有机盐-聚合物钻井液在北部湾大斜度井中的应用_王养锋.pdf

广 东 化 工 2023 年 第 4 期 58 第 50 卷 总第 486 期 有机盐有机盐-聚合物钻井液在北部湾大斜度井中的应用聚合物钻井液在北部湾大斜度井中的应用 王养锋1，刘智勤1，陈力1，艾常明2，余意1，刘贤玉1(1中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057；2中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司，广东 湛江 524057)摘 要南海北部湾盆地涠洲某油田目的层位于涠三段和流一段，前期已钻六口开发井，后期为动用流一段油组储量，决定部署两口大斜度调整井，井斜均大于 80，且裸眼段较长。流一段平均孔隙度 19.3%，平均渗透率 3405 md，属于中孔高渗储层，为更好的保护储层，经室内试验和配方优选，形成了一套新型低密度无固相有机盐-聚合物钻井液体系，并在两口大斜度调整井中应用。现场应用表明，该体系携岩性好，抑制性强，储层保护效果好，为南海西部类似油田的开发积累了宝贵的经验。关键词无固相；有机盐；高渗；大斜度井；储层保护 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)04-0058-03 Application of Organic Salt Polymer Drilling Fluid in Highly Deviated Wells in Beibu Gulf Wang Yangfeng1,Liu Zhiqin1,Chen Li1,Ai Changming2,Yu Yi1,Liu Xianyu1(1.CNOOC China Limited Zhanjiang Branch,Zhanjiang 524057；2.Zhanjiang Branch of CNOOC Energy&Tech-Drilling&Production Co.,Zhanjiang 524057,China)Abstract:The target layer of an oil field in Weizhou,Beibu Gulf Basin in the west of the South China Sea is located in Weisan member and Liuyi member.In the early stage,six development wells have been drilled.In the later stage,the reserves of oil formation V in Liuyi member have been utilized.It is decided to drill two high inclination adjustment wells,with well inclination greater than 80 and long open hole section.The average porosity of the first section of Liuhe formation is 19.3%and the average permeability is 3405 md.It belongs to a medium porosity and high permeability reservoir.In order to better protect the reservoir,a new low-density solid-free organic salt polymer drilling fluid system has been formed through laboratory tests and formulation optimization,and has been applied in two high-angle adjustment wells in the west of the South China Sea.Field application shows that the system has good lithology,strong inhibition and good reservoir protection effect,which has accumulated valuable experience for the development of similar oil fields in the west of the South China Sea.Keywords:no solid phase；organic salt；hypertonic；highly deviated well；reservoir protection 涠洲某油田目的层位于涠三段和流一段，后期为了动用流一段油组储量，决定部署两口大斜度调整井。流一段油组砂岩孔隙度主要分布在16.0%26.0%，平均值19.3%；渗透率主要在1130.75242.9 mD，平均值3405.0 mD，为中孔特高渗储层，敏感性弱。对于该类储层，钻完井过程中外来固相侵入是主要伤害方式1。两口调整井中B井最大井斜达82.87，最大水平位移1701.01 m，接近于水平井，为了满足大斜度井安全高效的钻井作业，同时尽可能避免固相侵入造成的储层伤害，达到更好的投产效果，经室内试验和配方优选，确定采用以有机盐作为加重剂、以PF-FLO作为降失水材料，PF-VIS作为提粘剂，配合润滑剂PF-GJC等材料复配形成的有机盐钻井液体系。现场应用表明，该体系携岩性好，抑制性强，储层保护效果显著，现场实施两口井产量均超过配产要求1-3。