇(JLX)、大分子包被劑(PLH)以及聚胺(UH IB)等處理劑復配進行巖屑回收和膨脹實驗,結果見表4。

由表4可以看出,氯化鉀與JLX復配能提高鉆井液的抑制性,但效果不夠理想;而采用5%KC l、2%JLX與0.5%～1%UH IB、0.5%PLH復配使用,巖屑回收率可增至93.30%,16 h膨脹率可降至10.12%,復配體系的抑制性隨UH IB加量的增加而增強。考慮到成本因素和實際作業需要,確定的抑制劑為5% KC l+2%～3%JLX+0.5%PLH +0.5%～1%UH IB。

表4 BZ13-2油田防塌鉆井液抑制劑優化實驗結果(%)

(2)封堵劑優化

選取不同的封堵材料進行復配實驗,主要評價添加封堵材料后鉆井液樣品的高溫高壓濾失量和滲透失水,以及高溫高壓砂床濾失量和砂床滲透失水,實驗結果見表5。

表5 鉆井液封堵劑優選(mL)

由表5可以看出,DYFT和LPF復配使用效果較好,若再配以FCL2000或SZDL使用,其封堵效果更好,但由于FCL2000進口成本過高,而SZDL的顆粒平均粒徑較大更有利于對不同微裂縫的地層進行封堵,所以最終確定封堵材料為2%DYFT+1.5% LPF+1%SZDL。

2.2 鉆井液性能評價

根據上述鉆井液處理劑優化實驗結果,最終確定的BZ13-1油田防塌鉆井液配方為4%鈉土基漿+0.2%PAC-LV+1.5%TEM P+1.5%SM P I+ 1.5%LPF+2%DYFT+1%SZDL+2%JLX+5% KC l+0.5%PLH+0.8%UH IB,最后用重晶石加重到1.40 g/cm3。

對所研制的鉆井液進行了性能評價實驗,結果見表6～8。從表6、7可以看出,該防塌鉆井液既具有良好的流變性能和潤滑性能,又具有較強的抑制性能和優異的封堵性能。從表8可以看出,所研制的鉆井液使得BZ13-1-1井天然巖心的滲透率恢復值達到了82.75%,而人造巖心滲透率恢復值則高達93.33%,說明該鉆井液具有良好的儲層保護性能。

表6 BZ13-1油田防塌鉆井液抗溫性能實驗結果

表7 BZ13-1油田防塌鉆井液抑制性能、潤滑性能和濾失性實驗結果

表8 BZ13-1油田防塌鉆井液油氣保護性能評價實驗結果

3 現場應用效果

BZ13-1油田一期共完成鉆井6口,在應用所研制的防塌鉆井液過程中沒有發生井壁失穩的復雜情況,整個鉆井作業的事故率為0,總的作業周期比鉆探井時有了大幅度提高(平均單井作業周期為38.32 d),比原先3口探井(平均單井作業周期78.54 d)的作業周期減少了51%,并且6口井油、氣預投產產量分別超出配產產量255%和169%。現場對所研制的防塌鉆井液性能和儲層保護效果也作了測試(表9、10),表明所研制的防塌鉆井液具有良好的流變性能、潤滑性能和儲層保護效果。隨后將所研制的防塌鉆井液又應用于CFD 18-1、CFD 18-2油田的7口開發井和BZ34-4油田的3口調整井,均沒有發生由于井壁失穩造成的井下復雜情況,投產效果也均達到了配產要求。

表9 現場防塌鉆井液基本性能測試

表10 現場防塌鉆井液儲層巖心滲透率恢復值的測試

4 結論

(1)結合BZ13-1地層特點,研制出了具有強抑制性、強封堵能力的防塌鉆井液,該鉆井液具有良好的流變性能和潤滑性能,儲層保護效果良好。

(2)BZ13-1、CFD18-1/2和BZ34-4油田現場應用表明,新研制防塌鉆井液解決了東營組和沙河街組鉆進井壁失穩的難題,對于其他類似地層的井壁穩定有指導意義。

[1] 楊振杰.井壁失穩機理和幾種新型防塌鉆井液的防塌機理:文獻綜述[J].油田化學,1999,16(2):179-182.

(編輯:孫豐成)

Development and application of anti-collapsing drilling fluid for BZ13-1 oilfield

Zhang Rong1Han Fengxin2Miao Hailong1Hu Chengjun1
(1.China Offshore Oilfield Services L td.,Tianjin,300452; 2.Tianjin Brach of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452)

Through the analysis on the reasons of sidewall instability in sloughing formation in BZ 13-1 oilfield,an anti-collapsing drilling fluid was developed for mud shale of Dongying and Shahejie Formations in the oilfield.The experiments indicate that the anti-collapsing drilling fluid,with strong inhibitive,lubricity and the filtration characteristics,can protect reservoir effectively.The newly developed anti-collapsing drilling fluid has been applied successfully in the drilling operations in BZ13-1 oilfields and other similaroilfields.

BZ13-1 oilfield;sidewall instability;anticollapsing drilling fluid

張榮,男,工程師,現主要從事鉆井液現場技術研究和支持工作。地址:天津市塘沽區576信箱(郵編:300452)。E-mail:zhangrong1@cosl.com.cn。

2010-01-20