阳离子悬乳液钻井液体系在塔河油田YK15H井的应用

一、前言前言二、雅克拉区块井壁失稳情况与原因分析雅克拉区块井壁失稳情况与原因分析 三、阳离子悬乳液钻井液体系应用的可行性分析阳离子悬乳液钻井液体系应用的可行性分析 四、阳离子悬乳液钻井液体系室内评价实验阳离子悬乳液钻井液体系室内评价实验 五、现场应用及效果评价现场应用及效果评价 六、认识与建议认识与建议 一、前言 YK15H井是西北油田分公司部署在雅克拉气田白井是西北油田分公司部署在雅克拉气田白垩系凝析气藏的一口开发井。该区块钻井施工的最大垩系凝析气藏的一口开发井。该区块钻井施工的最大难点在于中生代白垩系卡普沙良群地层稳定性差，有难点在于中生代白垩系卡普沙良群地层稳定性差，有多口邻井在该层位发生严重的井壁垮塌事故，甚至造多口邻井在该层位发生严重的井壁垮塌事故，甚至造成报废进尺，有的井井径扩大率超标严重，达到成报废进尺，有的井井径扩大率超标严重，达到15-28%，影响了测井、固井作业，影响了测井、固井作业 。 因此，有必要开展对该区块的井壁稳定研究，通因此，有必要开展对该区块的井壁稳定研究，通过使用新型钻井液，来满足工程施工的要求。过使用新型钻井液，来满足工程施工的要求。二二 雅克拉区块井壁失稳情况与原因分析雅克拉区块井壁失稳情况与原因分析n雅克拉区块井壁失稳主要集中在中生代白垩系卡普沙良群。粘土矿物雅克拉区块井壁失稳主要集中在中生代白垩系卡普沙良群。粘土矿物含量从含量从45%到到80%不等，其中，棕红色泥岩的蒙脱石含量可以达到粘不等，其中，棕红色泥岩的蒙脱石含量可以达到粘土矿物总量的土矿物总量的60%以上，以上，水敏性特强水敏性特强。 n普沙良群埋深在普沙良群埋深在5000米左右，比其他区块深米左右，比其他区块深2000米左右，米左右，地层当量密地层当量密度比其他区块大度比其他区块大0.05左右。左右。n以以YK9X为例，该井采用为例，该井采用1.27g/cm3的钻井液密度在钻进至井深的钻井液密度在钻进至井深5334m时，在卡普沙良群出现大面积井壁垮塌，时，在卡普沙良群出现大面积井壁垮塌，4960-5309m井段井壁垮塌井段井壁垮塌严重，最后该井打水泥塞后侧钻完井。严重，最后该井打水泥塞后侧钻完井。n多口邻井的白垩系井段都存在不同程度的扩径问题多口邻井的白垩系井段都存在不同程度的扩径问题，普通的聚磺钻井，普通的聚磺钻井液体系难以达到抑制井壁要求，以期应用强抑制性阳离子悬乳液体系液体系难以达到抑制井壁要求，以期应用强抑制性阳离子悬乳液体系解决这一区块的井壁失稳问题解决这一区块的井壁失稳问题。 三、阳离子悬乳液钻井液体系应用的可行性分析三、阳离子悬乳液钻井液体系应用的可行性分析n阳离子悬乳液体系与聚磺聚合醇钻井液体系抑制机理分析对比阳离子悬乳液体系与聚磺聚合醇钻井液体系抑制机理分析对比n阳离子悬乳液钻井液体系主要由阳离子乳液聚合物阳离子悬乳液钻井液体系主要由阳离子乳液聚合物DS-301、乳化、乳化石蜡和有机硅醇抑制剂石蜡和有机硅醇抑制剂DS-302三种处理剂复配而成。三种处理剂复配而成。nDS-301是一种含有高分子聚合物的阳离子乳液，通过包被作用、是一种含有高分子聚合物的阳离子乳液，通过包被作用、压缩水化膜和改变水化层电性，从而使粘土的水敏性基本丧失。压缩水化膜和改变水化层电性，从而使粘土的水敏性基本丧失。n纳米级乳化石蜡在改变钻井液体系连续相的同时，对泥岩中的微纳米级乳化石蜡在改变钻井液体系连续相的同时，对泥岩中的微裂缝进行有效封堵，不仅提高了钻井液的润滑性能，而且能够有裂缝进行有效封堵，不仅提高了钻井液的润滑性能，而且能够有效阻止自由水进入微裂缝。