論強抑制鉆井液體系在曲堤油田應用
2010-12-31 00:00:00唐玉渤
現代商貿工業 2010年8期
摘 要:曲堤油田產層為強水敏性地層，易吸水膨脹分散，2009年以來先后在該區塊應用強抑制鉆井液體系獲得了良好的效益。通過現場應用證明應用強抑制鉆井液體系，井壁穩定，井眼規則，井徑擴大率較小，平均單井產量較高，具有明顯的保護油氣層特性，室內巖心流動實驗說明正電膠鉆井液的滲透率恢復值較高。
關鍵詞:強抑制鉆井液;曲堤油田;油氣層保護;潤滑;攜巖
中圖分類號:TB
文獻標識碼:A
文章編號:1672-3198(2010)08-0304-02
1 綜述
曲堤油田位于山東省濟陽縣境內，構造位置處于惠民凹陷臨南斜坡帶曲堤地壘帶惠民凹陷曲堤地壘帶。曲104、曲15區塊地層發育齊全，自下向上發育了沙四段、沙三段、沙二段、沙一段、東營組、館陶組、明化鎮組及平原組。曲9區塊該區地層自下而上發育了沙四段、館陶組、明化鎮組及平原組，沙四上段頂部-東營組地層受到剝蝕，館陶組地層直接與沙四上段呈角度不整合接觸。目的層為沙四中段，儲層以紫紅色長石巖屑或巖屑長石粉細砂巖為主。以前開發曲堤油田的主力儲層為館3段(曲8，曲9塊)，沙3段(曲10塊)和沙4段(曲9塊)。館3段儲集層為河流相沉積，砂體平面變化大，厚度為0-20m，巖性為紫紅色泥巖夾薄層粉砂巖，以細砂、粉砂巖為主，磨圓度差，膠結性差，離河源很近。膠結物為伊蒙混層粘土礦物，蒙脫石相對含量高，占60%-75%，孔隙度為28% ，滲透率234×10-3um。2 。含油飽和度為49 (曲斜9井)。產層為強水敏性地層，易吸水膨脹分散。初期鉆的井油層表皮系數達1 6以上，產層被嚴重污染 沙3，沙4段儲層在井深1500-1700m之間，巖性為紅色泥巖夾薄層粉砂巖.下部為砂泥巖互層。在以前的施工中，鉆井液與儲層不配伍大量鉆井液濾液進入地層，造成儲集層( 館陶組為倒)水敏性損害 鉆井液濾液與儲層的粘土礦物相接觸，由于其抑制性較差，加之濾失量大，使粘土礦物發生水化膨脹和分散，導致儲層滲透率降低。
自2008年6月至今，已經在曲堤油田應用強抑制鉆井液體系完成施工24口井，提高鉆井、完井施工質量，搞好油氣層保護，達到鉆井施工安全、經濟，整體開發合理，提高了產油量。
2 技術難點與對策
(1)館陶組以上地層砂巖較多，地層不造漿，館陶組以上地層較松軟，且砂巖較多，地層不造漿，在定向井中鉆至造斜點時往往粘度偏低，造成井內巖屑攜帶不徹底，從而導致下鉆遇阻(砂橋)或下鉆不到底(沉砂)，而且由于鉆井液膨潤土含量過低，不利于鉆井液性能的調整，造成失水較大，泥餅質量差，所以在側鉆施工時，磨阻較大，而且側鉆時排量較直井段更小，更不利于巖屑的懸浮攜帶，給側鉆施工帶來更大的風險，該現象在東營組缺失的曲9區塊更為明顯。多口井發生因粘度過低的現象，從而導致固控設備不敢使用，后期施工中鉆井液固相含量過高，影響定向段的施工。
(2)沙河街下部棕紅色泥巖，造漿嚴重，不易控制，造成鉆井液性能惡化，粘度過高，出現糊井壁現象，從而帶來一系列的井下復雜問題。
