无固相微泡沫钻井液的研究及应用

第 2 9卷 第 3期 2 0 1 2年5月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D v0 1 2 9 NO 3 M a v 201 2 理论研究与应用技术 无固相微泡沫钻井液的研究及应用 刘振东 唐代绪 2 刘从军 隋旭强 1 胜利石油管理局钻井工艺研究院 山东东营 2 中国石化集团国际石油勘探开发有限公司 北京 刘振东等 无固相微泡沫钻井液的研究及应用 J l 钻井液与完井液 2 0 1 2 2 9 3 3 3 3 5 摘要无固相微泡沫钻井液密度低 携岩性能好 滤失量小 能够降低储层漏失及伤害 最大限度地控制固 相侵入 是对低密度钻井液体系的一种完善 介绍了无固相微泡沫钻井液的作用原理 优选了处理剂和钻井液配方 评价 了钻井液的性能 由于其不含黏土相 配方设计合理 具有较好的抑制性 克服了普通微泡沫钻井液固相侵 入和普通泡沫发泡过多时泥浆泵上水效果不好的问题 并在邵 4 一 平 l井进行了应用 获得 良好的油层保护效果 该 井完井后试 油 产 油量为 3 0 4 0t d 相 比邻井提高 5 0 以上 关键词 无 固相 微泡沫 钻 井液 低渗 油藏 低 密度 配方 油层保护 中图分类号 T E 2 5 4 3 文献标识码 i A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 l 2 0 3 0 0 3 3 0 3 在低压 低渗储层多采用常规钻井液实施近平 衡压力钻井 极易压漏地层 出现井下复杂事故 损害油气层 采用空气钻井或油基钻井液体系 虽 然可以实现近平衡钻井 保护油气层 但这些类型 的钻井液需要专门的设备 投资大 成本高 施工 工艺复杂 无固相微泡沫钻井液 由特定的表面活性 剂和聚合物组成 性能稳定 密度低 携砂能力强 防漏防塌效果 明显 不需增加欠平衡钻井 的特殊设 备 成本低 能够降低储层 的漏失及伤害 因此 针对低压 低渗 易漏地层开展无 固相微泡沫钻井 液技术研究和应用具有十分重要的意义 1 2 1 微泡 沫作 用原理 无 固相微泡沫钻井液是一种新型低密度钻井液 体系 是由特定的表面活性剂和聚合物组成的一种 微泡沫体系 即非聚集 可循环使用的均匀刚性气 核体系 这些微泡沫包裹在一种独特 的增黏体系中 其特殊性是不需要使用额外的设备 只需使用常规 的钻井液混合设备就可使钻井液获得有良好的抗压 性能 可变形的微泡沫 微泡沫钻井液在没有充足 的空气或注入气体 的情况下 在钻井液 内部即可产 生一种 由多层膜包裹的微泡沫 该类微泡沫在较强 的界面张力作用下可形成复杂的微泡沫网结构 在 拉普拉斯压力 的作用下 微泡沫网结构具有极高的 能量 可在地层孔洞周 围形成一个微环境 从而在 井下产生桥塞作用并控制流体侵入地层 3 7 2 室 内研 究 2 1 处理剂优选实验 2 1 1 发泡剂优选 根据地层特点 对多种发泡剂 的起泡能力进行 了对 比实验 结果见表 1 表 1 发泡剂起泡能力对 比实验 发泡剂起泡高度 2 发泡剂 起泡高度 2 m m m l n m i l l m a n SJ 6 l 8 7 1 0 9 AES 1 93 5 8 AC 2 2 0 0 1 2 0 AS B 1 5 3 3 8 AC一 3 225 9 5 由表 1 可见 A C 一 2具有 良好 的起泡能力 生 成的泡沫细小均匀 且半衰期长 满足钻井液的特 第一作者简介 刘振东 工程师 2 0 0 6年毕业于太原理工大学高分子化学与物理专业 现在主要从事钻井液技术研究 和现场推广工作 地址 山东省东营市北一路 8 2 7号 