張翔宇
(中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司)
胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系研究與應(yīng)用
張翔宇
(中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司)
濟(jì)陽坳陷沾化凹陷樁西古潛山披覆構(gòu)造帶南部樁64-平1井的斜井段、水平段位于上第三系東營(yíng)組底部和下第三系漸新統(tǒng)沙河街組一段,該地層為泥頁巖、油泥巖、灰色泥巖夾層,極易發(fā)生坍塌掉塊、井壁失穩(wěn)等井下復(fù)雜情況。針對(duì)這一難點(diǎn),結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究,選擇了胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系,利用胺基硅醇的強(qiáng)抑制性抑制泥頁巖、油泥巖水化膨脹,利用強(qiáng)抑制鉆井液體系的高膨潤(rùn)土容量限,提高體系的優(yōu)質(zhì)黏土含量,并復(fù)配封堵防塌材料對(duì)地層微裂縫進(jìn)行封堵,有效地避免了鉆進(jìn)易坍塌地層出現(xiàn)掉塊、井壁失穩(wěn)等井下復(fù)雜情況。圖1表7參4
濟(jì)陽坳陷胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌流型調(diào)節(jié)劑井壁失穩(wěn)
樁64-平1井是濟(jì)陽坳陷沾化凹陷樁西潛山披覆構(gòu)造帶南部樁64塊構(gòu)造較高部位的一口水平井。設(shè)計(jì)垂深:A靶垂深3 140.00 m,B靶垂深3 147.00 m,A靶~B靶間水平距離261.01 m。完鉆層位:沙一段。
該井前期施工順利,但鉆進(jìn)至井深3 363 m(井斜91°)時(shí),由于遲遲未能發(fā)現(xiàn)油層,在水平段不斷調(diào)整井身軌跡,且鉆井液設(shè)計(jì)密度偏低,井底水平段位置發(fā)生坍塌,劃眼也沒能解決井底復(fù)雜情況,后填井側(cè)鉆。
該井施工難點(diǎn)是斜井段、水平段位于第三系東營(yíng)組底部和沙一段,該層段為泥頁巖、油泥巖、灰色泥巖夾層,極易發(fā)生坍塌掉塊現(xiàn)象,造成井下復(fù)雜情況[1]。
針對(duì)該難點(diǎn),側(cè)鉆后選擇了胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系,利用該體系的強(qiáng)抑制能力和強(qiáng)封堵能力,成功解決了該區(qū)塊東營(yíng)組底部和沙一段油泥巖、泥頁巖水化膨脹、坍塌掉塊等復(fù)雜情況,樁64-平1井側(cè)鉆后施工順利,未再發(fā)生井塌等復(fù)雜情況。該井側(cè)鉆后仍未發(fā)現(xiàn)油氣層,再次填井側(cè)鉆,井號(hào)改為樁64-平1側(cè),仍然使用胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系,施工順利,也未出現(xiàn)復(fù)雜情況,順利完井。
1.1胺基硅醇強(qiáng)抑制劑的特點(diǎn)
(1)胺基硅醇為含硅羥基、胺基的有機(jī)高分子化合物,分子中的Si—OH鍵與黏土上的Si—OH鍵縮聚成Si—O—Si鍵,胺基通過電荷吸附在黏土顆粒表面,形成牢固的化學(xué)吸附[2];
(2)在胺基的基礎(chǔ)上引入了硅羥基,通過對(duì)黏土表面形成疏水層,阻止了胺基對(duì)黏土顆粒的影響,因此胺基硅醇的加入對(duì)體系的流變性和濾失量影響較小;