效阻止自由水进入微裂缝。nDS-302不仅与聚合醇一样可以吸附在岩屑或者井壁的表面，达到不仅与聚合醇一样可以吸附在岩屑或者井壁的表面，达到抑制泥岩水化的作用，而且其特有的结构能够使钻井液在高坂含抑制泥岩水化的作用，而且其特有的结构能够使钻井液在高坂含的状态下起到降低粘切的作用。的状态下起到降低粘切的作用。n因此，对容易出现剥落、掉块或着垮塌的地层，阳离子悬乳液钻因此，对容易出现剥落、掉块或着垮塌的地层，阳离子悬乳液钻井液体系比聚磺聚合醇钻井液体系有相对较好的防塌作用井液体系比聚磺聚合醇钻井液体系有相对较好的防塌作用。三、阳离子悬乳液钻井液体系应用的可行性分析三、阳离子悬乳液钻井液体系应用的可行性分析n阳离子悬乳液体系在其他区块的使用效果分析阳离子悬乳液体系在其他区块的使用效果分析n 在在YK15H井之前，已经在塔河油田的井之前，已经在塔河油田的TK1035CX和和TK1221两口井上使用了阳离子悬乳液钻井液体系，虽然两口井上使用了阳离子悬乳液钻井液体系，虽然加量并不大，不能完整地成为阳离子悬乳液钻井液体系，加量并不大，不能完整地成为阳离子悬乳液钻井液体系，但在后续的施工中，井下情况正常，钻井液性能稳定，顺但在后续的施工中，井下情况正常，钻井液性能稳定，顺利的钻达设计井深，测井显示井径规则，下部井段井径扩利的钻达设计井深，测井显示井径规则，下部井段井径扩大率达到优良标准。大率达到优良标准。n所以初步证明该体系对于井壁严重失稳应用效果较好。所以初步证明该体系对于井壁严重失稳应用效果较好。 四、阳离子悬乳液钻井液体系室内评价实验四、阳离子悬乳液钻井液体系室内评价实验 性能性能配方配方PVPV(mPa.s(mPa.s) )YPYP(Pa)(Pa)FLFLGel Gel 10/1010/10(Pa)(Pa)KfKf六六 速速 值值温温度度CaCa2+2+API API (ml)(ml)HPHT HPHT (ml)(ml)6006003003002002001001006 63 3井浆井浆19194 46.06.020201/4.51/4.50.10.14646272717179 93 31 16060150150配方配方a22226.56.55.05.018181/61/60.080.0853532929181810104 41.51.56060148148配方配方b25258 84.24.214141.5/61.5/60.080.0866664141202012125 52 26060150150配方配方c303010103.63.612123/113/110.080.0880805050252516169 95 56060150150实验结果可以看出，实验结果可以看出，b#b#配方可以满足施工要求，针对优选配方。配方可以满足施工要求，针对优选配方。配方配方b：800ml井浆井浆+（5%RHJ-1+5%SMP-2+5%SPC+5%CXP-2+0.5%DS-301+0.2%DS-302）胶液）胶液500ml 四、阳离子悬乳液钻井液体系室内评价实验四、阳离子悬乳液钻井液体系室内评价实验阳离子悬乳液钻井液与其他类型钻井液抑制性比较阳离子悬乳液钻井液与其他类型钻井液抑制性比较选用白垩系卡普沙良群棕红色泥岩垮塌岩样做滚动回收实验和浸泡选用白垩系卡普沙良群棕红色泥岩垮塌岩样做滚动回收实验和浸泡实验，评价其抑制性能。实验，评价其抑制性能。