巴彦河套盆地临河区块深层井壁失稳钻井液对策

闫睿昶 张宇 吴红玲 曹斌 王冠军 付跃华 程智

闫睿昶,张宇,吴红玲,曹斌,王冠军,付跃华,程智. 巴彦河套盆地临河区块深层井壁失稳钻井液对策[J]. 石油钻采工艺,2022,44(2):168-172,185 doi:  10.13639/j.odpt.2022.02.005
引用本文: 闫睿昶,张宇,吴红玲,曹斌,王冠军,付跃华,程智. 巴彦河套盆地临河区块深层井壁失稳钻井液对策[J]. 石油钻采工艺,2022,44(2):168-172,185 doi:  10.13639/j.odpt.2022.02.005
YAN Ruichang, ZHANG Yu, WU Hongling, CAO Bin, WANG Guanjun, FU Yuehua, CHENG Zhi. Drilling fluid solutions to well instability in deep layers of Linhe block of the Bayan Hetao Basin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2022, 44(2): 168-172, 185 doi:  10.13639/j.odpt.2022.02.005
Citation: YAN Ruichang, ZHANG Yu, WU Hongling, CAO Bin, WANG Guanjun, FU Yuehua, CHENG Zhi. Drilling fluid solutions to well instability in deep layers of Linhe block of the Bayan Hetao Basin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2022, 44(2): 168-172, 185 doi:  10.13639/j.odpt.2022.02.005

巴彦河套盆地临河区块深层井壁失稳钻井液对策

doi: 10.13639/j.odpt.2022.02.005
基金项目: 中国石油集团渤海钻探公司科研项目“钻井液用改性纳米胶乳防塌剂的研制”(编号:2020D46F)
详细信息
    作者简介:

    闫睿昶(1972-),1994年毕业于石油大学(华东)石油工程专业,现从事石油地质与工程技术研究工作,高级工程师。通讯地址:(015000)内蒙古自治区巴彦淖尔东开发区鲁花街3号华北油田巴彦勘探分公司。E-mail:hzkf_yrc@petrochina.com.cn

  • 中图分类号: TE254

Drilling fluid solutions to well instability in deep layers of Linhe block of the Bayan Hetao Basin

  • 摘要: 巴彦河套盆地临河区块深层钻井过程中井壁失稳严重,制约油田的高效开发。利用X射线衍射、扫描电镜等分析测试方法对失稳地层岩样的黏土矿物成分和微观结构进行分析,确定井壁失稳原因主要是地层水敏性强,同时微裂缝发育,钻井液滤液侵入后,水楔作用下造成微裂缝扩张,地层水化引起坍塌压力的增加导致剥落掉块。解决井壁失稳的关键是针对性提高钻井液体系的抑制性和封堵性。结合现场钻井液技术需求,引入微纳米封堵剂提高钻井液体系的封堵能力、引入聚胺与KCl配合提高体系的抑制性能。室内实验表明,优化后的钻井液体系页岩膨胀降低率62%,滚动回收率可达90%以上。现场应用3口井,古近系地层平均井径扩大率小于20%,有效提高了巴彦河套盆地临河区块深层井壁稳定性,为油田的高效开发提供了技术支撑。
  • 图  1  磴探1X井岩样扫描电镜图片

    Figure  1.  SEM imaging of the core samples, Well Dengtan-1X

    图  2  磴探1X井岩样清水浸泡实验

    Figure  2.  Clear water soaking of the core samples, Well Dengtan-1X

    图  3  磴探1X井岩样抑制剂溶液浸泡实验

    Figure  3.  Inhibitor solution soaking of the core samples, Well Dengtan-1X

    图  4  浸泡岩样电镜扫描图片

    Figure  4.  SEM imaging of the post-soaking core samples

    图  5  加入封堵剂前后井浆滤饼对比

    Figure  5.  Mud cake comparison before and after adding plugging agents

    图  6  滤饼电镜扫描图片

    Figure  6.  SEM imaging of the mud cake

    表  1  磴探1X井古近系地层岩样全岩组成

    Table  1.   Bulk rock mineral composition of the Palaeogene core samples, Well Dengtan-1X %