邮政编码 2 5 7 0 0 0 E ma i l l z d 7 9 0 8 s i n a c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 3 4 钻 井 液 与 完 并 液 2 0 1 2年 5月 性 最终选择 自行研制的 AC 2作为无 固相微泡沫 钻井液的发泡剂 2 1 2 稳泡剂优选 将 3 种稳泡剂 0 8 P A C O 8 X C和O 8 P A C 0 8 X C分别加人基液 3 T V 2 0 1 P A M 中搅 拌均匀 再加人 O 3 的起泡剂A C 一 2 高速搅拌 倒人 1 0 0 0 mL量筒中 观察泡沫变化情况 3种稳 泡剂 的起泡高度分别为 5 1 0 4 0 0 4 6 0 mm 半衰 期分别为 3 2 0 3 0 0 和大于4 9 0 m i n 由此可以看出 P AC与 XC复配使用对形成和稳定微泡效果最好 2 2 钻井液配方优选 2 2 1 发泡剂加量 利用无 固相钻井液常规配方 中主要的处理剂配 制成基 液 3 T V 2 0 I P AM 对 发泡剂的加量 进行了室内优选 结果见表 2 表 2 发泡剂加量优选 实验 实验结果表明 起泡剂加量为 0 3 较为合适 如加量太低 起泡量会很少 难以形成微泡沫钻井 液 无法降低钻井液密度 而加量过高 生成的微 泡沫太多 钻井液密度过低 会严重影响泥浆泵的 上水效果 同时有可能导致井下仪器信号失常 2 2 2 稳泡剂加量 在基液 3 T V 2 0 I P AM 0 3 AC 2 中加 入不 同加量 的 XC和 P AC复配稳泡剂后高速搅拌 观察钻井液性能 实验结果见表 3 表 3 稳泡剂加量优选实验 虽然 XC和 P AC的复配对泡沫的起泡量有一定 的影响 但却能大大提高泡沫的稳定性 因此 确 定稳泡剂加量为 0 2 XC和 0 1 P AC 3 钻井液性能评价 3 1抗油性 用煤油模拟地层油对无固相微泡沫钻井液的抗 污染性能进行了评价 实验结果见图 1 1 o 0 0 9 8 黑 o 9 6 0 9 4 0 9 2 0 9 O 煤油 图 1 无固相微泡沫钻井液抗煤油污染实验 由图 1 可知 煤油加量小于 9 时 煤油对微 泡沫性能 的影 响较小 当加量超过 9 后 随着煤 油加量的增加 钻井液密度快速升高 表明发泡剂 的发泡能力 明显下降 现场在钻遇油层时 为防止 微泡沫排液速度过快 应适当增加发泡剂的加量 3 2 抗温性 为了研究优选出的无 固相微泡沫钻井液的抗温 性能 在 8 0 1 0 0 下对无固相微泡沫钻井液进行 8h的抗温实验 结果见表 4 表 4 抗温性能评价 由表 4 可以看出 微泡沫钻井液经 1 0 0 8 h 的高温滚动后 各项性能基本不变 说明微泡沫钻 井液具有较好的高温稳定性 能满足大部分现场施 工和作业的需要 3 3 抑制性 将人造岩心在微泡沫 聚合醇 无黏土相钻 井液 中分别浸泡 1 6 h 然后利用 2 0 0 0型线性膨胀 仪 测得 岩心 的线 性膨 胀率 分别 为 1 9 8 4 7 5 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 2 9卷 第 3期 刘振 东等 无 固相微泡沫钻井液的研 究及应用 3 5 5 8 2 由此可知 微泡沫钻井液的线性膨胀率最低 说明该钻井液具有较好的抑制性 有利于井壁稳定 4现 场 应 用 4 1 地质概况 邵 4 一 平 1 井是一 口生产井 位于济阳坳陷沾 化 凹陷邵家洼陷缓坡断裂坡折带g ig 4 块潜 山高部位 钻探目的是挖掘邵 4 块潜山油藏奥陶系剩余油 提 高油藏产能及采收率 