长庆油田钻井液现状分析

1、延安职业技术学院石油工程系毕业设计（论文）延安职业技术学院毕 业 论 文题 目：长庆油田钻井液现状分析 所属系部： 石油工程系 专 业： 钻井技术 年级/班级： 07(五)钻井班 作 者： 赵文田 学 号： 071395002023014 指导教师： 评 阅 人： 2012年 5 月27日目 录第1章 绪论1第2章 长庆油田储层特征和钻井难点32.1 长庆油田储层特征32.2 长庆油田钻井问题分析4第3章 长庆油田常用钻井液体系分析63.1 低固相聚合物钻井液63.1.1 体系的配方63.1.2 体系的特点63.1.3 现场应用分析73.2 双钾离子聚合物钻井液73.2.1 体系的配方73.2

2、.2体系的特点73.2.3 现场应用分析83.3 无土相低伤害暂堵钻井液93.3.1 体系的配方93.3.2 体系的特点93.3.3 现场应用分析103.4 环保钻井液体系103.4.1 体系配方处理剂103.4.2 体系特点103.4.3 现场应用分析11第4章 结论12致谢13参考文献14摘 要： 根据长庆油田储层特征，认为在油气田开采过程中涉及的钻井液性能，必须注意以下几点：(1)对储层伤害小；(2)必须有较好的抑制性能和滤失性能；(3)低毒或无毒，对环境污染小；(4)对油品污染小。通过对现有钻井液进行归纳，并对长庆油田近年来使用的钻井液进行总结，将长庆油田钻井液体系归纳为：一开时，钻穿

3、表层黄土层，主要用清水或低固相聚合物钻井液，提高钻井速度，钻井液主要组成有膨润土、高分子聚合物(如KPAM、PAC-H、HV-CMC)等，防止坍塌及有效清洗井眼，使表层套管下入顺利；二开以防塌、防漏、安全快速钻进为目的，以低固相聚合物体系或双钾聚合物钻井液体系为主；若遇水平井段，使用无土相低伤害暂堵钻(完)井液体系。在此基础上分别对各个钻井液体系的组成、特点及应用进行了分析。关键字：长庆油田；储层特征；钻井第1章 绪论钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液总是随勘探技术的需要和钻井工艺的不断提高而不断发展的。从最初的清水钻井到现在的不渗透钻井液等先进的

4、钻井液技术，钻井液工艺技术得到了长足的发展1。国外钻井液技术大致经历了以下四个阶段：(l)19141916年，清水作为旋转钻井的洗井介质，即开始使用“泥浆”。(2)20世纪2060年代，以分散型水基钻井液为主要类型的阶段。在这期间，经历了从细分散体系向粗分散体系的转变，同时也出现了早期使用的油基泥浆和气体型钻井流体。(3)70年代以后，以聚合物不分散钻井液为主要类型的阶段。聚合物钻井液是国外水基钻井液发展最快的一类，它的出现标志着钻井液工艺技术进入科学发展阶段，同时在抗高温、深井钻井液方面也得到了很大的发展。(4)20世纪90年代，阳离子聚合物钻井液和正电胶钻井液以及其它新型钻井液也得到了很快

5、的发展，钻井液技术进入了一个崭新的发展阶段。我国钻井液技术的发展可分为三个阶段：钙处理钻井液阶段，20世纪6070年代初基本上都使用钙处理钻井液；三磺钻井液阶段，所谓“三磺”即是磺化酚醛树脂(SMP)、磺化褐煤(SMC)和磺化拷胶(SMK)，三磺钻井液的研制成功，是中国在深井钻井液技术上的一大进步；聚磺钻井液阶段，“聚磺钻井液”是将“聚合物钻井液”与“三磺钻井液”结合在一起而形成的一种钻井液体系。在三磺水基钻井液的基础上引入阴离子型聚丙烯酞胺类作为流变性及滤失性处理剂是中国在深井钻井液技术上的第二个进步。进而，将阳离子型有机聚合物引入三磺钻井液作为强抑制剂是中国深井钻井液技术上的第三个进步。近

