SLNR纳米乳液在高难度浅层大位水平井的应用.doc

SLNR纳米乳液在高难度浅层大位水平井的应用司贤群 吕振华（胜利石油管理局钻井泥浆公司）摘要：垦东405-平1井是胜利油田沿海地区的一口浅层大位移水平井，完钻斜深2888.86m，井底垂深：1186.40m，水平位移：2073.46m，位移与垂深比为1.74：1，是目前胜利油田位移垂深比最大的一口大位移水平井。由于该井是在浅层易造浆地层实施的一口大位移井，造斜段、稳斜段和水平段钻井施工难度非常大、风险高，给钻井液质量提出了更高的要求。根据该井的地层特点，结合室内实验，首次使用了抑制和润滑效果好的新型处理剂-纳米乳液，成功地完成了这口大位移延伸水平井的施工，并取得了良好的油气显示效果。完钻时该井水平段长95216米，油层长度60400米，初步投产射孔井段为2573米时，日产油48吨。 主题词：纳米乳液 钻井液 水平井 润滑 抑制纳米材料技术是近年来发展起来的新型材料技术，现已在多个领域中被研究应用。纳米乳液(SLNR)是胜利泥浆公司与山东大学胶化所联合研制的钻井液新型处理剂，它的特点是乳液液滴粒径在亚微米级(50-500 nm)、外观呈透明半透明(50-200 nm)或乳白色(约500 nm) 的乳状液，也被称为微小乳状液(miniemulsions)、超细乳液(ultrafine emulsions)、乳胶体(emulsoids)、不稳定微乳液(unstable microemulsions)、亚微米乳状液(submicrometer emulsions)等。钻井液用纳米乳液的液滴尺寸介于普通乳状液(1-10 m)和微乳液(10-100 nm)之间，与普通乳状液相比液滴小，分散均匀，稳定性好，而与微乳液相比则大大节省了乳化剂的用量，具有很好的实际应用价值。SLNR纳米乳液对钻井液的影响一、对钻井液润滑性能的影响 配制一定浓度的基浆，陈化16小时后，按一定的比例加入乳液，髙搅之后陈化16小时，用GNF1型高温高压粘附仪，在一定的温度下进行测定。按下述公式：fM0.84510-2 其中：f为粘附系数，M为扭矩（Nm）计算，实验结果见下图。 图1SLNR的润滑性能从图中可以看出：SLNR与润滑剂R303和油相比，润滑性能更好，且体系的粘附系数随着SLNR加量的增加不断减小，至1.0加量时，粘附系数接近于零，升温有助于降低粘附系数即温度升高有助于增强SLNR的润滑性能。二、对钻井液抑制性的影响1、线性膨胀称取10.00 g处理过的钙质蒙脱土，在压片机上用4 MPa压力维持5 min制得样品片，再用所配20 mL溶液浸泡并在NP-01页岩膨胀仪上测定浸泡过程中的线性膨胀高度，仪器自动记录膨胀高度随时间的变化，并考察了温度对膨胀高度的影响。实验结果见下图2。 图2不同浓度的SLNR有线性膨胀高度从图中可以看出：加入SLNR后，粘土的膨胀高度明显降低，0.5%的SLNR抑制粘土膨胀的效果好于7%的KCl；SLNR与KCl和NaCl复配，线性膨胀结果很好；随着温度升高，膨胀高度降低。2、页岩回收率 将页岩粉碎后，过10-20目筛。称取约20 g过筛后的页岩(m1)，置于盛有所配溶液的耐压老化罐中，密封后放置于滚子加热炉中，在70下热滚16小时。待自然冷却后，将老化罐中的页岩过40目筛，再将所得筛上的页岩干燥、称重(m2)，按下式计算页岩回收率，实验结果见图3。页岩回收率=(m2/ m1)100%页岩回收率123456780204060801000.5% SLNR +1%KCl1% SLNR+1%KCl1% SLNR+1%NaCl0.5% SLNR+1%NaCl1% SLNR7% KCl0.5% SLNRH2O从图3中可以看出：加入0.5%的SLNR和 7%KCl的页岩回收率接近，1.0%的SLNR的回收率则高于7%KCl，SLNR与KCl和NaCl复配效果更好。现场应用一、概况：垦东405-平1井位于新滩油田距离垦东401-斜1（侧）井18米处,构造位置：济阳坳陷垦东凸起垦东405断鼻构造。该井各次开钻井眼尺寸及套管下深即井身结构如下表1：表1 垦东405-平1井井身结构开次井眼直径（mm）*深度（m）套管直径（mm）*下深（m）导管914.4（mm）*23.8（m）762.0（mm）* 23.52（m）一开660.4（mm）* 360.7（m）508.0 （mm）* 358.7（m）二开346.1（mm）* 1938（m）273.1（mm）* 1816.70（m）三开241.3（mm）* 2888.86（m）177.8 （mm）* 2775.07（m）二、技术难点:1、造斜点浅，造斜、稳斜段均在上部明化镇组和馆陶组地层垦东405-平1井从500m处开始造斜，造斜点浅；且明化镇组地层岩性为紫红色泥岩夹灰色粉砂岩，馆陶组地层岩性为灰白色细砂岩夹红色泥岩。地层胶结疏松，泥岩中蒙脱石含量高，遇水极易水化膨胀，造斜稳斜较难控制。