渤南区块页岩油地层油基钻井液技术

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第41卷第6期石油钻探技术Vo1．41No．62013年11月PETROLEUMDRILLINGTECHNIQUESNOV．，2013．_钻井完井doi：10．3969／)．issn．1001—0890．2013．06．009渤南区块页岩油地层油基钻井液技术万绪新(中国石化胜利油田分公司勘探开发监督管理中心，山东东营2570OO)摘要：渤南区块沙三储层以泥页岩为主，层理和微裂缝发育，采用常规水基钻井液水平钻进时，维持井壁稳定的难度很大。室内研究形成了柴油基钻井液和低芳烃油基钻井液配方，考察了其基本性能、封堵性能和抗原油污染性能。研制的柴油基钻井液在渤页平1井进行了现场应用，低芳烃油基钻井液在渤页平2井进行了现场应用。现场应用中未出现因钻井液导致的井下故障，起下钻通畅，无掉块，电测井段井径扩大率均小于3。室内评价试验和现场应用表明，强封堵油基钻井液具有性能稳定、抑制性强、井壁稳定性好、润滑性强等特点，适用于泥页岩水平井钻井施工。关键词：页岩油油基钻井液水平井井壁稳定渤南区块中图分类号：TE254．6文献标识码：A文章编号：1001—0890(2013)06-0044-07Oil_BasedDrillingFluidAppliedinDrillingShaleOilReservoirsinBonanBlockWanXuxin(ExplorationSupervisionDepartment，ShengliOilfieldCompany，Sinopec，Dongying，Shandong，257000，China)Abstract：Sha3ReservoirinBonanBlockismainlyshalewithrichbeddingandmicro—fractures，itisdifficulttomaintainholestabilityofhorizontalwellwhendrillingwithconventionalwater-basedrillingflu—id．Dieselbasedrillingfluidsystemandlowaromaticoilbasedrillingfluidsystemhavebeendevelopedinlaboratory，andtheirbasicproperties，fracture—blockingpropertiesandanti—oilpollutionperformancewerestudied．DieselbasedrillingfluidsystemdevelopedwasappliedinWel1BoyePing1，andlowaromaticoil—baseddrillingfluidwasappliedatWellBoyePing2．ThedrillingofthetWOwellshadnocomplexsitua—tions，smoothtripsandnosloughing，theboreholeenlargementrateswerealllessthan3．Laboratorye—valuationexperimentsandfieldapplicationshowedthatstrongblockingoil-basedrillingfluidsystemslea—turestablesystem，stronginhibition，goodwellborestabilityandstronglubricity，suitableforhorizontalwelldrillinginshaleformations．Keywords：shaleoil；o订basedrillingfluid；horizontalwell；holestability；BonanBlock渤南罗家地区罗7井区沙三段地层发育有数百鉴，对钻井液性能的要求很高卜。渤页平1井、渤米厚的暗色泥页岩，新生界古近系地层被数条北西页平2井为胜利油田首次以水平井方式钻探非常向延伸的盆倾断层切割，该断层发育地带是泥质岩规页岩油藏的2口重点井，水平段钻进层位为沙裂缝储集层的主要发育区，泥页岩层理和裂缝非常三下泥页岩段，针对黏土矿物含量高、微裂缝发发育，钻井过程中极易发生井壁坍塌，预测地层压力收稿日期：2013～08—20；改回日期：2013—11—12。系数高达1．75。该区块以往采用直井、定向井钻探作者简介：万绪新(1966一)，山东莒南人，1988年毕业于西南石沙三下亚段泥页岩储层性能和含油气情况，未采用油学院应用化学专业，高级工程师，主要从事探井钻井监督管理、钻水平井进行钻探。采用水平井钻进泥页岩地层，施井液技术研究与应用工作。工风险大，钻井和完井工艺复杂，且无已钻井资料借联系方式：(0546)8765256，wanxuxin369@126．COIn。 第41卷第6期万绪新．