(3)在黏土表面形成一層疏水基團(tuán)朝外具有疏水特性的吸附層,阻止和減緩了黏土表面的水化作用,從而增加鉆井液體系的抑制能力[3]。
1.2胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系的特點(diǎn)
(1)該體系采用胺基硅醇作為強(qiáng)抑制劑,使得該體系具有抑制泥頁巖水化膨脹、防止地層坍塌掉塊的特點(diǎn);
(2)該體系能使地層巖石表面形成潤(rùn)濕反轉(zhuǎn),由親水性轉(zhuǎn)為疏水性,有效地阻止濾液侵入地層,避免地層中泥頁巖、油泥巖由于水化膨脹而發(fā)生坍塌掉塊;
(3)該體系具有流變性穩(wěn)定特點(diǎn),體系中加入胺基硅醇抑制劑能有效地抑制土相造漿分散,保持鉆井液流變穩(wěn)定性;
(4)該體系膨潤(rùn)土容量限、固相容量限要高于普通鉆井液體系,體系中更高的土相和有用固相含量可以加強(qiáng)對(duì)地層微裂縫的封堵,及時(shí)形成致密濾餅,起到保護(hù)井壁防止坍塌掉塊的作用;
(5)該體系具有保護(hù)油氣層的特點(diǎn)。
2.1胺基硅醇疏水性實(shí)驗(yàn)
從圖1a可看出,水滴滴到親水性巖石表面后,水滴在親水巖石表面鋪展開。
從圖1b可看出,水滴滴到經(jīng)0.5%胺基硅醇溶液浸泡8~12 h后的親水性巖石表面之后,水滴呈球形,親水性巖石經(jīng)胺基硅醇溶液浸泡后巖石表面轉(zhuǎn)換為疏水性。由上面兩圖可看出,胺基硅醇可改變巖石表面的親水性,利用此特性,可以有效地抑制井壁水化膨脹,有利于保持井壁穩(wěn)定,而且還具有保護(hù)油氣層的特點(diǎn)。
圖1 胺基硅醇疏水性實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展示圖
2.2胺基硅醇對(duì)鉆井液體系流變性影響實(shí)驗(yàn)
1號(hào)實(shí)驗(yàn)樣品選擇樁64-平1井處理井下復(fù)雜劃眼期間的井漿,取樣井深3 350 m。
1號(hào)鉆井液樣品配方(質(zhì)量體積分?jǐn)?shù),下同):
10%~12%膨潤(rùn)土+0.3%~0.5%聚合物包被劑+ 1%~1.5%聚合物降濾失劑+1%~1.5%抗復(fù)和鹽水降濾失劑+2%~3%褐煤防塌降濾失劑+2%~3%磺化酚醛樹脂+3%~4%超細(xì)碳酸鈣。
1號(hào)井漿是劃眼期間使用鉆井液,由于井下出現(xiàn)復(fù)雜情況,需要鉆井液具有高黏切的特性,將井底掉塊帶出。由表1中數(shù)據(jù)看出,1號(hào)井漿加入0.3%的胺基硅醇后,鉆井液的漏斗黏度、PV、YP、G10s/G10min值明顯降低,當(dāng)胺基硅醇加量達(dá)到0.5%時(shí),流變參數(shù)仍有所降低,而且加入胺基硅醇后濾失量未發(fā)生變化。
樁64-平1井劃眼期間需求鉆井液具有較高黏切,待復(fù)雜情況處理完后,可利用胺基硅醇來調(diào)整鉆井液流動(dòng)性,提高鉆井液的抑制性,由于井下仍可能存在坍塌掉塊風(fēng)險(xiǎn),所以調(diào)整流動(dòng)性時(shí),胺基硅醇的加量0.3%~0.5%比較合適。
表1 胺基硅醇對(duì)鉆井液流變性影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
2.3胺基硅醇抑制性評(píng)價(jià)試驗(yàn)
2號(hào)實(shí)驗(yàn)鉆井液樣品選擇的樁64-平1井填井側(cè)鉆后井漿,取樣井深2 800 m。