6、五年来，作为钻井工程“血液”的钻井液技术得到高度重视，钻井液技术得到快速发展并取得了许多重要成果，为提高勘探开发速度、增产增储起到重要作用。近年来，随着复杂地层深井、超深井及特殊工艺井油气钻探越来越多，对钻井完井液技术提出了更高的要求。“安全、健康、高效”的钻井液和逐渐形成的“钻井完井液系统工程技术”的概念，标志着钻井完井液技术研究和应用进入了一个全新的发展阶段。随着世界石油工业的迅速发展，钻井技术对钻井液提出了更高、更新的要求，特别是在钻井液技术发展受到环保政策及法律、法规限制的情况下，研究满足钻井工程技术和环境保护需要的新型钻井液体系更显得非常必要。为了满足环境保护的需要，同时又不失去钻井

7、液所必需的性能，国内外钻井工作者均在竞相研究开发新的环保型钻井液体系，国内外先进水平的水基防塌钻井液新体系，以及适应于极复杂地质条件下的、环保性能优良的第二代合成基环保钻井液新体系，代表了钻井液的发展方向。这些研究在很大程度上体现出21世纪钻井完井液技术蓬勃发展的总趋势满足油气层保护、环境保护、油品保护、低成本、高效钻井液新体系、新技术的要求。长庆油田勘探区域主要在陕甘宁盆地，勘探总面积约37万平方公里。累计探明油气地质储量54188.8万吨（含天然气探明储量2330.08亿立方米）。长庆油田是中国石油油气储量快速增长的领跑者，每年给国家新增一个中型油田，我国陆上最大产气区和天然气管网枢纽中心

8、，原油产量占全国的1/10，天然气产量占全国的1/4。2013年，长庆油田有望实现油气当量5000万吨，建成中国“西部大庆”。长庆油田储层具有低孔低渗的特点，地层分布情况复杂，具有易塌、易漏的特点，储层伤害多产能的影响很大。因此，合理的选择钻井液对油气田的开发开采具有重要的意义。本文准备从长庆油田储层特征入手，并对现有的钻井液体系进行分类，总结长庆油田近年来使用的钻井液，将长庆油田钻井液体系进行归纳分析。通过文献调研和分析，将长庆油田钻井液体系归纳为：一开时，钻穿表层黄土层，主要用清水或低固相聚合物钻井液，提高钻井速度，钻井液主要组成有膨润土、高分子聚合物(如KPAM、PAC-H、HV-CMC

9、)等，防止坍塌及有效清洗井眼，使表层套管下入顺利；二开以防塌、防漏、安全快速钻进为目的，以低固相聚合物体系或双钾聚合物钻井液体系为主；若遇水平井段，使用无土相低伤害暂堵钻(完)井液体系。在此基础上分别对各个钻井液体系的组成、特点及应用效果进行了分析。第2章 长庆油田储层特征和钻井难点2.1 长庆油田储层特征长庆油田工作区域处于鄂尔多斯盆地北部的伊蒙隆起、中部的陕北斜坡、南部的渭北隆起、西缘的逆冲带与相邻的天环凹陷以及东部的晋西挠褶带(小部分)。地层填隙物的主要组成包括原生沉积杂基、碳酸盐岩胶结物、硅质胶结物、长石质胶结物和自生粘土矿物。其中碳酸盐岩胶结物以铁方解石为主，占1%3%；硅质胶结物主

10、要为自生石英，占0.2%0.5%；自生粘土矿物以伊利石、绿泥石和高岭石为主，有一定的伊/蒙间层矿物，未见蒙脱石；原生沉积杂基在岩石孔隙中分布较为普遍。另外，还含有少量的重晶石和黄铁矿等。粘土矿物类型以伊利石和绿泥石为主，见少量伊/蒙间层矿物，高岭石含量极少。伊利石38.3%66.3%，平均49.5%；绿泥石26.7%57.6%，平均43.6%；伊/蒙间层0.4%13.8%，平均6.9%，蒙脱石间层比小于10%。文献统计结果显示2：长庆油田目前已探明石油地质储量中渗透率大于l0mD占14.2%，渗透率310mD占3.8%，渗透率l3mD占59.2%，渗透率0.5lmD占13.4%，渗透率0.30

