胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系研究与应用.pdf

天然气勘探与开发2 0 1 6 年9 月出版 胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系研究与应用 张翔宇 ( 中国石化集团胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司) 摘要 济阳坳陷沾化凹陷桩西古潜山披覆构造带南部桩6 4 一平1 井的斜井段、水平段位于上第三系东营组底 部和下第三系渐新统沙河街组一段，该地层为泥页岩、油泥岩、灰色泥岩夹层，极易发生坍塌掉块、井壁失稳等井下 复杂情况。针对这一难点，结合室内实验研究，选择了胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系，利用胺基硅醇的强抑制 性抑制泥页岩、油泥岩水化膨胀，利用强抑制钻井液体系的高膨润土容量限，提高体系的优质黏土含量，并复配封堵 防塌材料对地层微裂缝进行封堵，有效地避免了钻进易坍塌地层出现掉块、井壁失稳等井下复杂情况。图1 表7 参4 关键词济阳坳陷胺基硅醇 强抑制封堵防塌流型调节剂井壁失稳 0引言 桩6 4 一平1 井是济阳坳陷沾化凹陷桩西潜山披 覆构造带南部桩6 4 块构造较高部位的一口水平井。 设计垂深：A 靶垂深31 4 0 0 0m B 靶垂深31 4 7 0 0m A 靶B 靶间水平距离2 6 1 0 1m 。完钻层位：沙一段。 该井前期施工顺利，但钻进至井深33 6 3m ( 井 斜9 l o ) 时，由于迟迟未能发现油层，在水平段不断调 整井身轨迹，且钻井液设计密度偏低，井底水平段位置 发生坍塌，划眼也没能解决井底复杂隋况，后填井侧钻。 该井施工难点是斜井段、水平段位于第三系东 营组底部和沙一段，该层段为泥页岩、油泥岩、灰色 泥岩夹层，极易发生坍塌掉块现象，造成井下复杂情 况【”。 针对该难点侧钻后选择了胺基硅醇强抑制封 堵防塌钻井液体系，利用该体系的强抑制能力和强 封堵能力，成功解决了该区块东营组底部和沙一段 油泥岩、泥页岩水化膨胀、坍塌掉块等复杂情况，桩 6 4 一平1 井侧钻后施工顺利，未再发生井塌等复杂情 况。该井侧钻后仍未发现油气层，再次填井侧钻，井 号改为桩6 4 一平1 侧。仍然使用胺基硅醇强抑制封堵 防塌钻井液体系，施工顺利，也未出现复杂情况，顺 利完井。 1胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体 系特点 1 1胺基硅醇强抑制剂的特点 ( 1 ) 胺基硅醇为含硅羟基、胺基的有机高分子化 合物，分子中的S i 一0 H 键与黏土上的S i 一0 H 键缩聚 成S i 一0 一S i 键，胺基通过电荷吸附在黏土颗粒表 面，形成牢固的化学吸附罔； ( 2 ) 在胺基的基础上引入了硅羟基，通过对黏土 表面形成疏水层，阻止了胺基对黏土颗粒的影响，因 此胺基硅醇的加入对体系的流变性和滤失量影响较 小： ( 3 ) 在黏土表面形成一层疏水基团朝外具有疏 水特性的吸附层，阻止和减缓了黏土表面的水化作 用。从而增加钻井液体系的抑制能力 3 1 。 1 。