    岩样岩性特征地层黏土总量石英钾长石斜长石方解石白云石菱铁矿
    1#棕色小块砂泥岩古近系46.434.41.178.41.71
    2#棕色泥岩古近系56.327.81.44.57.91.20.9
    3#深灰色、棕色泥岩古近系61.722.51.45.56.11.51.3
    4#灰色砂岩、棕色泥岩古近系44.732.126.611.91.80.9
    平均值52.329.21.55.98.61.61.0
    下载: 导出CSV

    表  2  磴探1X井古近系地层岩样黏土矿物相对含量

    Table  2.   Clay mineral composition of the Palaeogene core samples, Well Dengtan-1X %

    岩样高岭石绿泥石伊利石伊蒙间层间层比
    1#79325215
    2#14266015
    3#46226815
    4#12246415
    平均值2.810.326.061.015.0
    下载: 导出CSV

    表  3  磴探1X井岩屑滚动回收率

    Table  3.   Rolling recovery of cuttings, Well Dengtan-1X

    介质回收率/%介质回收率/%
    清水82.88%KCl94.24
    2%BZ-JAI95.285%KCl+2%BZ-JAI99.3
    下载: 导出CSV

    表  4  处理剂加量对磴探1X井钻井液性能的影响

    Table  4.   Effects of agent dosages on the performance of drilling fluids of Well Dengtan-1X

    编号钻井液实验条件AV/
    mPa · s
    PV/
    mPa · s
    YP/
    Pa
    FLAPI/
    mL
    Gel/
    (Pa/Pa)
    1# 井浆 室温 35 25 10 5.0 2.5/10
    150 ℃、16 h 47.5 35 12.5 4.7 2.5/4
    2# 1#+0.5%BZ-JAI+
    1%BH-NFT
    室温 41.5 28 13.5 4.8 4.5/34.5
    150 ℃、16 h 38.5 27 11.5 4.6 1.5/3
    3# 1#+0.5%BZ-JAI+
    2%BH-NFT
    室温 43 28 15 4.7 5/36
    150 ℃、16 h 34 26 12 4.2 2/4
    4# 1#+1%BZ-JAI+
    1%BH-NFT
    室温 45.5 28 17.5 5.0 7.5/60
    150 ℃、16 h 36 25 11 5.2 2/3.5
    5# 1#+1%BZ-JAI+
    2%BH-NFT
    室温 50 32 18 5.0 9/35
    150 ℃、16 h 39 29 10 5.1 2.5/6
    下载: 导出CSV

    表  5  试验井井径数据

    Table  5.   Caliper logs of the testing wells

    井号施工井段/m平均井径扩大率/%
    兴X3 075~5 27511.40
    磴探XX3 609~4 30013.8
    河X4 650~6 35017.7
    下载: 导出CSV
  • [1] 赵凯, 樊勇杰, 于波, 等. 硬脆性泥页岩井壁稳定研究进展[J]. 石油钻采工艺, 2016, 38(3):277-285. doi:  10.13639/j.odpt.2016.03.001

    ZHAO Kai, FAN Yongjie, YU Bo, et al. Research progress of wellbore stability in hard brittle shale[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2016, 38(3): 277-285. doi:  10.13639/j.odpt.2016.03.001
    [2] 刘玉石, 白家祉, 黄荣樽, 等. 硬脆性泥页岩井壁稳定问题研究[J]. 石油学报, 1998, 19(1):85-88. doi:  10.7623/syxb199801016

    LIU Yushi, BAI Jiazhi, HUANG Rongzun, et al. A study on stability of brittle shale wellbore[J]. Acta Petrolei Sinica, 1998, 19(1): 85-88. doi:  10.7623/syxb199801016
    [3] 杨文权, 张宇, 程智, 等. 超高温钻井液在杨税务潜山深井中的应用[J]. 钻井液与完井液, 2019, 36(3):298-302,307. doi:  10.3969/j.issn.1001-5620.2019.03.006

    YANG Wenquan, ZHANG Yu, CHENG Zhi, et al. Application of an ultra-high temperature drilling fluid in deep well drilling inYangshuiwu buried hill[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2019, 36(3): 298-302,307. doi:  10.3969/j.issn.1001-5620.2019.03.006
    [4] 闫传梁. 硬脆性泥页岩井壁失稳机理研究[D]. 北京: 中国石油大学(北京), 2014: 40-49