(3)存在高壓污水層且不整合面和斷層易漏失，在曲15區塊，存在有高壓污水層，如果鉆井液密度低，控制不住污水層發生井涌，后期壓井作業很難控制，而且污水不僅對鉆井液性能造成影響，其進入井眼后會對井壁造成極大破壞，從而導致井壁失穩，甚至導致井眼報廢。為了壓住污水層，所以鉆井液密度較高，在不整合面和斷層因密度高易發生漏失。
(4) 定向井斜井段長，井壁穩定、井眼凈化和潤滑防卡，定向井和水平井裸眼井段長，技術難點在于井壁穩定、井眼凈化和潤滑防卡，同時沙河街組地層易垮塌、掉塊，易形成“糖葫蘆”井眼，鉆井液體系必須要具有良好的防塌性能、抗油氣污染能力和抗溫能力，同時鉆井液要有良好的攜巖凈化能力和良好的防卡潤滑性。
(5)技術對策，根據儲層物性得出，該區塊產層為強水敏地層，易吸水膨漲分散;鉆井液濾液與儲層不配伍引大量鉆井液濾液進入地層，造成儲集層水敏性損害 鉆井液濾液與儲層的粘土礦物相接觸，由于其抑制性較差，加之濾失量大，使粘土礦物發生水化膨脹和分散，導致儲層滲透率降低，從而使產層受到損害。①通過分析各種敏感性的成因機制，在油層段采取降低鉆井液密度、使用礦化度與原始地層水一致的鉆井完井液等措施可以抑制儲層敏感性，才能取得好的油田應用效果。在選擇配方時所用添加劑及所選用的鉆井液體系都必須具有強的抑制性;且鉆井液體系具有強包被性能以防止造成粘土分散運移;鉆井液濾液對粘土礦物不發生膨脹、不造成運移、對儲層不造成傷害。優選出鉆井液體系保護油氣層效果與油基鉆井液保護油氣層效果相似;易于施工，費用低，不污染環境。②強抑制鉆井液體系在保護油氣層的同時，也必須具備其他類型鉆井液的一些特點，滿足正常鉆進的需要;具有良好的攜巖性:通過處理劑的合理配伍，調整鉆井液的屈服值和動塑比值，并通過模擬流體試驗儀作出攜巖評價實驗，確定出流變參數的最佳取值范圍;具有良好的潤滑性:根據目前現有的潤滑劑，在產品評價的基礎上，選擇最佳性能的液體潤滑劑，然后本著經濟有效的原則，通過試驗，確定出最佳加量，降低摩阻和扭矩;防塌抑制性:在鉆井液密度合適的情況下，選擇合適的防塌劑類型及加量，同時控制API失水和HTHP失水指標，提高濾餅的造壁性能，達到穩定井壁防塌之目的;采用高、中、低分子量的聚合物，包被絮凝鉆屑，抑制粘土水化分散，穩定井壁;油氣層保護:油氣層保護包括防止鉆井液中的固相進入油氣層堵塞油道及進入的水相使產層產生水敏，達到類似于油基鉆井液的性能。
3 室內實評價
通過測量鈉膨潤土巖芯、明化鎮地層巖芯在各種介質中的膨脹率，來評價抑制劑、處理劑及各種鉆井液體系的抑制能力、強包被能力，從而以膨脹率作為其中一個標準來優選抑制劑、包被劑的濃度及體系的配方。通過室內一系列實驗確定復合鹽強抑制鉆井液體系配方:(4-6)%膨潤土+ (0.1-0.2)%NaOH +(0.1-0.2)% Na2CO3 +(0.2-0.3)%PAM +(0.5-1)% NPAN +(2-3)% 防塌降失水劑+(0.5-1)%非滲透成膜封堵劑+(2-3)%低熒光封堵防塌劑 +3%復合強抑制劑+2%BPS。復合強抑制劑為: 1.5%K2HPO4、1%KCL、0.3%CaCl2、0.5%Na2SO4，
在確定配方的基礎上，我們對體系做了頁巖回收率、巖芯線性膨脹值、潤滑性、抗溫性能、PH值對體系的影響、油氣層保護評價等實驗
(1)頁巖回收率實驗。