2 胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系的特点 ( 1 ) 该体系采用胺基硅醇作为强抑制剂，使得该 体系具有抑制泥页岩水化膨胀、防止地层坍塌掉块 的特点； ( 2 ) 该体系能使地层岩石表面形成润湿反转，由 亲水性转为疏水性。有效地阻止滤液侵入地层，避免 地层中泥页岩、油泥岩由于水化膨胀而发生坍塌掉 块； ( 3 ) 该体系具有流变性稳定特点，体系中加入胺 基硅醇抑制剂能有效地抑制土相造浆分散，保持钻 井液流变稳定性； ( 4 ) 该体系膨润土容量限、固相容量限要高于普 通钻井液体系，体系中更高的土相和有用固相含量 可以加强对地层微裂缝的封堵，及时形成致密滤饼， 起到保护井壁防止坍塌掉块的作用； ( 5 ) 该体系具有保护油气层的特点。 作者简介张翔宇，男，1 9 8 3 盘f - 出生，硕士研究生，工程师；2 0 0 9 年毕业于西南石油大学油气井工程专业。现从事于钻井液技术研究工作。地 址：( 2 5 7 0 6 4 ) 山东省东营市东营区勘探r , 参3 7 - g - 胜利泥浆公司。电话：1 8 6 0 5 4 6 7 3 7 1 。E m a i l ：5 3 1 5 8 9 8 4 9 q q t o m 7 6 万方数据 第3 9 卷第3 期 天然气勘探与开发 2 室内实验研究 2 。萼篓翥窦瓣军罱器杂划 2 1胺基硅醇疏水性实验 从图1 a 可看出，水滴滴到亲水性岩石表面后，水 滴在亲水岩石表面铺展开。 从图1 b 可看出，水滴滴到经0 5 胺基硅醇溶液 浸泡8 1 2h 后的亲水性岩石表面之后，水滴呈球 形。亲水性岩石经胺基硅醇溶液浸泡后岩石表面转 换为疏水性。由上面两图可看出，胺基硅醇可改变岩 石表面的亲水性，利用此特性，可以有效地抑制井壁 水化膨胀，有利于保持井壁稳定，而且还具有保护油 气层的特点。 譬整固 a 水滴到亲水性的岩石表【f ；= b 水ir 葡至t l o5 0 , 0 胺基硅醇水溶液叶T 浸泡 8 I 二h 后的泉水性岩石表l A i 图1胺基硅醇疏水性实验现象展示图 眼期间的井浆，取样井深33 5 0m 。 1 号钻井液样品配方( 质量体积分数，下同) ： 1 0 N 1 2 膨润土+ O 3 0 5 聚合物包被剂+ 1 1 5 聚合物降滤失剂+ 1 1 5 抗复和盐水降 滤失剂+ 2 3 褐煤防塌降滤失剂+ 2 3 磺化酚 醛树脂+ 3 4 超细碳酸钙。 1 号井浆是划眼期间使用钻井液，由于井下出现 复杂情况，需要钻井液具有高黏切的特性，将井底掉 块带出。由表1 中数据看出，1 号井浆加入0 3 的胺基 硅醇后，钻井液的漏斗黏度、P V 、Y P 、G ，瞻G 。值明 显降低，当胺基硅醇加量达N o 5 时，流变参数仍有 所降低，而且加入胺基硅醇后滤失量未发生变化。 桩6 4 一平1 井划眼期间需求钻井液具有较高黏 切，待复杂情况处理完后，可利用胺基硅醇来调整钻 井液流动性，提高钻井液的抑制性由于井下仍可能 存在坍塌掉块风险。所以调整流动性时胺基硅醇的 加量0 3 0 5 t L 较合适。 表1胺基硅醇对钻井液流变性影响实验数据 实验样品 慧g c 度m 4 ) 漏斗I s 黏度 ( m P P a s V )，P Y P 。c l o P , 批I G l o p H 值 黜 l 号井浆1 2 5 1 6 5 4 53 22 2 3 592 6 l 号井浆+ 0 3 胺基硅醇1 2 5 1 号井浆+ O 5 胺基硅醇1r 2 5 1 1 8 9 5 3 8 3 2 2 6 1 8 1 6 2 5 1 0 1 8 92 6 92 6 2 。