BZ13-1油田防塌钻井液的研制及应用

张 荣 韩丰欣 苗海龙 胡成军

(1.中海油田服务股份有限公司油田化学事业部; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司)

BZ13-1油田防塌钻井液的研制及应用

张 荣1韩丰欣2苗海龙1胡成军1

(1.中海油田服务股份有限公司油田化学事业部; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司)

分析了BZ13-1油田易坍塌地层井壁失稳的原因,研制了适合该油田东营组和沙河街组泥页岩地层的具有强抑制性、强封堵能力的防塌钻井液。实验评价表明,所研制的防塌钻井液具有良好的抑制性能、润滑性能和滤失性能,油气层保护效果良好。新研制的防塌钻井液在BZ13-1油田和其它地层岩性类似油田钻井作业中取得了良好的应用效果。

BZ13-1油田 井壁失稳 防塌钻井液

渤海渤中地区东营组和沙河街组地层泥页岩裂缝层理发育,钻井时极易发生井壁缩径、坍塌等失稳问题,严重制约了本地区油气田的规模开发。例如, BZ13-1油田在钻探井和初期开发过程中就时常发生由于井壁失稳造成的起下钻阻卡、井底沉砂,甚至埋卡钻具等复杂情况,极大地增加了钻井周期和成本(表1)。为了有效解决该区域东营组和沙河街组的井壁失稳问题,针对BZ13-1油田易坍塌地层井壁失稳机理,研制出了具有强抑制性和强封堵能力的防塌钻井液,并在该油田及BZ34-4、CFD 18-1/2油田进行了现场应用,取得了良好效果。

1 井壁失稳原因分析

表1 BZ13-1油田已钻探井钻井时间统计表

通常认为井壁失稳主要基于两方面原因:一是由于钻井液液柱静压力不足以平衡地层的坍塌压力,二是由于钻井液或者滤液侵入泥页岩孔隙造成“压力穿透效应”[1],所以在采用合理密度有效支撑井壁的前提下,提高钻井液的封堵能力以减少钻井液或者滤液侵入泥页岩孔隙,则成为保证井壁稳定的关键措施。

利用D/m ax-IIIA X-射线衍射仪进行了BZ13-1油田易坍塌地层全岩矿物组分分析,并对其理化性能作了实验分析,结果分别见表2、3。

表2 BZ13-1油田易坍塌地层全岩矿物组分分析结果(%)

表3 BZ13-1油田易坍塌地层理化性能分析结果

由表2、3可以看出,该油田东营组和沙河街组易坍塌地层中非粘土矿物以石英和长石为主,粘土矿物以蒙皂石或伊蒙混层为主,岩石活性强,易于水化分散而引起缩径,造成井壁失稳,因此需要提高钻井液的抑制性和增强钻井液的封堵能力,以减少钻井液滤失,从而达到稳定井壁的目的。

2 钻井液研制

根据上述井壁失稳原因分析,结合渤中地区以往的作业经验,重点对氯化钾聚合醇钻井液中的抑制剂和封堵剂进行了优化。

2.1 钻井液处理剂优化

(1)抑制剂优化

选取BZ13-1油田东营组岩屑,采用氯化钾(KC l)、聚合醇(JLX)、大分子包被剂(PLH)以及聚胺(UH IB)等处理剂复配进行岩屑回收和膨胀实验,结果见表4。

由表4可以看出,氯化钾与JLX复配能提高钻井液的抑制性,但效果不够理想;而采用5%KC l、2%JLX与0.5%～1%UH IB、0.5%PLH复配使用,岩屑回收率可增至93.30%,16 h膨胀率可降至10.12%,复配体系的抑制性随UH IB加量的增加而增强。考虑到成本因素和实际作业需要,确定的抑制剂为5% KC l+2%～3%JLX+0.5%PLH +0.5%～1%UH IB。

表4 BZ13-2油田防塌钻井液抑制剂优化实验结果(%)

(2)封堵剂优化

选取不同的封堵材料进行复配实验,主要评价添加封堵材料后钻井液样品的高温高压滤失量和渗透失水,以及高温高压砂床滤失量和砂床渗透失水,实验结果见表5。

表5 钻井液封堵剂优选(mL)

