中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院 山东东营 257000
摘要
钻遇含高钙盐水地层,研究一套成熟先进科学的施工工艺和技术措施;通过检测钻井液中的SO42-就基本能够判断钻井液的状态;解决高温深井高钙盐膏层下部井眼直径小、排量小、高温高密度钻井液受到高浓度钙水浸的复杂难题;开发硫酸盐钻井液体系为高钙盐膏层类钻井开辟了新途径,室内对硫酸盐钻井液体系进行了抗高温、抑制性、抗钙污染能力、油层保护效果评价,评价结果表明,最优配方的流变性良好;完善了硫酸盐钻井液体系的现场施工工艺,并在坨791、利67井、利57井、滨440井、TP7-4井等多口井进行了现场应用试验,解决了安全快速地钻穿盐膏层的施工难题,有效的保护了油气层。
关键词:硫酸盐;高钙盐膏层;保护油气层
深井施工过程中经常钻遇高压盐水层、盐膏层、膏泥盐层等复杂地层,钻遇大段石膏层,芒硝含氯化钙高压盐水层等高含钙类的地层时,钻井液性能会急剧恶化[1],性能稳定性差,成本增加,甚至造成井下事故,影响钻井施工。从目前钻井液技术看,如果浅井、低密度钻井液遇到含高钙水地层,首先加重压稳该地层,然后加入除钙剂如纯碱、小苏打、硫酸钠,通过中和反应,将钻井液中的钙离子含量降到合适的范围内,通过常规处理,调整钻井液性能,通过改进完善一套对付含高钙水地层的钻井液体系,即含高SO42-的无机盐钻井液体系,有效地解决钻遇盐膏层钻井液受高钙盐水浸的问题,为复杂区块的勘探和开发提供有利的技术保障。。在室内研究出的硫酸盐钻井液体系,利用SO42-与Ca2+ 反应生成CaSO4沉淀的原理,用硫酸盐来清除钻井液中多余的Ca2+,使得钻井液性能稳定,具有良好的抗钙、抗温稳定性,并在和田1井深井盐膏层井段应用硫酸盐钻井液体系获得成功,很好解决了钻遇高钙盐膏层所遇到的复杂难题,达到安全快速地钻穿膏盐层提高经济效益的目的。进而推广应用于胜利油田的很多地区深部地层,在坨791、利67井等多口井进行了现场应用,解决了安全快速地钻穿盐膏层的施工难题。
1.室内研究
针对钻遇高钙盐水层,在室内研究出硫酸盐钻井液体系,利用SO42-与Ca2+反应生成难溶CaSO4的原理以及同离子效应,用硫酸盐来清除钻井液中多余的Ca2+,使钻井液具有良好的抗钙、抗温稳定性。通过大量的室内实验优选出硫酸盐钻井液配方,并对该体系抗温、抗钙、抑制性、油气层保护效果等性能进行了评价。
1.1 硫酸盐钻井液体系配方优选
在以往大量室内钻井液实验研究的基础上,我们在室内完善了硫酸盐钻井液体系的优选配方:3%膨润土+1~2%聚合物+3~5%流型调节剂+1.5%降粘剂+3~5%抗盐降滤失剂+1~2%润滑剂+0.1%抗氧化剂+0.2%表面活性剂+6%硫酸钠。
1.2.硫酸盐钻井液体系优选配方评价
1.2.1抗钙性能评价
从优选配方抗钙性能实验来看,钻井液中加入6%Na2SO4 在常温下抗4~5%的CaCl2的污染。通过试验表明了体系配方抗钙能够大于40000ppm。
1.2.2优选配方抗温性评价
硫酸盐钻井液体系在150℃高温下性能良好,在加4% CaCl2和提高密度2.03g/cm3情况下具有良好流变性。
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1.2.3优选配方抑制性评价
本文选胜坨地区沙三段泥页岩岩屑(6~10目)作为评价岩屑,做回收率对比实验。
硫酸盐钻井液体系岩屑回收率为93.6%,而聚合物钻井液岩屑回收率为44.8%、聚合物聚磺钻井液岩屑回收率为89.2%,硫酸盐钻井液具有良好的抑制性。