2、井眼大，造斜稳斜段、水平段长，携岩洗井困难造斜、稳斜井段在易造浆的软泥岩地层中，井眼大钻时快，粘土快速大量的入侵，造成钻井液性能变化较大；再加上大井眼返速低，钻屑不能及时清除，极易形成岩屑床，导致卡钻事故的发生。因此如何抑制地层水化膨胀和分散、及时清除钻屑、保持钻井液性能稳定是关键。3、斜井段、水平段较长，摩阻大，润滑剂选型困难垦东405-平1井水平段较长，且处在上部馆陶组地层，地层中所含泥岩易水化膨胀。大井眼钻速快，所产生的岩屑较多，如果清理不及时，在斜井段、水平段施工中，尤其是在导向滑动钻进中，钻具躺在下井壁，很容易使钻具与井壁的接触面积增大，致使钻井施工过程中摩阻升高、扭矩增大，增加了钻井施工的难度，这就给钻井液在润滑防卡方面提出了更高的要求。三、钻井液技术:1、一开井段（导管鞋360m）由于平原组地层基本是棕黄色粘土及松散砂层，一开采用搬土聚合物钻井液开钻，钻进中加聚合物胶液和烧碱水维护。2、二开井段（360.7m1938m）二开为造斜稳斜井段，针对地层易水化膨胀和井眼大、钻时快，钻井液难控制的特点，二开施工采用纳米聚合物润滑钻井液体系。利用纳米乳液SLNR的抑制和润滑性能，配合高分子聚合物包被抑制作用，增强了钻井液的抑制能力，提高了钻井液的润滑性，保证了钻井施工顺利进行。具体处理和维护工艺为：（1）二开采取预处理过的一开钻井液开钻，钻进过程中不断地加入大量采用PAM和强力包被剂复配的聚合物胶液维护，提高钻井液的抑制包被能力，达到控制地层造浆的目的。（2）进入造斜点以后，逐渐加入SLNR-1纳米乳液进一步控制地层造浆，增加钻井液的润滑性，用PA-1提高泥浆的防塌稳定性，用SPLA和HNJ-1等处理剂控制泥浆的滤失量，改善泥饼质量，保持钻井液性能的稳定。(3)使用黑色正电胶提高钻井液携岩和悬浮能力，保证井眼的清洁。(4)合理地使用固控设备，减少有害固相在钻井液中的含量，最大限度地清除钻井液中的无用固相。(5)加强工程措施，根据井下情况，定时定长进行短起下作业，避免岩屑床的形成，确保井下安全。3、三开井段（1818m2888.86m）三开施工为水平段 ，水平位移大。随着井深增加，岩屑携带难度增加，摩阻、扭矩逐步增大，因此保持井底清洁、提高钻井液的润滑能力，降低钻井过程中的摩阻和扭矩是施工的关键。基于此，三开在室内实验的基础上选用硅聚纳米润滑钻井液体系，具体措施为：（1） 三开利用纳米乳液和聚合醇润滑剂提高钻井液润滑性能，降低摩阻和扭矩，控制钻井液粘附系数在0.03-0.06，起下钻作业摩阻正常在设计范围之内。（2） 继续利用黑色正电胶提高钻井液低剪切速率下的流变性，改善钻井液的携岩能力；避免环空岩屑的迅速下沉形成岩屑床。（3） 使用硅甲基防塌剂提高钻井液的防塌能力，增强了钻井液的稳定性。（4） 加强一级固控,充分使用三级固控设备，振动筛使用100目的筛网，保持固相在设计范围内。（5） 为保证测井和下套管成功率，通过短起下作业破环水平段岩屑床，保持井眼清洁。在电测前用聚合醇润滑剂封井，下套管前用1.5%纳米乳液润滑剂+3%塑料小球封井，保证了该井电测一次成功和下套管的顺利施工。垦东405-平1井钻井液性能:井深/mD/g/cm3FV/sPV/mpa.sYP/paG/pa含砂FL/mlPH值f摩11161.113994.53.5/8.00.715813771.1141116.56.0/110.51390.069915421.1543115.54.5/100.41090.0417141.1443106.54.5/9.50.3790.0518371.14411096.0/110.459.50.0319671.16702072.5/9.00.35.59.50.0420851.1674269.53.0/150.3 59.50.0421861.1674258.53.0/9.00.3590.0423101.1662177.53.0/8.00.349.50.0424571.16702383.0/100.349.50.0325471.1773259.52.5/130.349.50.0326671.17823213.55.0/200.5490.0527851.167532114.0/190.3490.042888.861.178021126.0/200.4490.03四、应用效果：纳米乳液(SLNR)的引入，使钻井液整体表现出良好的润滑性，较好的抑制性，具有较高的粘土包容能力。在346.1（mm）大井眼浅层易造浆地层中定向钻进，没有发生同类型井施工中常出现的“粘”的现象，起下钻磨阻在812t，全井没有因钻井液增稠而排放，很好的保护了环境，收到了良好的效果。垦东405-平1井水平段长95216m，完井电测证实油层长度60400m。初始射孔井段长仅为2573m时投产，即喜获稳定、高产工业油流，日产油48t。 该井的成功完钻，为今后油田滩海难动用油藏的开发，为下一步设计位移与垂深比更大的大位移水平井提供了强有