    YAN Chuanliang. Borehole instability mechanism of hard brittle shale[D]. Beijing: China University of Petroleum(Beijing), 2014: 40-49.
    [5] 赵峰, 唐洪明, 孟英峰, 等. 微观地质特征对硬脆性泥页岩井壁稳定性影响与对策研究[J]. 钻采工艺, 2007, 30(6):16-18. doi:  10.3969/j.issn.1006-768X.2007.06.007

    ZHAO Feng, TANG Hongming, MENG Yingfeng, et al. Study on the influence of microscopic geologic characteristics on wellbore stability of brittle shale[J]. Drilling & Production Technology, 2007, 30(6): 16-18. doi:  10.3969/j.issn.1006-768X.2007.06.007
    [6] 卢运虎, 陈勉, 袁建波, 等. 各向异性地层中斜井井壁失稳机理[J]. 石油学报, 2013, 34(3):563-568. doi:  10.7623/syxb201303022

    LU Yunhu, CHEN Mian, YUAN Jianbo, et al. Borehole instability mechanism of a deviated well in anisotropic formations[J]. Acta Petrolei Sinica, 2013, 34(3): 563-568. doi:  10.7623/syxb201303022
    [7] 宋洵成, 王鹏, 张宇, 等. 安探4X井低固相超高温钻井液技术[J]. 钻井液与完井液, 2018, 35(2):40-43. doi:  10.3969/j.issn.1001-5620.2018.02.006

    SONG Xuncheng, WANG Peng, ZHANG Yu, et al. Low solids ultra-high temperature drilling fluid technology for well Antan-4X[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2018, 35(2): 40-43. doi:  10.3969/j.issn.1001-5620.2018.02.006
    [8] 赵海峰, 陈勉. 基于实钻资料的井壁稳定实时预测理论[J]. 石油学报, 2011, 32(2):324-328. doi:  10.7623/syxb201102022

    ZHAO Haifeng, CHEN Mian. Real-time prediction of borehole instability based on actual drilling data[J]. Acta Petrolei Sinica, 2011, 32(2): 324-328. doi:  10.7623/syxb201102022
    [9] 金衍, 陈勉, 张旭东. 钻前井壁稳定预测方法的研究[J]. 石油学报, 2001, 22(3):96-99. doi:  10.7623/syxb200103020

    JIN Yan, CHEN Mian, ZHANG Xudong. Study on prediction for borehole stability before drilling[J]. Acta Petrolei Sinica, 2001, 22(3): 96-99. doi:  10.7623/syxb200103020
    [10] 黄继新, 彭仕宓, 王小军, 等. 成像测井资料在裂缝和地应力研究中的应用[J]. 石油学报, 2006, 27(6):65-69. doi:  10.7623/syxb200606017