11、.5mD占9.2%，渗透率0.10.3mD占0.2%，绝大部分是特低渗透层。低渗透整体发育在西倾的单斜缓坡背景上，储层非均质性强。低渗透油藏油水分异差，含油饱和度低，电阻率低，测井不易识别。 图2.1 长庆油田油层绿泥石、伊利石和高岭石发育特征，SEM总的来说，长庆油田储层为低压、低渗、低丰度；且非均质、性差，无初产；必须经过改造才能获得产能。因此，在完成钻完井作业后，必须进行压裂、酸化等油气井改造作业，才能进行开采。鉴于长庆油田储层矿物的特点，所以在油气田开采过程中涉及的钻井液性能，必须注意以下几点：(1)对储层伤害小；(2)必须有较好的抑制性能和滤失性能；(3)低毒或无毒，对环境污染小；(

12、4)对油品污染小。2.2 长庆油田钻井问题分析长庆油田主要地质分层及存在的问题分析(见表2.1)(l)表层井段的第四系存在流沙层垮塌及井口塌陷问题。表层黄土层欠压实，胶结性差，极不稳定，极容易发生漏失和窜漏现象；(2)二开直井段直罗组、延安组以及延长组中上部砂岩井段存在缩径而泥岩井段又存在垮塌、起下钻阻卡等井下复杂现象；纸坊组地层分散造浆；刘家沟组存在区域行漏失，“双石”主要硬脆性泥岩跨塌。(3)垮塌层位石千峰组和石盒子组处于大斜度井段，更加剧了井眼失稳，特别是石盒子组硬脆性泥岩处于入窗前位置，井斜将达到88度以上，又进一步增加了钻井液的防塌难度。表2.1长庆油田地层分层与钻井事故对应分析表2

13、.2长庆油田钻井各阶段钻井液性能要求第3章 长庆油田常用钻井液体系分析长庆油田现有的区块钻井所使用的钻井液体系归纳为：一开时，钻穿表层黄土层，主要用清水或低固相聚合物钻井液，提高钻井速度，钻井液主要组成有膨润土、高分子聚合物(如KPAM、PAC-H、HV-CMC)等，防止坍塌及有效清洗井眼，使表层套管下入顺利；二开以防塌、防漏、安全快速钻进为目的，以低固相聚合物体系或双钾聚合物钻井液体系为主；若遇水平井段，使用无土相低伤害暂堵钻(完)井液体系。3.1 低固相聚合物钻井液针对表层井段的第四系存在流沙层垮塌及井口塌陷问题。表层黄土层欠压实，胶结性差，极不稳定，极容易发生漏失和窜漏现象，选用此钻井液

14、。3.1.1 体系的配方不分散低固相聚合物钻井液自20世纪60年代引入我国以来，得到大力推广。这种钻井液是利用人工改性钠土或天然钠土配制而成，加入丙烯酸系列处理剂，如PHPA，控制粘土的分散度，形成的钻井液类型。再根据钻进工作时钻井液的性能要求，加入一定量的处理剂调整钻井液的性能。钻井液中含有一定浓度的高分子聚合物，聚合物在孔壁上产生强烈的作用，形成一层纵横交错的聚合物薄膜，这种薄膜不但具有很强的吸附作用，还将进一步阻止自由水在地层中的渗透，从而产生抑制粘土的水化和分散的作用。聚合物钻井液中的其它组分也将与其共同作用，使孔壁粘土向不分散的状态转变，从而达到稳定孔壁的目的5。低固相聚合物钻井液的

15、性能及技术经济指标的要求如下：选用的高分子聚合物与其它组分共同作用，对钻井液中的粘土、孔壁和岩屑不产生分散作用，护壁效果好。钻井液的回收率在90%以上，经过处理后可以重复使用。易于保持现场的文明施工。工程综合成本低。性能指标为：粘度20s，含水率1%，密度1.02g/cm3，胶体率大于95%，失水量不大于11ml/30min，泥皮厚度小于0.5mm，pH值7.58。3.1.2 体系的特点低固相聚合物钻井液是一种非常稳定的抑制性钻井液，不但有很强的自身净化能力，还能起到很好的护壁效果。实践证明，这种类型的钻井液有如下优点：钻井液的胶结能力强，对孔壁和岩屑没有分散作用，有良好的护壁作用。钻井液的配