2. 硫酸盐钻井液体系现场应用
2.1硫酸盐钻井液体系在利67井的应用
利67井完钻井深4241m,实际完钻钻井液密度1.96g/cm3。针对利67井的地层特点和实际钻进情况,该井三开采用硫酸盐钻井液体系先后解决了井壁掉块、井涌、石膏侵、盐水侵和井漏等各种复杂问题,因此该井在钻至4221m~4241 m井段,钻遇盐膏层时, Ca2+含量由120mg/L上升至360mg/L; Cl-含量由7352 mg/L上升至11763mg/L时,钻井液未出现因石膏污染和盐水污染而使钻井液粘切增大,流变性能恶化,并且失水增大等问题,改用硫酸盐钻井液体系有效的防止了石膏侵、盐水侵污染。保证了中途测试和钻进施工的顺利进行。
该井主要在沙四段使用硫酸盐钻井液体系,通过该体系的使用顺利钻至沙四段盐膏层,进入岩膏层40m完钻,保证了该井的顺利施工。
经过中途测试求产,获得日产原油100多方、日产天然气16000多方的高产工业油气流。利67井的成功钻探,为在胜利油田的利津深层滩坝砂岩进行勘探提供了科学依据。
2.2硫酸盐钻井液体系在坨791井的应用
坨791井是位于垦利县胜坨乡北距离约150m,胜坨镇北面的一口预探井,设计井深4260 m,实际完钻井深为4131.9 m。沙三下、沙四段目的层高压,易喷易漏,沙四下将钻遇含膏泥岩,易发生盐膏污染;给钻井施工造成了很大的困难。针对坨791井的地层特点和实际钻进情况,在目的层优选了适合该井的硫酸盐钻井液体系,钻井液密度在1.75 g/cm3,先后解决了井壁掉块、油气侵、盐膏侵等各种复杂问题。
从三开的井径看,3122~4131m,井径规则为9″,基本上是一条直线,井径扩大率为5.9%,说明采用的硫酸盐钻井液体系进行三开施工,完全满足井下的情况,抑制、防塌、携砂能力好,井眼稳定。
本井在施工过程中比较顺利,由于设备的老化,出现的检修设备时间较多,本井平均机械钻速为4.89m/h,钻井周期为74.21天,比设计周期节约30天,取得了较好的经济效益。
3.结论
(1)室内研究出了针对含高钙盐水地层的硫酸盐钻井液体系,该体系抗钙大于40000ppm,6%~8%的硫酸钠可以抗4~7%的CaCl2侵;体系优选配方密度达2.0g/cm3以上流变性良好,抗温可达150℃,HTHP滤失量小于15ml;岩屑回收率为93.6%,体系具有较强的抑制性。
(2)硫酸盐钻井液体系体系配伍性良好、抗温稳定性好,在钻遇盐膏层或遇到各种类型的钙侵时,该钻井液体系也将成为首选体系,将会大大降低处理钙侵的时间和财力的损失。
(3)在利67井、坨791井进行了推广应用并获得了成功,安全快速地钻穿深井盐膏层井段。通过对胜利油田不同区块盐膏层选用硫酸盐钻井液技术,在钻遇盐膏层既防止了盐膏层对钻井液的污染,同时提高了单井质量、降低勘探开发成本方面,具有巨大的经济效益和社会效益。
参考文献:
[1]黄汉仁.钻井流体工艺原理.石油工业出版社.2016.08.01.
[2]王建华,鄢捷年,丁彤伟.高性能水基钻井液研究进展[J],钻井液与完井液,2007,24(1):72-75.
[3]徐同台,崔茂荣,王允良,李健,钻井工程井壁稳定新技术,石油工业出版社,1999.09.
论文作者:杨华
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/10
标签:硫酸盐论文; 钻井液论文; 体系论文; 岩屑论文; 地层论文; 盐水论文; 配方论文; 《科学与技术》2019年第08期论文;