渤南区块页岩油地层油基钻井液技术育、易发生钻井液滤液侵入的特点，设计并采用了由表1一表3和图1可知，该区块储层具有以强封堵油基钻井液。分析了2口井的应用效果，下特征：1)储层岩石类型主要为泥质岩类，储层黏土获得了一些有益的认识。矿物含量较高，要求钻井液具有较强的抑制性，以减少黏土水化膨胀；2)沙河街组地层存在大段油页岩，1钻井液适应性分析且层理裂缝发育，沙三段泥质岩中主要存在4种裂缝(即构造缝、层间页理缝、成岩收缩缝和异常压力1．1地质特征及地层物性缝)[5]，与致密的泥页岩相比，微裂缝和层理发育的渤南区块罗家地区罗7井区沙三下亚段泥页岩泥页岩储层比表面积更大，钻井液沿层理进入地层储层岩性为深灰色泥岩、灰褐色油泥岩、油页岩不等内部后，接触地层中黏土矿物水化膨胀的面积增大，厚互层。其地层全岩矿物和黏土分析结果分别见更大范围内改变了地应力的分布，加剧了页岩地层表1和表2，裂缝分析结果见表3和图1。的井壁失稳程度，因此要求钻井液具有强封堵性。表1全岩矿物分析Table1Analysisofwholerockminerals23．7低一中22．3低一中1O．2低一中13．9低一中42．7低一中11．9低一中注：①表示地层纹理开启角度。 第41卷第6期万绪新．渤南区块页岩油地层油基钻井液技术·47·2．2油基钻井液的封堵性能结果詈：。可知：普通油基钻井液的高温高压滤失进行了普通油基钻井液和强封堵油基钻井液的量为6．5mL，泥饼抗压强度为6．5MPa；强封堵油性能对比试验、泥饼抗压强度试验和压力传递试验，基钻井液的高温高压滤失量为1．0mL，泥饼抗压强表6不同配方油基钻井液的性能Table6Performanceofdifferentoilbasedrillingfluid注：普通油基钻井液配方为精制白油+2O．0~CaClz溶液(油水比8：2)+3．O主乳化剂+2．O辅乳化剂+2．O润湿剂+4．O有机膨润土+3．O降滤失剂+2．OCaO+0．5％提切剂；强封堵油基钻井液配方为精制白油+2O．oCaC12溶液(油水比8：2)+3．O％主乳化剂+2．O辅乳化剂+2．O润湿剂+4．O有机膨润土+3．O降滤失剂+5．O复合封堵剂+2．OCa0+O．5oA提切剂。度为12．8MPa。这表明强封堵钻井液体系形成的2．3油基钻井液的抗原油污染性能泥饼致密、强度高，具有良好的封堵性能。压力传递试验中，上、下游压力差基本保持不变，也说明该钻油基钻井液抗原油污染的性能评价试验结果见井液具有良好的封堵性能(见图3)。表7。由表7可知，随着原油含量的增大，钻井液体系的黏切略有增加，API滤失量基本保持不变，破乳电压有所增大，综合性能比较稳定，这表明油基钻井液在原油加量为15的情况下仍能保持良好的I生能。3钻井液技术难点及工艺措施——上游压力一——下游压力_●ll3．1钻井液技术难点050100150200250时间／h根据强封堵油基钻井液体系的特点，现场三开图3强封堵油基钻井液压力传递试验结果水平段施工中主要存在以下技术难点：Fig．3Pressuretransmissionexperimentof1)泥页岩井壁易失稳。三开长水平段均为泥strongblockingoilbasedrillingfluid页岩，层理裂缝发育，受机械力和化学作用后极易产 ’48‘石油钻探技术2013年11月生掉块，从而影响工程施工安全[1。1引。3．3钻井液维护处理措施2)高密度油基钻井液性能调控难度大。与水基钻井液处理剂不同，油基钻井液处理剂首先必须1)油基钻井液流变性调整。现场通过减少无具备油溶特性，渤页平1井三开钻井液密度达到用固相，降低塑性黏度，控制油水比，同时加入润1．75kg／L，使用包括重晶石粉在内的常规处理剂湿剂改变其钻井液中固相的润湿性能，从而破坏前，必须对钻井液体系进行相应的处理，尤其在高密颗粒间通过氢键结合形成的网状结构以达到调整度条件下固相含量高，必须合理调整油水比及处理流变性的目的。前期油基钻井液的黏切要较低，剂含量，调控钻井液性能，以达到安全钻进的目的。钻进期间钻井液漏斗黏度控制在46S左右，后期3)长水平段井眼清洁难度较大。油基钻井液随井深增加、水平段增长，调整油水比，增加亲油尤其是柴油基钻井液，在高温条件下的切力较低，长胶体含量的同时，通过加入提切剂提高油基钻井水平段下的携岩能力差，容易形成岩屑床，造成憋液的黏切力，以保证钻井液的携岩能力。泵、摩阻增大等复杂情况。2)油基钻井液乳化稳定性调整。钻井液的乳4)对油基钻井液封堵性能的要求高。虽然毛化稳定性能是油基钻井液的基本性能要求，钻进细管作用不是导致泥页岩膨胀的主要因素，但是泥期间钻屑及加重材料等固相不断进入钻井液中，页岩裂缝导流能力强，油基钻井液进入裂缝后会长为保证油基钻井液的乳化稳定性，在现场要针对距离地进入地层，造成损耗量增大、成本升高，也会性地补充乳化剂及润湿剂，以保证油基钻井液的加剧井壁不稳定程度。乳化稳定性。5)适度的活度控制非常重要。泥页岩水化膨3)油基钻井液活度及油水比调控。