    HUANG Jixin, PENG Shimi, WANG Xiaojun, et al. Applications of imaging logging data in the research of fracture and ground stress[J]. Acta Petrolei Sinica, 2006, 27(6): 65-69. doi:  10.7623/syxb200606017
  • [1] 闫睿昶, 陈新勇, 汝大军, 汤继华, 吴永超, 虞海法, 谭天宇.  巴彦河套新区深井钻完井关键技术 . 石油钻采工艺, 2022, 44(1): 15-19. doi: 10.13639/j.odpt.2022.01.003
    [2] 张裕良, 罗凯, 刘源, 王天阁, 周洪涛.  页岩气压裂返排液中表面活性剂对处理剂配方的影响 . 石油钻采工艺, 2020, 42(3): 340-345. doi: 10.13639/j.odpt.2020.03.015
    [3] 王晓军, 李俊杞, 孙云超, 鲁政权, 蒋立洲, 王丽君.  强抑制水基钻井液在连续管侧钻井中的应用 . 石油钻采工艺, 2018, 40(1): 33-39. doi: 10.13639/j.odpt.2018.01.006
    [4] 蒋明, 罗树祥, 王先洲, 邓增库, 张刚, 管风营.  低含量KCl钻井液在苏里格气田的应用 . 石油钻采工艺, 2014, 36(4): 54-56. doi: 10.13639/j.odpt.2014.04.014
    [5] 董殿彬, 周光正, 宁军明, 周剑东, 曾庆梁, 杨恩录.  新型处理剂在Halfaya 油田高密度钻井液中的应用 . 石油钻采工艺, 2014, 36(2): 55-59. doi: 10.13639/j.odpt.2014.02.014
    [6] 刘志远, 陈勉, 金衍, 杨向同, 卢运虎.  裂缝性储层裸眼井壁失稳影响因素分析   . 石油钻采工艺, 2013, 35(2): 39-43.
    [7] 陈忠华, 耿铁, 彭胜玉, 孙强, 刘刚, 郝彬彬.  缅甸Inyashe-2井井塌情况分析与原因探讨   . 石油钻采工艺, 2013, 35(2): 59-62.
    [8] 刘霞, 程波, 陈平, 刘魁威, 吴彩丽.  泌页 HF1页岩油井钻井技术 . 石油钻采工艺, 2012, 34(4): 4-6.
    [9] 王京光, 张小平, 王勇强, 刘伟, 曹辉, 赵海峰.  复合钾盐聚合物钻井液的研制及应用   . 石油钻采工艺, 2012, 34(6): 33-35.
    [10] 汪伟英, 夏健, 陶杉, 田文涛, 马丽, 孙玉英.  钻井液对煤层气井壁稳定性影响实验研究 . 石油钻采工艺, 2011, 33(3): 94-96.
    [11] 邱康.  考虑钻井液浸入的砂岩井壁坍塌模型 . 石油钻采工艺, 2011, 33(3): 119-122.
    [12] 匡立新, 蒋国盛, 宁伏龙, 吴翔, 张昊, 张凌.  米泉区块井壁稳定性分析及钻井液的优选 . 石油钻采工艺, 2011, 33(1): 38-41.
    [13] 张洁, 杨乃旺, 陈刚, 孙艳.  钻井液处理剂氧化氨解木质素制备及性能评价 . 石油钻采工艺, 2011, 33(2): 46-50.
    [14] 张洁, 张云月, 陈刚.  树胶的交联改性及其作为钻井液处理剂的研究 . 石油钻采工艺, 2011, 33(6): 37-40.
    [15] 张进双, 钱晓琳, 于培志, 张秋娥.  气体钻井后井筒预处理井壁稳定技术 . 石油钻采工艺, 2008, 30(5): 48-51.
    [16] 王建华, 鄢捷年, 苏山林.  硬脆性泥页岩井壁稳定评价新方法 . 石油钻采工艺, 2006, 28(2): 28-30. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2006.02.009
    [17] 徐加放, 邱正松, 刘庆来, 张红星, 于连香.  塔河油田井壁稳定机理与防塌钻井液技术研究 . 石油钻采工艺, 2005, 27(4): 33-36. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2005.04.011
    [18] 张广清, 陈勉.  钻井液密度与井壁围岩破坏的关系 . 石油钻采工艺, 2002, 24(3): 13-15. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2002.03.005
    [19] 郭生武, 陈志昕, 韩勇.  钻井液处理剂璜化高分子化合物降解放出H2S的途径研究 . 石油钻采工艺, 1999, 21(5): 42-44,52. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1999.05.010
    [20] 安圣究, 傅兴涛.  高密度钻井液的钻井参数优选 . 石油钻采工艺, 1992, 14(3): 13-18. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1992.03.003
  • 加载中
图(6) / 表 (5)
计量
  • 文章访问数:  0
  • HTML全文浏览量:  10
  • PDF下载量:  9
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 修回日期:  2022-01-11
  • 网络出版日期:  2022-09-19
  • 刊出日期:  2022-09-19

巴彦河套盆地临河区块深层井壁失稳钻井液对策

doi: 10.13639/j.odpt.2022.02.005
    基金项目:  中国石油集团渤海钻探公司科研项目“钻井液用改性纳米胶乳防塌剂的研制”(编号:2020D46F)
    作者简介:

    闫睿昶(1972-),1994年毕业于石油大学(华东)石油工程专业,现从事石油地质与工程技术研究工作,高级工程师。通讯地址:(015000)内蒙古自治区巴彦淖尔东开发区鲁花街3号华北油田巴彦勘探分公司。E-mail:hzkf_yrc@petrochina.com.cn