该井设计垂深为 2 7 6 0 O 0 m 目的层为奥 陶系的八 陡组和马家沟组 岩性 以灰色 灰岩 白云岩 藻团粒 白云岩及其过渡岩性组成 其 中夹有薄层泥岩和煌斑岩等 邵 4 平 1 井储 层 灰岩岩心平均孔隙度为 9 5 空气渗透率为 0 2 1 0 0 0 1 0 m 邻井钻遇奥陶系潜山地层时有 漏失现象 故在该井钻井过程 中采用无固相微泡沫 钻井液 一是用 以保护油层 避免污染油层 二是 采用低密度钻井液 防止漏失 4 2 工 程简况 邵 4 一 平 1 井一开钻进 进尺为 3 8 4 m 二开直 井段钻具结 构为 2 4 1 3 mm钻 头 6 3 0 4 1 0接头 1 7 7 8 mm 无 磁 1 7 7 8 mm钻 挺 2 3 8 mm 扶正 器 西1 7 7 8 m m 钻挺 4根 西1 2 7 n I I T I 加 重 钻杆 1 5 根 1 2 7 m l T l 钻杆 本井造斜点位 于井 深 2 4 8 4 9 2 m处 二开井深为 2 8 4 3 5 m 该井使用清水顶替 出套管 内原钻井液 并配制 无固相微泡沫钻井液 配制过程中 全井循环 按 照循环周均匀依次加入各处理剂并充分循环 三开 钻进过程中 根据无 固相微泡沫钻井液 的特点 进 行合理的维护 及时补充发泡剂 并充分利用固控 设备 确保钻井液性能稳定 三开钻井液的密度为 0 9 5 g c m 黏度为 4 1 S 至井深 2 9 1 3 7 5 m遇溶洞 发生严重漏失 放空 2 m 钻压为 1 0 0 k N 随即完 钻 三开钻进期间 通过采用有效措施 全烃值最 高达 4 0 槽面有大量油花 有效保护 了储层 该 井完井后试油 产油量为 3 0 4 0 t d 相比邻井提 高 5 0 以上 4 3 钻井液的维护处理措施 钻进期间 尽量把所有钻井液处理剂都配制 成胶液 然后均匀加入钻井液 保持钻井液性能的 稳定 充分利用各循环罐 中的搅拌器及钻井液枪 将微泡沫钻井液中的大泡变成微泡沫 维持泥浆泵 有较好的上水效率 钻进过程中根据泡沫基液的 消耗情况适时配制泡沫基液进行补充 并采用加料 漏斗的方式添加发泡剂和稳泡剂 让部分气体进入 钻井液 根据返砂情况 泡沫返出状态及实验结 果 适时补充各种处理剂 使之满足携岩要求 使用 XC P A C及 P A M 调整钻井液 的黏度 和切力 以井下情况为依据 保持较高的动切力和动塑比 保证钻井液具有 良好的携岩性和悬浮性 防止岩屑 床的形成 5 结 论 及 认 识 1 无 固相微泡沫钻井液密度可调范 围大 可实 现近平衡压力钻井 有效地保护油气层 2 该钻井液不含土相 并具有较好 的抑制性 克服 了普通微泡沫钻井液 固相侵入的问题 3 无固相微泡沫钻井液配方设计合理 可解决 普通泡沫发泡过多时泥浆泵上水效果不好的问题 4 无固相微泡沫钻井液在防漏堵漏和油气层保 护机理上还有待进一步研究 以指导新型处理剂的 研发 提高钻井液性能 参 考 文 献 1 杨虎 郡捷年 陈涛 新型水基微泡沫钻井液的室内配 方优选和性能评价 J 石油钻探技术 2 0 0 6 3 4 2 41 4 4 2 王洪军 焦震 郑秀华 等 大庆油田微泡沫钻井液的 研究与应用 J 石油钻采工艺 2 0 0 7 2 9 5 8 8 9 2 3 3 汪桂娟 丁玉兴 陈乐亮 等 具有特殊结构的微泡沫 钻井液技术综述 J 钻井液与完井液 2 0 0 4 2 1 3 44 52 4 左凤江 贾东民 郭卫 等 可循环微泡沫钻井液技 术研究与应用 J 钻井液与完井液 2 0 0 2 1 9 6 8 5 8 8 5 刘德胜 郭 志强 郑永臣 等 微泡沫钻井液在 哈 3 4 5 X井的应用 J 钻井液与完井液