现场采用胀产生的应力极易导致裂缝膨胀，致使井壁失稳；合理的钻井液密度及钻井液滤液的活度，以防止地但是太低的活度会表现出较高的表面张力，导致层水的侵入及油基钻井液中水相的缺失，保证钻井泥页岩产生收缩裂缝，也会使井壁失稳，所以控制液油水比的合理。在日常维护中，根据所测的钻屑油基钻井液的活度也是防止泥页岩井壁失稳的活度及油水比实时调整，使油基钻井液的活度始终关键。保持在与钻屑活度基本平衡的状态。4)油基钻井液封堵能力调控。由于长水平段页3．2开钻前油基钻井液性能调整岩地层裂缝发育，较低的滤失量及有效的封堵对于保1)顶替钻井液。精确计算油基钻井液的返出持井壁稳定具有重要作用。钻进期间，渤页平1井先时间，顶替过程中，固定顶替排量，准确计时。顶替期钻井液的消耗量为15~18m3／d，在借鉴提高封堵完成后，充分循环1～2周，准备实施加重。能力室内试验结果的同时，增加惰性封堵材料含量，2)加重措施。以1、2、3号循环罐参与循环加使后期日消耗量明显减少(减至8～10m3／d)。渤页重，保证每个循环周密度增量在0．05kg／L左右，密平2井采用低芳烃油基钻井液，钻进期间日消耗量为度每提高0．30kg／L充分循环1周。加重过程中随1O／d，低于柴油基钻井液的日消耗量。时补充润湿剂和CaC1溶液、乳化剂，加重完成后充5)抗污染性能调控。适时调整钻井液的油水分循环钻井液2～3周。比，增加钻井液体系中的乳滴含量，使其能够在泥页 第41卷第6期万绪新．渤南区块页岩油地层油基钻井液技术岩微裂缝处形成有效的封堵层，降低滤失量。同时的问题，渤页平2井于2012年4月22日采用低芳烃油补充柴油基液，可以溶解原油中的胶质沥青质成分，基钻井液钻进三开井段，5月4日完钻，完钻井深稳定钻井液的乳化封堵效果和润湿、流变性能。3645．O0m，油基钻井液进尺1065．O0m，水平段长881．88m，水平段平均机械钻速8．22m／h。4现场应用4．1钻进期间的钻井液性能控制渤页平1井三开于2011年l1月11日采用柴油基渤页平1井和渤页平2井所使用油基钻井液的钻井液钻进，12月12日完钻，完钻井深4335．54m，油性能见表8和表9。从表8和表9可以看出，随井基钻井液钻进进尺1351．54m，水平段长1225．04m，深增加黏切略有增大，破乳电压有所增大，整个钻进水平段平均机械钻速4．81m／h。鉴于柴油基钻井液在期间流变性能基本保持稳定，同时高温高压滤失量现场施工中存在易挥发、较低气温下流变性难以控制极低，表明该钻井液体系具有良好的封堵性能。表8渤页平1井柴油基钻井液性能Table8DieselbasedrillingfluidperformanceinWellBoyePing13)油基钻井液具有较好的抗污染能力及高密4．2现场施工效果度条件下的性能调控能力，施工极为顺利，渤页平1井在大量油气污染及高密度(1．93kg／L)条件下，经1)2口井钻进施工期间起下钻均正常，长水平过针对性的调整，钻井液一直保持着稳定而合理的段下平均摩阻保持为80~100kN，具有水基钻井液流变性。难以比拟的润滑性。2)三开所钻井段为油泥岩、油页岩，裂缝发育，极易出现坍塌掉块。使用油基钻井液钻进期间，钻5结论及建议屑上返及时、均质、棱角分明，无掉块返出，电测井段井径扩大率小于3，井壁稳定效果明显。1)强封堵油基钻井液具有性能稳定、抑制性 石油钻探技术2013年¨月强、井壁稳定性好、润滑性强等特点，适用于泥页岩WangZhonghua．Researchandapplicationprogressofoil—baseddrillingfluidathomeandabroadEJ]．Fault—BlockOil&Gas水平井钻进施工。Field，2011，18(4)：533—537．2)柴油易挥发，在胜利探区地层温度梯度较[7]王显光，李雄，林永学．页岩水平井用高性能油基钻井液研究与高的情况下，日损耗量较高；在冬季又因其凝点低应用lJ]．石油钻探技术，2013，41(2)：17—22．易使钻井液黏切升高，导致开泵压力较高。因此，WangXianguang。LiXiong，LinYongxue．Researchandappli—cationofhighperformanceoilbasedrillingfluidforshalehori—建议采用低芳烃的精制白油作为油基钻井液的基zontalwells[J]．PetroleumDrillingTechniques，2013，41(2)：础油。17—22．3)油基钻井液受地层流体污染后，可用于流变[8]刘晓栋，王宇宾，宋有胜，等．活性泥页岩快速钻井钻井液技术性能调控的手段单一，应进一步研究并开发适用于_J]．石油钻采工艺，2011，33(2)：56-61．油基钻井液的流性调节剂。LiuXiaodong，WangYubin，SongYousheng，eta1．Studyondrillingfluidtechnologyforimprovingactivatedshaledrilling参考文献rateEJ]．OilDrilling&ProductionTechnology，2011，33(2)：References56—61．