16、方简单，且降低了工程的成本。钻井液对钻进质量影响较小，岩心的质量得到了有效的保证。钻井液粘度适中，使用过程中密度上升比较慢，有很好的流动性，不易产生钻头“泥包”现象，加之该钻井液不分散的特点，因此对地层的侵蚀性很小。便于文明施工的管理。钻井液的外运量很小，大部分可以回收循环，大大地减少了钻井液处理的费用，工地的清洁也容易保持。比重低，固相含量低，固相呈不分散状态，可以提高钻速。3.1.3 现场应用分析在长北气田某口井的应用中，针对表层地层特点，配制高粘度高切力的膨润土浆，提高携砂能力，稳定井眼，防止漏失.开钻前配制足够的预水化膨润土浆，加入适量的CMC和生物聚合物提高钻井液的粘度和切力。采用这

17、种钻井液，携砂能力强，井眼稳定，钻进顺利。钻进中采用粘度4550s 的膨润土浆，提高携砂能力，稳定井壁，清洗井眼。钻完一开井深后下套管顺利。二开后地层以泥岩和砂岩为主，钻进中补充聚合物胶液加以维护。充分使用振动筛、除砂器和离心机，清除有害固相，保持钻井液低密度、低固相。至686m完钻，钻井液性能如下：密度1.05g/cm3，粘度30 32s，切力0.51.0Pa，API失水8ml，泥饼0.5mm，含砂0.1%，固相质量分数4%，pH值7.全井钻井液性能良好，井眼稳定，钻进正常，电测、下套管顺利。3.2 双钾离子聚合物钻井液针对二开直井段直罗组、延安组以及延长组中上部砂岩井段存在缩径而泥岩井段又

18、存在垮塌、起下钻阻卡等井下复杂现象，采用此钻井液。3.2.1 体系的配方主要成分：水解聚丙烯酰胺(PHP)、聚丙烯酸钾(K-PAM)、水解聚丙烯腈铵盐(NH4 -HPAN)、水解聚丙烯腈钾盐(K-HPAN)、羧甲基纤维素(CMC)或PAC、腐植酸钾(KHm)、纯碱(Na2CO3)或KOH、氯化钾(KCl)等。3.2.2 体系的特点特点是性能易控，不但适于淡水，也适于盐水。流变性好，携屑能力强，并且对泥页岩的水化膨胀有很好的抑制力。成本低，保护油气层，对环境污染小。泥页岩缩径的原因是其中含有较高的蒙脱石粘土矿物，其吸水膨胀率是自身的23倍，且连接力很强，不易脱落。因此，要解决井壁的缩径问题，一定

19、要将钻井液的密度、固相含量和失水量降下来，提高K+、NH4+等阳离子的含量，控制泥页岩的表面水化力和渗透力，尽可能降低泥页岩的吸水深度和膨胀率。聚丙烯酰胺：聚丙烯酰胺作絮凝剂抑制地层造浆，絮凝沉淀钻屑，改善钻井液的防塌能力和流变性。其防塌机理是，长链的聚丙烯酰胺在泥页岩井壁表面产生多点吸附，并可横过裂缝，从而阻止泥页岩的剥落；聚丙烯酰胺浓度较高时，在泥页岩井壁表面形成较致密的吸附膜，减缓自由水向泥页岩渗透的速度，对泥页岩的水化膨胀起到抑制作用。聚丙烯酸钾：是一种白色或淡黄色粉末，易吸潮，耐热性好，溶解后溶液的粘度很高，能起絮凝、提粘、降失水、防塌和堵漏作用，其防塌机理和聚丙烯酰胺相似，而且对钻

20、屑能产生有效的包被作用，抑制地层造浆。水解聚丙烯腈盐：通过酰胺基吸附在粘土颗粒表面，而羧钠基在粘土表面形成吸附水化膜，降低了失水。同时羧纳基水化基团可以拆散粘土网状结构，降低了钻井液的粘度切力。钾、铵阳粒子：钾、铵等阳粒子可以抑制粘土矿物水化膨胀。K+、NH+4进入粘土矿物硅氧四面体六角环中的空穴后，使上下晶包连接得更紧，水分子不能进入晶包层间，从而完成蒙脱石矿物向高岭石矿物的转变。让钻井液中的矿化度维持在等于或稍大于泥页岩中的含盐量，使钻井液内的水分子不能向井壁渗透，同时，井壁上的粘土矿物也不易向井内扩散，从而全面预防泥页岩的吸水膨胀，使井壁保持稳定。3.2.3 现场应用分析2008年至20