  • 中图分类号: TE254

摘要: 巴彦河套盆地临河区块深层钻井过程中井壁失稳严重,制约油田的高效开发。利用X射线衍射、扫描电镜等分析测试方法对失稳地层岩样的黏土矿物成分和微观结构进行分析,确定井壁失稳原因主要是地层水敏性强,同时微裂缝发育,钻井液滤液侵入后,水楔作用下造成微裂缝扩张,地层水化引起坍塌压力的增加导致剥落掉块。解决井壁失稳的关键是针对性提高钻井液体系的抑制性和封堵性。结合现场钻井液技术需求,引入微纳米封堵剂提高钻井液体系的封堵能力、引入聚胺与KCl配合提高体系的抑制性能。室内实验表明,优化后的钻井液体系页岩膨胀降低率62%,滚动回收率可达90%以上。现场应用3口井,古近系地层平均井径扩大率小于20%,有效提高了巴彦河套盆地临河区块深层井壁稳定性,为油田的高效开发提供了技术支撑。

English Abstract

闫睿昶,张宇,吴红玲,曹斌,王冠军,付跃华,程智. 巴彦河套盆地临河区块深层井壁失稳钻井液对策[J]. 石油钻采工艺,2022,44(2):168-172,185 doi:  10.13639/j.odpt.2022.02.005
引用本文: 闫睿昶,张宇,吴红玲,曹斌,王冠军,付跃华,程智. 巴彦河套盆地临河区块深层井壁失稳钻井液对策[J]. 石油钻采工艺,2022,44(2):168-172,185 doi:  10.13639/j.odpt.2022.02.005
YAN Ruichang, ZHANG Yu, WU Hongling, CAO Bin, WANG Guanjun, FU Yuehua, CHENG Zhi. Drilling fluid solutions to well instability in deep layers of Linhe block of the Bayan Hetao Basin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2022, 44(2): 168-172, 185 doi:  10.13639/j.odpt.2022.02.005
Citation: YAN Ruichang, ZHANG Yu, WU Hongling, CAO Bin, WANG Guanjun, FU Yuehua, CHENG Zhi. Drilling fluid solutions to well instability in deep layers of Linhe block of the Bayan Hetao Basin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2022, 44(2): 168-172, 185 doi:  10.13639/j.odpt.2022.02.005
  • 华北油田近年来重点在巴彦河套临河区块深层展开勘探部署,拥有探矿权区块总面积11 063 km2,预测石油远景资源量约6亿t,天然气远景资源量479.35亿m3。吉华X井、临华Y井均获高产工业油气流,进一步展示了该区块规模资源前景。但是该区块地层岩性变化剧烈,储层埋深大,以磴探1X井为例,三开结构,完钻井深6 460 m。该井主要钻遇地层为古近系、白垩系,使用KCl钻井液体系,钻进过程中频繁遇阻划眼,完井过程中出现电测仪器遇阻卡,完井周期在总周期占比达到35.37%,古近系最大井径扩大率为115%,最小井径扩大率为−20.29%,平均井径扩大率为69%,井壁失稳问题严重。为此,在确定磴探1X井井壁失稳原因的基础上,针对性地提出了KCl钻井液优化方案,为巴彦河套临河区块深层钻井井壁失稳难题提供技术支持。

    • 全岩定量分析及黏土矿物相对含量分析结果见表1表2,可以看出,磴探1X井古近系地层以黏土矿物及石英为主,其中黏土矿物占比44.7%~61.7%,平均52.3%。黏土矿物以高岭石、绿泥石、伊利石和伊蒙间层为主,其中伊蒙间层含量最高,占比52%~68%,平均61%,岩样具有较强的水敏性。

      表 1  磴探1X井古近系地层岩样全岩组成

      Table 1.  Bulk rock mineral composition of the Palaeogene core samples, Well Dengtan-1X %