2號(hào)鉆井液配方:6%~8%膨潤(rùn)土+0.3%~0.5%聚合物包被劑+1%~1.5%聚合物降濾失劑+1%~1.5%抗復(fù)和鹽水降濾失劑+2%~3%褐煤防塌降濾失劑+2%~3%磺化酚醛樹脂+3%~4%超細(xì)碳酸鈣
3號(hào)鉆井液配方:2號(hào)鉆井液+0.5%胺基硅醇
4號(hào)鉆井液配方:2號(hào)鉆井液+0.5%胺基聚醇
頁巖膨脹實(shí)驗(yàn)樣品:評(píng)價(jià)土裝入壓模,用壓力機(jī)加壓至4 MPa,5 min后取出壓好的實(shí)驗(yàn)樣品。
2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)鉆井液樣品性能見表3。
表3 鉆井液樣品性能參數(shù)
取2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)鉆井液樣品的濾液做頁巖線性膨脹實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。
表4 鉆井液樣品頁巖膨脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)
由表3中可看出,井漿中加入0.5%胺基硅醇后黏度切力稍有降低,API濾失量未有變化。井漿中加入0.5%的胺基聚醇后,鉆井液稍有增稠現(xiàn)場(chǎng),且API濾失量明顯增加。由表4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出,胺基聚醇的抑制性要優(yōu)于胺基硅醇,但兩者相差不大,考慮到材料成本以及后期維護(hù)成本,樁64—平1井選擇胺基硅醇作為強(qiáng)抑制劑。
3.1水平段井塌前鉆井液性能參數(shù)
樁64-平1井鉆進(jìn)至井深3 363 m(井斜91°)時(shí),由于遲遲未能發(fā)現(xiàn)油層,在水平段不斷調(diào)整井身軌跡,且鉆井液設(shè)計(jì)密度偏低,井底水平段位置發(fā)生坍塌,井塌前鉆井液性能見表5。
表5 樁64-平1井水平段井塌前鉆井液性能表
3.2劃眼期間鉆井液性能參數(shù)
發(fā)生井下復(fù)雜狀況后,首先提高鉆井液黏度切力,起鉆將定向儀器起出,簡(jiǎn)化鉆具組合再下鉆通井劃眼。下鉆至定向點(diǎn)前,調(diào)整鉆井液性能,進(jìn)一步提高鉆井液的黏度切力,劃眼時(shí)鉆井液性能參數(shù)見表6。
表6 樁64-平1井劃眼期間鉆井液性能數(shù)據(jù)表
3.3胺基硅醇強(qiáng)抑制鉆井液體系現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
3.3.1側(cè)鉆前強(qiáng)抑制鉆井液體系調(diào)整
樁64—平1井劃眼通井至3 330 m位置后,嘗試多種方法也無法通井至井底,經(jīng)研究決定打水泥塞填井側(cè)鉆。打水泥塞填井后,候凝24 h,下鉆探塞面,掃塞至側(cè)鉆點(diǎn)后循環(huán)調(diào)整鉆井液性能,降低鉆井液的黏度切力,轉(zhuǎn)換鉆井液體系。
調(diào)整鉆井液性能的施工重點(diǎn)如下:
(1)開啟高速和低速離心機(jī),清除鉆井液中的膨潤(rùn)土;
(2)按3個(gè)循環(huán)周加入胺基硅醇強(qiáng)抑制劑,加量0.5%~0.7%;
(3)勤測(cè)出入口的漏斗黏度,胺基硅醇降黏切的效果非常明顯,黏度降至120 s左右停止加入胺基硅醇,循環(huán)一周后看鉆井液黏度變化,如果沒有達(dá)到預(yù)期效果,可以再少量補(bǔ)充胺基硅醇;
(4)黏度切力調(diào)整合適后,補(bǔ)充護(hù)膠類防塌降失水劑,如LV-CMC、磺化褐煤、磺化酚醛樹脂等,保證鉆井液的穩(wěn)定性;