1 某油田某油田A/B井概况井概况 图图1 A井井身结构井井身结构 Fig.1 Well bore structure of Well A 图图2 B井井身结构井井身结构 Fig.2 Well bore structure of Well B A井一开井段采用444.5 mm钻头，中完深度816 m，造斜段170.00449.44 m，造斜率3/30 m；二开井段采用311.15 mm钻头，中完深度2663 m，造斜段1600.002558.00 m，造斜率2/30 m；三开井段采用215.9 mm钻头，钻进至完钻深度3010 m，垂深2218 m，方位角17.02，井斜角80.43，水平投影位移1651.54 m，见图1。B井一开井段采用444.5 mm钻头，中完深度1197 m，造斜段175.001219.86 m，造斜率2.5/30 m。二开井段采用311.15 mm钻头，中完深度3550 m，稳斜段1219.862986.58 m，稳斜角56.30，造斜段2986.583517 m，造斜率1.68/30 m。三开井段采用215.9 mm钻头，钻进至完钻深度4010 m，垂深2348.8 m，方位角310.77，井斜角82.87，水平投影位移2670.08 m，见图2。收稿日期 2022-08-15 基金项目 中海石油(中国)有限公司科研项目“北部湾油田经济开发钻完井技术研究”(YXKY-2019-ZJ-04)作者简介 王养锋(1987-)，男，陕西咸阳人，工程师，学士学位，现主要从事海洋石油钻井工作。2023 年 第 4 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 486 期 59 2 技术难点技术难点(1)涠州组发育大套硬脆性、层理发育、由亲水黏土矿物组成的泥页岩，水敏性极强，泥页岩含大量裂缝和微裂隙，钻井液滤液易进入加剧水化分散。北部湾盆地前期钻井作业过程中，钻遇易坍塌地层，井下事故率高，据统计某些油田因井壁失稳造成的井眼事故率高达60%以上。北部湾盆地钻井地质条件复杂还表现在储层日益复杂，主要表现为横向非均质性强，储层泥岩钻遇率高，断层发育，造成储层水平井钻井复杂情况频发：卡钻、阻卡、打孔管下入遇阻等，甚至因复杂情况造成井眼报废，严重制约了该区域的开发进程。(2)8-1/2井段主要在目的层流一段钻进，地层岩性以灰色、褐灰色泥岩及粉砂岩为主，存在井眼清洁、井壁不稳定、岩屑床、粘附卡钻等钻井风险。(3)由储层物性资料，流一段油组为中孔特高渗储层，储层敏感性弱。对于该类储层，钻完井过程中外来固相侵入是主要伤害方式。(4)由于两口井均是大斜度井(井斜角80)，且斜井段较长，最大水平位移达2670 m，存在磨阻大，易引起阻卡等复杂情况。3 钻井液研制及性能评价钻井液研制及性能评价 针对以上技术难点，为确保两口调整井安全高效的完成，12-1/4井段采用PDF-MOM油基钻井液体系，8-1/2井段采用低密度无固相有机盐钻井液体系。8-1/2井段的硬脆性泥页岩存在着两个突出特点：一是微裂缝发育；二是伊利石、高岭石等非膨胀性粘土矿物含量比较高，其中微裂缝的存在是导致硬脆性泥页岩垮塌的直接原因，而伊利石、高岭石等非膨胀性粘土矿物的存在则是硬脆性泥页岩垮塌的内部因素。具体地讲，认为硬脆性泥页岩垮塌分两个阶段：第一步由于微裂缝的存在，导致钻井液滤液沿微裂缝侵入，需要指出的是微裂缝可能是纵横交织存在的；第二步，若侵入滤液时，其中的伊利石、高岭石和伊/蒙混层等会水化膨胀造成岩块受力不均，这总受力不均更加剧了滤液的侵入和微裂缝的开启，当一个岩块周围微裂缝完全被滤液充满时，该岩块就与周围岩体分离开来，从而表现为剥落掉块。因此，从防止硬脆性泥页岩剥落掉块角度来讲，就是要有效地抑制上述两个过程，即封堵微裂缝和抑制伊利石、高岭石和伊/蒙混层等水化膨胀。从目前的报道来看，封堵微裂缝最好的处理剂就是沥青类产品；同时沥青类产品在油中分散好、封堵效果也最好。因此，针对防止硬脆性泥页岩剥落掉块的现象，从选择钻井液体系的角度出发，采用强抑制剂水基钻井液体系有不可替代的优势，同时还具有储层保护好等优点。3.1 低密度有机盐钻井液基本配方 淡水+1.5%PF-FLO+0.3%NaOH+5%PF-GJC+5%PF-GBL+1.5%PF-LPFH+0.1%PF-XC+35%Weigh2(提高密度至1.15 g/cm3)+75%Weigh3(提高密度至1.40 g/cm3)。其性能为：密度1.301.50 g/cm3；漏斗粘度4570 S；表观粘度2235 mPas；塑性粘度2040 mPas；动切力1018 Pa；静切力13/28 Pa/Pa；滤失量5 mL；pH值810。3.2 抑制性评价 粘土是钻完井过程中钻具钻穿最多、钻完井液接触浸泡与相互作用最多的矿物，同时粘土也是钻井液重要基础配液材料，其晶体构造与性质及其变化对钻井液性能有十分重要的影响。钻完井过程中井眼稳定性、油气层保护都与地层中粘土矿物类型、结构与性质密切相关。粘土矿物是由含水的铝硅酸盐组成的。粘土在水中的分散性、电性、离子交换及水化性质是钻完井液研究、设计及施工过程最重要的考虑因素之一。粘土矿物发生膨胀与分散的情况较多地发生于蒙脱石、伊蒙混层中，蒙脱石发生膨胀与分散的情况尤为突出，这些膨胀与分散皆由水化引起。水化是粘土颗粒表面水化与渗透水化的加和，表面水化是粘土晶体表面(包括粘土外表面与内表面)吸附水分子与交换性阳离子水化引起的。表面水化是多层的。第一层水是水分子与粘土表面的六角形网格的氧原子形成氢键而固定在表面上。水分子也通过氢键结合为六角环，第二层及其它各层也类似地与第一层以氢键方式连接。氢键的强度随离开表面距离的增加而降低。表面水化水的结构带有晶体性质，其水的粘度比自由水大。交换性阳离子以两种方式影响粘土的表面水化：许多阳离子本身是水化的，它们本身有水分子的外壳。它们与水分子竞争，键接到粘土晶体的表面上，并且倾向于破坏水的结构。钠离子(Na+)与粘土的键接是很松弛的，倾向于向外扩散。渗透水化是由于晶层间的阳离子浓度大于溶液内部的浓度而发生的水化。在渗透水化时，水发生浓差扩散，进入晶层，由此增加晶层间距，形成扩散双电层。渗透膨胀引起的体积增加比晶格膨胀大得多。当粘土表面吸附的阳离子浓度高于介质中浓度时，便产生渗透压，从而引起水分子向粘土晶层扩散，水的这种扩散程度受电解质浓度差的控制。有机