21、09年复合钾盐生物聚合物钻井液体系在长北气田12口井均取得成功应用，获得十分良好的效果。 井下复杂情况和事故大大减少。由于体系具有强烈的抑制性，大幅度减少钻头泥包、井下复杂情况和事故率急剧下降，在长北气田整个钻井中，平均每口井的下钻次数由15.5次降到9.5，下降率38.7%；平均每口井的遇阻划眼时间由213.4h降至36.8h，减少80.6%；平均下技术套管时间节约63.4%。 平均机械钻速得到突破性提高。钻井液表现出良好流变性能和合理的技术措施的实施，该体系采用后长北气田12口井中8口井机械钻速超过6m/h，其中CB5-2 最快达到7.8m/h，该体系采用后12口井的平均机械钻速也由以前旧

22、体系的4.64 m/h 提高至6.53m/h，提高达40%。 润滑性能的创新。将聚丙烯酰胺作为主润滑剂，改变传统水基钻井液对润滑剂的强依赖性，从其絮凝降低固相和改善井壁滤饼两个方面实行润滑减阻技术。在新的体系中，创新性的大胆加大PHP处理剂的用量，通过PHP絮凝降低固相，改变钻井液体系润滑性同时，还通过PHP本身改变井壁滤饼的润滑性两个方面降低了钻井中的扭矩和摩阻，使加入的润滑剂量大幅度下降，为此节约大量的扭矩成本。平均每口井PHP用量上升到4.33t，润滑剂的平均用量反而降至4.59t，平均每口井PHP 和润滑剂的总费用较以前的79.62万元下降至目前的20.38万元，平均每口井节约59.2

23、4万元，节约百分比达74.4%。3.3 无土相低伤害暂堵钻井液针对长庆油田低孔低渗，储层易伤害的特点，在水平井段，为降低钻井液对储层伤害，有效保护储层，采用此钻井液。3.3.1 体系的配方利用有机高分子聚合物增粘剂，以提高无土相钻井液的悬浮能力，利用惰性级配适当的超细碳酸钙作为骨架粒子，利用在一定温度下具有可变形性的乳化硬质沥青作为封堵粒子，使之能迅速形成封堵层，阻止钻井液侵入产层，从而实现对产层的屏蔽暂堵6。 增粘剂与降滤失剂的选择。增粘剂要能达到携带岩屑与暂堵骨架粒子的目的，降滤失剂要达到能降低钻井液滤失量的目的，防止钻井液侵入深部产层对产层造成伤害，一般的钻井液降滤失剂在无土相中均不降失

24、水。研究表明，从增粘来考虑K-PAM最好，BY-1次之，FA367次之。 骨架粒子与可变形粒子的选择。骨架粒子需选择刚性强、密度低、能被无土相钻井液悬浮的粒子；可变形粒子则需要选择没有刚性、变形性能良好的封堵性强的粒子。3.3.2 体系的特点屏蔽暂堵技术是利用适当粒径的骨架粒子与变形粒子通过“架桥+填充+压实”，在液柱压力作用下，在井壁表面(或浅层)形成一层致密的封堵层，阻止钻井液中的颗粒与液相浸入地层，从而降低损害；在液柱压力解除后，由于地层压力原因能迅速破坏屏蔽层，从而达到暂堵的目的。 无土相、密度低，失水低，性能稳定、流变性好该体系密度能保持低密度1.031.08g/cm3，API失水稳

25、定地控制在3.64.6 ml之间，并且抑制性强，长时间钻进过程中，流变性能维护优良，携砂效果好，滤饼酸溶率高，为以后用低密度优质钻井液钻开古生界碳酸盐岩储层，发现和保护储层以及储层防漏等提供了可行而有效的技术手段。 润滑性好该体系未加任何润滑剂的条件下具有良好的润滑性性能，滑块摩阻系数在0.07 左右，现场长水平段打钻过程中加入配伍的润滑剂，润滑系数基本维持在0.0349，为超过2000m 的分支水平段的安全、快速钻进提供了有力保障。 能有效的保护产层无土相低伤害暂堵钻井(完井)液体系对低渗透气曾平均伤害率为11.25%，属于轻度伤害，暂堵性好，完钻后可以采取裸眼完井，井壁上形成的暂堵滤饼通过