(5)配制濃度1%~1.5%聚丙烯酰胺干粉膠液,補(bǔ)充到鉆井液中,提高鉆井液的抑制性和穩(wěn)定性;
(6)正常鉆進(jìn)后,每天補(bǔ)充胺基硅醇強(qiáng)抑制劑,保證其濃度達(dá)到0.7%。
樁64-平1井轉(zhuǎn)換為胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系后鉆井液性能參數(shù)見表7。
表7 樁64-平1側(cè)鉆后鉆井液性能分段統(tǒng)計(jì)表
3.3.2側(cè)鉆后強(qiáng)抑制鉆井液體系的應(yīng)用:
(1)加入0.5%胺基硅醇提高鉆井液的抑制性;
(2)提高鉆井液密度至1.25 g/cm3,平衡地層坍塌壓力,防止掉塊產(chǎn)生;
(3)控制鉆井液中膨潤(rùn)土含量80~100mg/L,配合超細(xì)碳酸鈣、隨鉆堵漏劑、單向壓力封閉劑、瀝青防塌劑等處理劑加強(qiáng)封堵;
(4)井斜45°以后,適當(dāng)提高鉆井液的黏切,防止鉆井液對(duì)井壁沖刷產(chǎn)生掉塊,如有掉塊產(chǎn)生,保證鉆井液的懸浮攜帶能力能及時(shí)將掉塊攜帶出井眼;
(5)起下鉆控制上提下放速度,防止抽汲壓力、激動(dòng)壓力過大導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。下鉆到底開泵循環(huán)先單凡爾小排量頂通,防止開泵過急,憋塌地層。
通過工程措施優(yōu)化和針對(duì)性的調(diào)整鉆井液體系及性能參數(shù),側(cè)鉆后,樁64-平1井施工順利,未出現(xiàn)復(fù)雜情況,該井順利完井?,F(xiàn)場(chǎng)施工中,胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系具有良好的抑制性和封堵防塌能力,性能易調(diào)整易維護(hù),鉆井液體系穩(wěn)定,適用于易坍塌掉塊、易水化膨脹地層。
(1)胺基硅醇鉆井液體系具有較強(qiáng)的抑制性,配合瀝青類防塌劑、超細(xì)碳酸鈣、單向壓力封閉劑等材料可以有效地預(yù)防井壁坍塌等復(fù)雜情況。
(2)胺基硅醇鉆井液體系具有較強(qiáng)的抑制性,可以用于大段泥巖造漿地層,防止泥巖水化分散,維持鉆井液的流動(dòng)性。
(3)胺基硅醇強(qiáng)抑制劑加入鉆井液中可以調(diào)整鉆井液的流動(dòng)性,對(duì)鉆井液的API濾失量基本無影響,適用于深井鉆井液及高密度鉆井液,節(jié)省后期維護(hù)成本。
(4)由于胺基硅醇具有較強(qiáng)的抑制性,加入胺基硅醇前,鉆井液中的膨潤(rùn)土必須適度分散,才能形成薄韌致密的濾餅,轉(zhuǎn)換為強(qiáng)抑制體系后,應(yīng)定期補(bǔ)充預(yù)水化膨潤(rùn)土漿,并配合超細(xì)碳酸鈣形成優(yōu)質(zhì)濾餅。
(5)強(qiáng)抑制鉆井液體系也需要加入一定量分散類處理劑,促進(jìn)土相分散,保證鉆井液中有細(xì)分散的黏土,可以形成優(yōu)質(zhì)濾餅。
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(修改回稿日期2016-06-07編輯景岷雪)
張翔宇,男,1983年出生,碩士研究生,工程師;2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣井工程專業(yè),現(xiàn)從事于鉆井液技術(shù)研究工作。地址:(257064)山東省東營(yíng)市東營(yíng)區(qū)勘探路37號(hào)勝利泥漿公司。電話:18605467371。E-mail:531589849@qq.com