取配制好的各種鉆井液350ml倒入高溫老化罐中，加入制備好的巖芯塊30g在70℃實驗條件下滾動6h，測地層巖芯在不同體系中的回收率。
從表1中數據看出，強抑制性鉆井完井液體系的回收率最高。在該實驗中油基鉆井液體系回收率較其他幾種鉆井液體系低，分析原因，是由于所選用巖芯膠結物為油砂但是從巖芯塊狀看，滾動后巖芯塊棱角分明，保持原狀，因此油基鉆井液的抑制能力最好。
(2)巖芯線性膨脹值實驗。
評價實驗巖芯在各鉆井液體系中線性膨脹值。實驗結果見表2。
通過實驗強抑制性水基鉆井液完井液體系抑制能力強。
(3)潤滑性實驗。
鉆井液的潤滑性是影響摩阻和扭矩的重要參數。提高鉆井液的潤滑性能，降低摩擦系數是降低摩阻和扭矩、防止卡鉆的重要途徑。室內試驗中，在強抑制性水基鉆井完井液體系中性加入無熒光潤滑劑，通過加入乳化劑，鉆井液在井壁上形成一層薄薄的乳化油膜，達到降低摩阻和扭矩的作用。用極壓潤滑儀對該 種體系的潤滑性進行了評價試驗，實驗數據見表3。
(4)抗溫性能實驗。
改變溫度靜態老化，按標準測流變參數和濾失量.在120℃左右，體系的濾失量基本保持不變，在130℃的溫度下具有好的流變性，實驗數據見表4。
(5)巖芯滲透率恢復值實驗。
應用井天然巖芯，對優選出的最佳配方與油基鉆井液進行滲透率恢復值實驗。該實驗是通過測定動態條件下實驗巖芯被污染前后滲透率的變化，計算出滲透率恢復值。實驗結果表明，強抑制性水基鉆井完井液體系與油基鉆井液的滲透率恢復值相類似，實驗過程按照滲透率恢復值要求進行評價。
5 鉆井液施工工藝
一開應用膨潤土鉆井液，直井段聚合物鉆井液體系斜井段或水平井段復合鹽強抑制鉆井液體系。
(1)一開配漿開鉆，二開上部地層采用大循環鉆進，為防止地層造漿不夠，盡早改小循環(甚至二開直接小循環鉆進)，小循環后充分利用固控設備，清除鉆井液內的劣質固相，同時加入純堿，燒堿提高鉆井液PH值，有助于地層造漿，必要時直接加入土粉。
(2)鉆至造斜點或起鉆換鉆頭之前調整好鉆井液的性能，保持合適的粘切，并加入一定量的防塌降失水劑，保持穩定井壁，保證其下鉆的暢通。在鉆井液具有一定粘切后，加大聚合物的加量，為進入下部造漿嚴重的紅泥巖井段打好基礎，進入斜井段后(直井在進入沙河街地層)，加入防塌劑和降失水劑，控制穩定的鉆井液性能，同時在鉆開高壓污水層前要提前加重至設計密度上限。
(3)隨著斜井段的增加逐漸轉化聚合物封堵潤滑防塌壁穩定，保證鉆井液良好的潤滑性。控制好鉆井液流型，保證鉆井液的懸浮攜帶性;使用好固控設備，及時清除鉆井液中劣質固相，保證鉆井液的清潔性，防止沙巖井段糊井眼現象。
(4)進入油層后嚴格控制鉆井液密度以平衡地層壓力，在不影響安全鉆進的基礎上逐步減低鉆井液的密度。完鉆后，通井并充分循環，配置潤滑防塌封井液封井，保證電測下套管固井等一系列完進作業的順利進行。
6 應用效果及建議
2009年以來先后在該區塊應用了曲8-平2井等24口井，都獲得了良好的效益。原油產量上了一個大臺階。2010年以來正是曲堤油田的保證，公司保持在日產原油1440噸以上，實現時間過半產量硬過半的任務目標。通過現場應用證明應用強抑制鉆井液體系，井壁穩定，井眼規則，井徑擴大率較小，平均單井產量較高，具有明顯的保護油氣層特性，室內巖心流動實驗說明正電膠鉆井液的滲透率恢復值較高。