钻井液类型钻井液类型 岩屑回收率岩屑回收率% %岩样浸泡实验（浸泡岩样浸泡实验（浸泡3 3天）天）聚磺钻井液聚磺钻井液5757岩样水化严重，手捏软泥岩样水化严重，手捏软泥阳离子悬乳液钻井液阳离子悬乳液钻井液8080岩芯外部水化，手捏岩样中部较岩芯外部水化，手捏岩样中部较硬硬可以看出阳离子悬乳液体系有比常规聚磺钻井液更好的抑制性能可以看出阳离子悬乳液体系有比常规聚磺钻井液更好的抑制性能 。 五、现场应用及效果评价五、现场应用及效果评价 nYK15H井施工概况井施工概况nYK15H井，设计井深井，设计井深5400m，完钻层位是三叠系哈拉哈塘组。，完钻层位是三叠系哈拉哈塘组。n本井于本井于2008年年1月月28日开钻，日开钻，2008年年4月月4日完钻。三开井段日完钻。三开井段（4500-5443m）进入白垩系时转入阳离子悬乳液钻井液体系。）进入白垩系时转入阳离子悬乳液钻井液体系。n基本配方为：井浆基本配方为：井浆+2%RHJ-1+2%SMP-2+2%SPC+2%SPNH +0.2%DS-301+0.1%DS-302n转化后性能稳定，井下情况良好，井眼通畅，没有出现井壁失稳情转化后性能稳定，井下情况良好，井眼通畅，没有出现井壁失稳情况，顺利钻达设计井深况，顺利钻达设计井深5443米，三开井径扩大率为米，三开井径扩大率为2.04%，井身质，井身质量达到优秀标准，测井（包括常规项目、核磁共振和地层压力测井量达到优秀标准，测井（包括常规项目、核磁共振和地层压力测井FDT）、下套管一次成功率）、下套管一次成功率100%。五、现场应用及效果评价五、现场应用及效果评价现场钻井液维护处理要点现场钻井液维护处理要点1）搬土含量控制在）搬土含量控制在30-38g/l比较适宜，加入前要做好小样实验，同时比较适宜，加入前要做好小样实验，同时要保持固相含量在设计范围内。要保持固相含量在设计范围内。2）乳化石蜡）乳化石蜡RHJ-1对现场钻井液的流变性影响较小；但加入对现场钻井液的流变性影响较小；但加入DS-301后，后，有一定程度的增粘现象，瞬时失水和有一定程度的增粘现象，瞬时失水和API失水微增。一般加足量后失水微增。一般加足量后就稳定了，所以就稳定了，所以DS-301应该一次性加足，也可以复配适量的稀释剂应该一次性加足，也可以复配适量的稀释剂和降失水剂，维持性能稳定。和降失水剂，维持性能稳定。3）在钻进至白垩系发育砂岩地层时，要及时补充乳化石蜡，复配一些）在钻进至白垩系发育砂岩地层时，要及时补充乳化石蜡，复配一些磺化沥青、超细碳酸钙和单封等，改善泥饼质量，保护油气层。磺化沥青、超细碳酸钙和单封等，改善泥饼质量，保护油气层。4）严格检测滤液氯离子含量，如果有盐水侵，及时补充降失水材料，）严格检测滤液氯离子含量，如果有盐水侵，及时补充降失水材料，和适当提高钻井液密度，维持性能稳定。和适当提高钻井液密度，维持性能稳定。5）测井和下套管前适当加大乳化石蜡的用量，提高钻井液的润滑性，）测井和下套管前适当加大乳化石蜡的用量，提高钻井液的润滑性，保证完井作业顺利进行。保证完井作业顺利进行。五、现场应用及效果评价五、现场应用及效果评价应用效果评价应用效果评价1）钻井液包被抑制性强、钻屑成型度好、棱角分明，录井岩屑层次）钻井液包被抑制性强、钻屑成型度好、棱角分明，录井岩屑层次分明，成型度好、分明，成型度好、PDC钻头切削的痕迹几乎没有任何变化。钻头切削的痕迹几乎没有任何变化。2）短起及起下钻顺利，摩阻一般在）短起及起下钻顺利，摩阻一般在8吨以内，测井下套管顺利。吨以内，测井下套管顺利。 3）井径极为规则、井身质量优秀，白垩系平均井径扩大率仅为）井径极为规则、井身质量优秀，白垩系平均井径扩大率仅为2.04%。