3 胺基硅醇抑制性评价试验 2 号实验钻井液样品选择的桩6 4 一平1 井填井侧 钻后井浆。取样井深28 0 0m 。 2 号钻井液配方：6 8 膨润土+ 0 3 0 5 聚 合物包被剂+ 1 1 5 聚合物降滤失剂+ 1 1 5 抗复和盐水降滤失剂+ 2 3 褐煤防塌降滤失剂 + 2 3 磺化酚醛树脂+ 3 4 超细碳酸钙 3 号钻井液配方：2 号钻井液+ 0 5 胺基硅醇 4 号钻井液配方：2 号钻井液+ 0 5 胺基聚醇 页岩膨胀实验样品：评价土装入压模，用压力机 加压至4M P a ，5r a i n 后取出压好的实验样品。 2 号、3 号、4 号钻井液样品性能见表3 。 表3 钻井液样品性能参数 取2 号、3 号、4 号钻井液样品的滤液做页岩线性 膨胀实验，实验结果见表4 。 表4 钻井液样品页岩膨胀实验结果数据 由表3 中可看出，井浆中加入0 5 胺基硅醇后黏 度切力稍有降低，A P I 滤失量未有变化。井浆中加入 0 5 的胺基聚醇后，钻井液稍有增稠现场，且A P I 滤 失量明显增加。由表4 实验数据可看出，胺基聚醇的 抑制性要优于胺基硅醇，但两者相差不大，考虑到材 料成本以及后期维护成本，桩6 4 一平1 井选择胺基硅 醇作为强抑制剂。 3 现场施工情况 3 1 水平段井塌前钻井液性能参数 桩6 4 一平1 井钻进至井深33 6 3m ( 井斜9 1 。) 时， 7 7 万方数据 天然气勘探与开发 2 0 1 6 年9 月出版 由于迟迟未能发现油层，在水平段不断调整井身轨塌，井塌前钻井液性能见表5 。 迹，且钻井液设计密度偏低，井底水平段位置发生坍 表5 桩6 4 一平1 井水平段井塌前钻井液性能表 井深，井斜( 器) 漏繁度( 晨s ) P a Y P ，( P a G , o , 材G , o , m o ) p H 值船馏甚尹 33 6 3m 9 1 。1 2 0 6 31 453 1 293 3 2 划眼期间钻井液性能参数 发生井下复杂状况后，首先提高钻井液黏度切 力，起钻将定向仪器起出，简化钻具组合再下钻通井 划眼。下钻至定向点前，调整钻井液性能，进一步 提高钻井液的黏度切力，划眼时钻井液性能参数 见表6 。 表6 桩6 4 一平1 井划眼期间钻井液性能数据表 兰兰! 兰竺! ! 墨! ! 翌竺! ! 星型簋! 叠鱼! ! 竺暨笙趁苎 33 6 3m 8 9 。 1 2 0 4 0 0 6 0 0 2 5 3 51 5 2 0l O 1 5 2 0 3 092 8 3 21 2 0 1 5 0 3 3 胺基硅醇强抑制钻井液体系现场应用 3 3 1 侧钻前强抑制钻井液体系调整 桩6 4 一平1 井划眼通井至33 3 0m 位置后，尝试 多种方法也无法通井至井底，经研究决定打水泥塞 填井侧钻。打水泥塞填井后，候凝2 4h ，下钻探塞面， 扫塞至侧钻点后循环调整钻井液性能，降低钻井液 的黏度切力，转换钻井液体系。 调整钻井液性能的施工重点如下： ( 1 ) 开启高速和低速离心机，清除钻井液中的膨 润土： ( 2 ) 按3 个循环周加入胺基硅醇强抑制剂，加量 0 5 0 7 ： ( 3 ) 勤测出入口的漏斗黏度，胺基硅醇降黏切的 效果非常明显，黏度降至1 2 0s 左右停止加入胺基硅 醇，循环一周后看钻井液黏度变化如果没有达到预 期效果，可以再少量补充胺基硅醇； ( 4 ) 黏度切力调整合适后，补充护胶类防塌降失 水剂，如L V C M C 、磺化褐煤、磺化酚醛树脂等，保证 钻井液的稳定性： ( 5 ) 配制浓度1 1 5 聚丙烯酰胺干粉胶液， 补充到钻井液中，提高钻井液的抑制性和稳定性； ( 6 ) 正常钻进后，每天补充胺基硅醇强抑制剂， 保证其浓度达到0 7 。 