[9]何振奎．泌页HF1井油基钻井液技术[J]．石油钻探技术，[1]慈兴华，刘宗林，王志战．罗家地区泥质岩裂缝性储集层综合研2Ol2，40(4)：3237．究EJ]．录井工程，2006，17(I)：71—74．HeZhenkui．OilbasedrillingfluidtechnologyappliedinWellCiXinghua，LiuZonglin，WangZhizharLCompositestudyonBiyeHF1[j]．PetroleumDrillingTechniques，2012，40(4)：fracturedreservoirofargillaceousrockinLuojiaArea[J]．Mud32—37．LoggingEngineering，2006，17(1)：71—74．[1O]何涛，李茂森，杨兰平，等．油基钻井液在威远地区页岩气水平E2]张抗，谭云冬．世界页岩气资源潜力和开采现状及中国页岩气井中的应用口]．钻井液与完井液，2012，29(3)：卜5．发展前景EJ]．当代石油石化，2009，17(3)：9-12．HeTao，LiMaosen，YarnLanping，eta1．Applicationofoil-basedZhangKang，TanYundong．Thestatusofworldshalegasre—drilingfluidinshalegashorizontalwellinDistrictofWeiyuansourcespotentialandproductionstatusaswellasdevelopmentEJ]．DrillingFluid&CompletionFluid，2012，29(3)：1—5．prospectofChina’sshalegas[J~．Petroleum&PetrochemicalIl1]唐代绪，侯业贵，高杨，等．胜利油田页岩油水平井钻井液技术Today，2009，17(3)：9-12．LJ]．石油钻采工艺，2012，34(5)：45—48．[3]王中华．国内外超高温高密度钻井液技术现状与发展趋势Eli．TangDaixu，HouYegui，GaoYang，eta1．Drillingfluidstudy石油钻探技术，2011，39(2)：卜7．onhorizontalwellsforshaleoilreservoirsinShengliOilfieldWangZhonghua．Statusanddevelopmenttrendofultra—highIJ]．OilDrilling＆ProductionTechnology，2012，34(5)：temperatureandhighdensitydrillingfluidathomeandabroad45—48．[J]．PetroleumDrillingTechniques，2011，39(2)：卜7．[12]王金磊，黑国兴，赵洪学．昭通YSH1—1页岩气水平井钻井完[4]郑军卫，孙德强，李小燕，等．页岩气勘探开发技术进展EJ]．天井技术[J]．石油钻探技术，2012，40(4)：23—27．然气地球科学，2011，22(3)：511—516．WangJinlei，HeiGuoxing，ZhaoHongxue．Drilling&comple—ZhengJunwei，SunDeqiang，LiXiaoyan。eta1．Advancesinex—tiontechniquesusedinshalegashorizontalWellYSH1-1inplorationandexploitationtechnologiesofshalegas[J]．NaturalZhaotongBlock[J]．PetroleumDrillingTechniques，2012，40GasGeoscienee，2011，22(3)：511～516．(4)：23—27．Es]郭彤楼，李宇平，魏志红．四川盆地元坝地区自流井组页岩气成[13]崔思华，班凡生，袁光杰．页岩气钻完井技术现状及难点分析藏条件IJ]．天然气地球科学，2011，22(1)：1—7．_J]．天然气工业，2011，31(4)：72—75．GuoTonglou，LiYuping，WeiZhihong．Reservoir-formingcon—CuiSihua，BanFansheng，YuanGuangjie．StatusquoandditionsofshalegasinZiliujingFormationofYuanbaAreainchallengesofglobalshalegasdrillingandcompletion[J]．Nat—SichuanBasin[J]．NaturalGasGeoscience，2011，22(1)：1—7．uralGasIndustry，2011，31(4)：72—75．[6]王中华．国内外油基钻井液研究与应用进展[J]．断块油气田，2O11。18(4)533-537．[编辑令文学]