由表5可以看出,DYFT和LPF复配使用效果较好,若再配以FCL2000或SZDL使用,其封堵效果更好,但由于FCL2000进口成本过高,而SZDL的颗粒平均粒径较大更有利于对不同微裂缝的地层进行封堵,所以最终确定封堵材料为2%DYFT+1.5% LPF+1%SZDL。

2.2 钻井液性能评价

根据上述钻井液处理剂优化实验结果,最终确定的BZ13-1油田防塌钻井液配方为4%钠土基浆+0.2%PAC-LV+1.5%TEM P+1.5%SM P I+ 1.5%LPF+2%DYFT+1%SZDL+2%JLX+5% KC l+0.5%PLH+0.8%UH IB,最后用重晶石加重到1.40 g/cm3。

对所研制的钻井液进行了性能评价实验,结果见表6～8。从表6、7可以看出,该防塌钻井液既具有良好的流变性能和润滑性能,又具有较强的抑制性能和优异的封堵性能。从表8可以看出,所研制的钻井液使得BZ13-1-1井天然岩心的渗透率恢复值达到了82.75%,而人造岩心渗透率恢复值则高达93.33%,说明该钻井液具有良好的储层保护性能。

表6 BZ13-1油田防塌钻井液抗温性能实验结果

表7 BZ13-1油田防塌钻井液抑制性能、润滑性能和滤失性实验结果

表8 BZ13-1油田防塌钻井液油气保护性能评价实验结果

3 现场应用效果

BZ13-1油田一期共完成钻井6口,在应用所研制的防塌钻井液过程中没有发生井壁失稳的复杂情况,整个钻井作业的事故率为0,总的作业周期比钻探井时有了大幅度提高(平均单井作业周期为38.32 d),比原先3口探井(平均单井作业周期78.54 d)的作业周期减少了51%,并且6口井油、气预投产产量分别超出配产产量255%和169%。现场对所研制的防塌钻井液性能和储层保护效果也作了测试(表9、10),表明所研制的防塌钻井液具有良好的流变性能、润滑性能和储层保护效果。随后将所研制的防塌钻井液又应用于CFD 18-1、CFD 18-2油田的7口开发井和BZ34-4油田的3口调整井,均没有发生由于井壁失稳造成的井下复杂情况,投产效果也均达到了配产要求。

表9 现场防塌钻井液基本性能测试

表10 现场防塌钻井液储层岩心渗透率恢复值的测试

4 结论

(1)结合BZ13-1地层特点,研制出了具有强抑制性、强封堵能力的防塌钻井液,该钻井液具有良好的流变性能和润滑性能,储层保护效果良好。

(2)BZ13-1、CFD18-1/2和BZ34-4油田现场应用表明,新研制防塌钻井液解决了东营组和沙河街组钻进井壁失稳的难题,对于其他类似地层的井壁稳定有指导意义。

[1] 杨振杰.井壁失稳机理和几种新型防塌钻井液的防塌机理:文献综述[J].油田化学,1999,16(2):179-182.

(编辑:孙丰成)

Development and application of anti-collapsing drilling fluid for BZ13-1 oilfield

Zhang Rong1Han Fengxin2Miao Hailong1Hu Chengjun1
(1.China Offshore Oilfield Services L td.,Tianjin,300452; 2.Tianjin Brach of CNOOC Ltd.,Tianjin,300452)

Through the analysis on the reasons of sidewall instability in sloughing formation in BZ 13-1 oilfield,an anti-collapsing drilling fluid was developed for mud shale of Dongying and Shahejie Formations in the oilfield.The experiments indicate that the anti-collapsing drilling fluid,with strong inhibitive,lubricity and the filtration characteristics,can protect reservoir effectively.The newly developed anti-collapsing drilling fluid has been applied successfully in the drilling operations in BZ13-1 oilfields and other similaroilfields.

BZ13-1 oilfield;sidewall instability;anticollapsing drilling fluid

张荣,男,工程师,现主要从事钻井液现场技术研究和支持工作。地址:天津市塘沽区576信箱(邮编:300452)。E-mail:zhangrong1@cosl.com.cn。

2010-01-20