桩6 4 一平I 井转换为胺基硅醇强抑制封堵防塌 钻井液体系后钻井液性能参数见表7 。 表7 桩6 4 一平1 侧钻后钻井液性能分段统计表 3 3 2 侧钻后强抑制钻井液体系的应用： ( 1 ) 加入0 5 胺基硅醇提高钻井液的抑制性； ( 2 ) 提高钻井液密度至1 2 5 c m 3 ，平衡地层坍 塌压力，防止掉块产生； ( 3 ) 控制钻井液中膨润土含量8 0 - 1 0 0m g L ，配合 超细碳酸钙、随钻堵漏剂、单向压力封闭剂、沥青防 塌剂等处理剂加强封堵； ( 4 ) 井斜4 5 0 以后，适当提高钻井液的黏切，防止 钻井液对井壁冲刷产生掉块，如有掉块产生，保证钻 井液的悬浮携带能力能及时将掉块携带出井眼； ( 5 ) 起下钻控制上提下放速度，防止抽汲压力、 激动压力过大导致井壁失稳。下钻到底开泵循环先 7 8 单凡尔小排量顶通，防止开泵过急，憋塌地层。 通过工程措施优化和针对性的调整钻井液体系 及性能参数，侧钻后，桩6 4 一平1 井施工顺利，未出现 复杂情况，该井顺利完井。现场施工中，胺基硅醇强 抑制封堵防塌钻井液体系具有良好的抑制性和封堵 防塌能力，性能易调整易维护，钻井液体系稳定，适 用于易坍塌掉块、易水化膨胀地层。 4 认识与建议 ( 1 ) 胺基硅醇钻井液体系具有较强的抑制性，配 合沥青类防塌剂、超细碳酸钙、单向压力封闭剂等材 万方数据 第3 9 卷第3 期天然气勘探与开发 料可以有效地预防井壁坍塌等复杂情况。 ( 2 ) 胺基硅醇钻井液体系具有较强的抑制性，可 以用于大段泥岩造浆地层，防止泥岩水化分散，维持 钻井液的流动性。 ( 3 ) 胺基硅醇强抑制剂加入钻井液中可以调整 钻井液的流动性，对钻井液的A P I 滤失量基本无影 响，适用于深井钻井液及高密度钻井液，节省后期维 护成本。 ( 4 ) 由于胺基硅醇具有较强的抑制性，加入胺基 硅醇前，钻井液中的膨润土必须适度分散，才能形成 薄韧致密的滤饼，转换为强抑制体系后，应定期补充 预水化膨润土浆，并配合超细碳酸钙形成优质滤饼。 ( 5 ) 强抑制钻井液体系也需要加入一定量分散 类处理剂促进土相分散，保证钻井液中有细分散的 黏土，可以形成优质滤饼。 参考文献 1 邱春阳，刘学明，王兴胜，等董7 井井壁稳定钻井液技术 J 天然气勘探与开发，2 0 1 4 ，3 7 ( 4 ) ：7 7 8 1 2 】杨龙波有机胺钻井液的研究与应用 D 】；中国石油大学； 2 0 1 0 年：2 3 2 6 【3 雷祖猛，赵虎，司西强M E G 在泥页岩地层的井壁稳定机理 研究【J 】天然气勘探与开发，2 0 1 5 ，3 8 ( 2 ) ：6 8 7 1 【4 陈平，马天寿，夏宏泉含多组弱面的页岩水平井坍塌失稳 预测模型【J 】天然气工业，2 0 1 4 ，3 4 ( 1 2 ) ：8 7 9 3 ( 修改回稿日期2 0 1 6 0 6 0 7 编辑景岷雪) 业业盥誊坐誊毒； 业业坐逝业簟夸k j k 譬 j k 夸k j k q 越 t j k j k 省 誊 坐颦业鼙