26、气层压力完成解堵，并直接气举投产，很大程度上简化了完井、投产作业。3.3.3 现场应用分析无土相低伤害暂堵钻井(完井)液体系目前为止已经成功的在壳牌长北项目的CB11等20口井成功应用。特别是能够适应长水平段钻进，其中CB32井216mm大井眼安全顺利钻过2245m水平段分支，超过预先2000m的设计，CB23井152mm小井眼分支成功钻达1920 m。长北项目完井或正钻的双分支、多分支水平井已达到20口，裸眼完井并直接气举投产，多数都为高产井，其中CB11井获得无阻流量超过200104m3/d的单井高产，创造了气田新纪录，保护储层效果明显。3.4 环保钻井液体系钻井施工中所产生的钻屑及钻井液

27、等废弃物极易污染环境，特别是钻井液废弃物和污水渗透到地下，造成地下水源的严重污染。在分析研究现有的钻井液与完井液添加剂及体系的化学毒性、生物毒性及生物降解性的基础上，长庆油田开展了钻井液的环保性能、油层保护及防塌性能的协同研究，研制出了一系列的环保钻井液。3.4.1 体系配方处理剂环保钻井液各处理剂的主要原材料为天然物，通过对它们进行改性，构成一套既满足钻井施工、油气层保护要求，又保护环境的体系。该体系由天然高分子包被剂、天然高分子降滤失剂、无荧光白沥青、聚合醇防塌剂等组成，分别代替了传统配方中的絮凝剂、降滤失剂、防塌剂和润滑剂。为了使钻井液能满足环境保护的要求，首先使选用的每种处理剂都具有环

28、境保护性能。3.4.2 体系特点天然高分子包被剂IND30通过对天然植物胶进行接枝，一方面增加了天然聚合物的链长(分子量在500万以上)，另一方面使抑制性基团接枝在分子链上，提高了聚合物的包被能力。该天然高分子包被剂易生物降解，能够降解成分子链短的物质。天然高分子降滤失剂NAT20通过将植物胶、淀粉等天然高分子物质预胶化、接枝水溶化和化学处理，使其具有抗温、抗盐、抗钙、防发酵能力，且在钻井液中不增稠。无荧光白沥青NFA25是油溶性的多元脂肪醇脂水溶化的产物，其部分溶于水，部分溶于油，且较易生物降解，该处理剂为有一定软化点的多组分物质，抑制性更强，可有效抑制泥页岩的水化分散，防止井壁坍塌，具有更

29、强的封堵和保护油气层能力及良好的润滑性，而且无毒、无荧光。聚合醇防塌剂PGCS-1有“浊点”效应，在钻井液中可保持“亲油疏水分散于水”的状态，能够封堵泥页岩裂缝，可吸附于钻屑及粘土颗粒表面，抑制泥页岩水化、膨胀，具有良好的润滑性。3.4.3 现场应用分析研究的环保钻井液在长庆几个工区应用，根据现场试验效果表明，环保型钻井液体系具有以下特点：（1）该钻井液体系包被抑制能力强，剪切稀释特性好，能够满足钻井工程和各种特殊作业要求；（2）该钻井液体系可有效抑制泥页岩分散，有利于井眼规则和井壁稳定，能够保证钻井现场施工顺利；（3）该钻井液体系润滑性好，滤饼光润，不粘钻具，能满足钻井液润滑性的要求；（4）该钻井液体系材料种类少，维护操作简单，流变性易控制，携砂性强，井眼净化良好；（5）该钻井液体系废液无色而易处理；（6）该钻井液与相同密度条件下的聚合物钻井液成本相当具有较好的经济性。第4章 结论长庆油田储层为低压、低渗、低丰度；且非均质、性差，无初产；必须经过改造才能获得产能。鉴于长庆油田储层矿物的特点，所以在油气田开采