4）钻井液抗污染能力强、高温稳定性好，流变性和失水稳定。）钻井液抗污染能力强、高温稳定性好，流变性和失水稳定。5）全烃值及荧光级别控制良好，应用的正电性材料对录井无影响。）全烃值及荧光级别控制良好，应用的正电性材料对录井无影响。有利于发现油气层。有利于发现油气层。 五、现场应用及效果评价五、现场应用及效果评价YK15H井与井与YK9X井使用效果对比井使用效果对比项目项目YK15HYK15HYK9XYK9XYK9XYK9X（侧钻）（侧钻）施工井段施工井段4500-5443m4500-5443m4400-5334m4400-5334m4310-5413m4310-5413m地层地层K1bs K1b K1s K1y J1T3hK1bs K1b K1s K1y J1T3hK1bs K1b K1s K1y J1T3h井眼尺寸井眼尺寸215.9mm215.9mm215.9mm215.9mm215.9mm215.9mm钻井液体系钻井液体系阳离子悬乳液钻井液阳离子悬乳液钻井液聚磺钻井液聚磺钻井液聚磺钻井液聚磺钻井液粘度粘度(s)(s)45-6545-6548-5048-5070-9070-90密度密度(g/cm(g/cm3 3) )1.27-1.321.27-1.321.271.271.29-1.301.29-1.30APIAPI失水失水(ml)(ml)5-5.45-5.43.2-3.63.2-3.62.2-42.2-4HTHPHTHP失水失水(ml)(ml)13-1413-1410-11.510-11.59-109-10最大井径扩大率最大井径扩大率6%6%没有测井没有测井28%28%平均井径扩大率平均井径扩大率2.04%2.04%没有测井没有测井8.02%8.02%复杂情况复杂情况无无掉块卡钻一次掉块卡钻一次测井卡电缆一次测井卡电缆一次五、现场应用及效果评价五、现场应用及效果评价 YK15H与与YK9X井同处雅克拉区块，直线距离井同处雅克拉区块，直线距离6公里，地质结构基本公里，地质结构基本一致，井身结构相同，下面是两井的井径曲线一致，井身结构相同，下面是两井的井径曲线YK15H井三开井径曲线（2.04%） YK9X井侧钻后三开井径曲线（8.02%）六、认识与建议六、认识与建议 1）该体系的强抑制性成功地解决了中生代白垩系的易垮塌难题，全井）该体系的强抑制性成功地解决了中生代白垩系的易垮塌难题，全井安全无事故，为该区块的钻井液体系选择提供了一定经验。安全无事故，为该区块的钻井液体系选择提供了一定经验。2）体系转化前要控制合理的坂土含量和较低的固相含量。在进入易垮）体系转化前要控制合理的坂土含量和较低的固相含量。在进入易垮地层时，要提前转化该体系，特别是注意大分子阳离子地层时，要提前转化该体系，特别是注意大分子阳离子DS-301的用的用量，保持体系的强抑制性能。量，保持体系的强抑制性能。3）乳化石蜡的具有良好的防塌润滑作用，不仅可以替代润滑剂和沥青）乳化石蜡的具有良好的防塌润滑作用，不仅可以替代润滑剂和沥青类防塌剂的使用，而且因为荧光级别低，不影响录井工作。类防塌剂的使用，而且因为荧光级别低，不影响录井工作。4）由于转化前钻井液为强负电性，受正电性处理剂的影响，该体系的）由于转化前钻井液为强负电性，受正电性处理剂的影响，该体系的API失水和高温高压失水在没有完全转化的阶段，要略高于常规聚磺失水和高温高压失水在没有完全转化的阶段，要略高于常规聚磺钻井液，但并不影响钻井液的防塌性能，一旦转化彻底，所有性能都钻井液，但并不影响钻井液的防塌性能，一旦转化彻底，所有性能都可以控制在正常的范围内。可以控制在正常的范围内。