超低渗透钻井液防漏堵漏技术研究与应用

  超低渗透钻井液体系利用特殊的聚合物处理剂,在井壁岩石表面浓集形成胶束,依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性,封堵岩石表面较大范围的孔喉,在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵薄膜,有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层。超低渗透钻井液使用同一配方就能有效封堵不同渗透性地层,具有自适应广谱防漏堵漏效果。

 

  超低渗透钻井液封堵薄层形成速度快,且位于岩石表面上,没有渗入岩石深处,所以在消除过平衡压力后,封堵膜的作用就会消弱;只要有反向流动,封堵膜就会被清除。因此,在完井和生产过程中,封堵层易于清除,不会产生永久堵塞,损害储层。超低渗透钻井液封堵隔层承压能力强,能提高漏失压力和破裂压力梯度,相当于扩大了安全密度窗口,能较好地协同解决以往钻长裸眼多套压力层系或压力衰竭地层时易发生的漏失、卡钻、坍塌和油层损害等共存技术难题。不同于常规钻井液的泥饼,超低渗透钻井液井壁表面封堵层很薄,且阻隔压力传递能力强,因此,能有效地避免泥饼压差卡钻。

 

  提高地层承压能力及防漏堵漏机理.

 

  在钻井施工过程中,如果无法减弱和消除对地层的过平衡压力,势必会造成井壁坍塌和钻井液严重滤失。超低渗透钻井液具有很好的封堵性能,它可将过平衡压力消除到零,压力不被传送到地层,通过有效地封堵地层,钻杆不会由于过平衡压力而冲击井壁。在这种情况下,由过平衡压力产生的摩擦力被削减到零,故而不会造成井壁坍塌和钻井液严重滤失。超低渗透钻井液胶束在弱地层原生的裂缝处形成一个屏障,膨胀变大限制渗透,在摩擦系数大于井眼压力处的深度时,薄片吸入液体后膨胀,在漏失处锁住堵漏材料,压力从颗粒中挤出滤液,由于堵漏材料的去水化作用,所以在漏失处封堵效果更好。

 

  配制不同胀流性钻井液其添加剂的量也不同,水基钻井液中的浓度为142.5 kg/m3,油基或合成基钻井液中的浓度为199.5 kg/m3。钻井液的胀流性使其粘在一起,当胀流性钻井液进入滤失区时,随流速增加,其粘度进一步增大。通过在滤失区的增稠,渗漏进入地层的一小部分钻井液停留在原地。其结果基金项目:中国石油天然气集团公司应用基础研究项目(No.04A20203)资助。

 

  第一作者简介:孙金声,高级工程师,1988年毕业于南开大学有机化学专业并获硕士学位,西南石油学院在读博士,现任中国石油勘探开发研究院钻井所钻井液室主任。地址:北京市910信箱钻井所;邮政编码100083;电话(010)62097980。是架桥的固体可抗6.9 MPa的压差。此外,超低渗透钻井液含有气泡和泡沫,这些气泡和泡沫可使过平衡压力降到最低,并且气泡和泡沫可桥塞各种孔径的喉道,阻止了钻井液的渗漏,防止了地层层理裂隙的扩大和井下复杂情况的发生[3,4]。

 

  室内试验.

 

  配伍性试验.

 

  在配制好的钻井液(基浆1:4%膨润土+0.5%FA367+0.8%NPAN+0.3%XY27+1%FT-1+0.3%CSW-1+5%BaSO4)中,加入一定量的零滤失井眼稳定剂,室温养护24 h,以及胜利油田车272-2井井深2600 m处井浆(基浆2)加入1.5%零滤失井眼稳定剂YW-1、YW-2前后钻井液各项性能的测试结果。由表1可知,2种零滤失井眼稳定剂均具有一定的降滤失作用,在加量小于1.5%时对钻井液的其他性能影响较小。

 

  中压砂床封堵试验.

 

  在可视式砂床中压滤失仪的圆柱筒中加入350cm3粒径为0.45~0.90 mm经清水洗净后烘干的砂子,压实铺平,慢慢加入500 mL钻井液,按测试API滤失量同样方法加压测试7.5 min滤失量或测量滤液进入砂床的深度[2]。

 

  表2是辽河油田常用的3种钻井液体系(1#为聚合物钻井液、2#为聚合醇钻井液、3#为硅氟钻井液)的现场井浆中加入不同量的零滤失井眼稳定剂前后,砂床滤失量的测试结果。

 

  由表2可知:在3种水基钻井液体系中加入零滤失井眼稳定剂,可以将其转化为超低渗透钻井液体系,实现近零滤失。随着零滤失井眼稳定剂加量的增加,钻井液进入砂床的深度变浅。

 

  钻井液体系零滤失井眼稳定剂封堵裂缝试验.

 

  在配制好的基浆中,分别加入各种配比的零滤失井眼稳定剂及其它处理剂,水化3~4 h,装入DLM-01型堵漏装置(华北石油管理局钻井工艺研究院生产),并按照其操作规程,考察钻井液在不同温度下封堵裂缝的效果,见表3。表3中基浆配方如下。

 

  4.0%膨润土+0.5%FA367+0.8%NPAN+0.3%XY27+1%FT-1+0.3%CSW-1+15%重晶石3.2 mm的核桃壳, HTK3为0.9 ~ 3.2 mm的核桃壳,HTK4为0.9~4.0 mm的核桃壳。

 

  22                钻 井 液 与 完 井 液          2005年7月由表3可知,加入1.5%零滤失井眼稳定剂能够封堵小于1 mm的裂缝,抗温达150e;对于大于2 mm的裂缝,用适量的零滤失井眼稳定剂配合适量粒径大小合适的核桃壳等架桥粒子,就能达到堵漏效果,抗温达150e;而仅用核桃壳无法达到堵漏效果。

 

  岩心承压能力实验.

 

  用岩心承压能力评价仪器进行高压(3.5 MPa)岩心滤失试验[2],把测试岩心滤失量后的岩心取下,轻轻刮下岩心表面的滤饼,重新装入岩心夹持器中,将钻井液杯中的钻井液换成清水,加压,开启平流泵,逐渐加压直至滤液接收杯中有液滴流出时,此时平流泵压力即为岩心的承压能力。几种钻井液对岩心承压能力的影响结果见表4。钻井液配方如下。

 

  聚合物钻井液 4%钠膨润土+0.3%80A51+2%FT-1+2%SPNH+0.5%NPAN正电胶钻井液 4%钠膨润土+0.4%MMH+2%FT-1+2%SPNH+0.5%DFD表4 钻井液对岩心承压能力的影响岩心钻井液滤液侵入岩心深度/cm岩心承压能力MPa1聚合物钻井液3.4 3.61聚合物钻井液+1%JYW-1 1.2 14.81正电胶钻井液3.8 4.11正电胶钻井液+1%JYW-1 1.0 15.62聚合物钻井液4.6 3.22聚合物钻井液+1%JYW-2 1.0 10.6注:1为孔隙度200Lm2的天然岩心,2为裂缝宽度为30Lm的泥岩。

 

  由表4可知,零滤失降滤失剂可以降低钻井液侵入岩心的深度并且可以封堵裂缝。通过增强岩心内泥饼强度,大幅度提高岩心甚至裂缝性岩心的承压能力。在现场应用中,该剂能有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层,提高地层的漏失压力和破裂压力梯度,扩大安全密度窗口。

 

  现场应用.

 

  大港油田.

 

  大港油田官字井的生物灰岩井段(1950~2055m)几乎每口井都发生严重漏失,常规方法堵漏效果差,导致井下复杂情况多,严重影响该地区的开发速度。官23-50井是一口定向生产井,设计井深为2400 m,1950~2055 m井段为生物灰岩,钻至井深1950 m发生井漏,漏速为10~15 m3/h,强行钻至井深2055 m,配制30 m3超低渗透钻井液打入井底起钻,漏失停止,下钻后没有出现漏失及渗漏现象,顺利钻至设计井深。而邻井23-49井设计井深为2357 m,在井深1938 m发生井漏,漏速为10~15m3/h,用常规方法堵漏,漏速虽减小(4~5 m3/h),但无法完全堵住,只好边钻边漏边补充新浆,直到钻至完钻井深。

 

  辽河油田.

 

  该油田目前常用的3套钻井液体系使用情况为:0~2000 m井段使用聚合物不分散钻井液,1800~3000 m井段用聚合醇降粘剂钻井液,2400~4300m井段用硅氟(SF)钻井液。3种钻井液在砂床滤失仪上试验,0.7 MPa下30 s左右全部漏失。

 

  该剂先后在欧51井、小22平1井、欢612平1井上进行了试用。

 

  ①欧51井是一口探井,技术套管下入火成岩裂缝油藏顶部(辽河称为粗面岩),该油藏压力低,时有井漏发生。为了防止钻入井深2834 m粗面岩发生井漏卡钻,加入了JYW-1、JYW-2各0.5 t(加入前测定钻井液中压砂床滤失量时30 s全部漏失,加入后侵入深度为7.2 cm),钻穿粗面岩,中途完钻,电测一次成功,下套管固井施工顺利。三开顺利钻至井深3398 m完井。

 

  ②小22平1井是目前辽河油田最深的一口水平井,目的是开发火成岩(粗面岩)裂缝油藏,使用SF钻井液,在井深2600 m开始造斜,至井深3067m时井斜为88b,中途完钻,顺利下入技术套管。该段钻穿煤层、触变玄武岩等复杂地层。为了防止井漏划眼,钻井液密度控制为1.28 g/cm3左右,但进入粗面岩后裂缝发育且压力低,邻井井漏严重,密度为1.08 g/cm3时液面在179 m,更有一口井液面在900 m,采用泡沫等钻井液仍未能建立循环,后来有进无出地钻了150 m完井。本井只有300 m表层套管,为了防止发生井漏卡钻,加入JYW-1、JYW-2各1 t,当钻入粗面岩后,有轻微渗漏,漏速为0.5~1.0 m3/s,顺利中途完钻,下入技术套管。现在该井水平段施工钻进到井深3376 m,正在进行完井电测,该井试用见到了明显防漏效果。