      岩样岩性特征地层黏土总量石英钾长石斜长石方解石白云石菱铁矿
      1#棕色小块砂泥岩古近系46.434.41.178.41.71
      2#棕色泥岩古近系56.327.81.44.57.91.20.9
      3#深灰色、棕色泥岩古近系61.722.51.45.56.11.51.3
      4#灰色砂岩、棕色泥岩古近系44.732.126.611.91.80.9
      平均值52.329.21.55.98.61.61.0

      表 2  磴探1X井古近系地层岩样黏土矿物相对含量

      Table 2.  Clay mineral composition of the Palaeogene core samples, Well Dengtan-1X %

      岩样高岭石绿泥石伊利石伊蒙间层间层比
      1#79325215
      2#14266015
      3#46226815
      4#12246415
      平均值2.810.326.061.015.0
    • 根据伊蒙间层含量,选取1#及3#岩样进行扫面电镜分析。从图1可看出,1#砂泥岩样胶结较致密,胶结物主要为粒间伊蒙混层、伊利石等黏土矿物、方解石,孔隙类型主要为粒晶间微孔隙,孔隙多小于1 μm,少量孔隙1~5 μm,矿物颗粒边缘残余微缝隙宽1~2 μm;3#岩样为泥岩,结构较致密,局部见微裂缝,宽约10~15 μm。黏土矿物主要为伊蒙混层、伊利石等,孔隙类型主要为泥晶间微孔隙,孔隙多小于1 μm,少量孔隙1~2 μm,残余微缝隙宽1~2 μm,局部见微裂隙。由此可见,钻井液侵入岩石微裂缝,水楔作用造成裂缝扩张,进而造成剥落掉块是井壁失稳的可能主因[1-4]

      图  1  磴探1X井岩样扫描电镜图片

      Figure 1.  SEM imaging of the core samples, Well Dengtan-1X

    • 将岩样置于清水中,定期观察岩样变化。从图2浸泡实验结果发现,岩样表面有气泡逸出,随浸泡时间的增加有少许水化现象,岩样浸泡约10 min出现裂缝,约1 h裂缝扩张导致岩样碎裂,浸泡8 h后的岩样强度下降明显,轻触崩裂。

      图  2  磴探1X井岩样清水浸泡实验

      Figure 2.  Clear water soaking of the core samples, Well Dengtan-1X

    • 通过对失稳井段岩样的综合分析,总结出巴彦河套盆地临河区块深层地层微裂缝发育,钻井液滤液侵入岩石微裂缝,水楔应力下造成微裂缝扩张,同时地层伊蒙间层含量高,强水敏,滤液侵入后地层在水化作用下导致坍塌压力进一步增加,进而导致剥落掉块是井壁失稳的主因[4-10]。因此,对原钻井液性能进行分析,提出提高原钻井液抑制性和封堵能力、改善滤饼质量的技术对策。

      磴探1X井三开采用的KCl盐水钻井液体系配方为:4%膨润土基浆+0.5%包被剂BZ-1+1.5%抗高温防塌降滤失剂REDUL2+2%抗盐降滤失剂KJAN+1.5%提切剂HFL+2%高效封堵防塌剂SN+2%油层保护剂+1.5%封堵润滑剂KRLQ+8%KCl+10%有机盐(加重剂)+2%超细钙。尽管该体系常规性能符合设计标准,但体系配方主要以KCl增强抑制性,防塌剂和超细钙提高封堵性,钻井液抑制性来源单一,而KCl对于硬脆性泥页岩效果有限,同时KCl在循环过程中钾离子持续消耗,易导致抑制性不足;体系封堵性由于粒径不匹配,无法有效封堵地层微裂缝,钻井液中自由水易渗流进入地层,使得岩石水化剥落。因此,针对体系抑制性及封堵性问题,考虑在原体系基础上,引入小分子抑制剂,通过小分子抑制剂与KCl协同增强抑制性;引入成膜性的纳米级、微米级粒径颗粒,对地层微裂缝及滤饼进行有效封堵,减缓钻井液中自由水在压差的作用下向地层渗流,阻止地层岩石在水化应力下的剥落掉块,从而实现钻井液体系抑制性与封堵性的改善,解决井壁失稳问题。

    • 为进一步提高巴彦河套地区钻井液抑制能力,优选小分子聚胺抑制剂BZ-JAI,通过无机盐与BZ-JAI的协同效应稳定井壁。

    • 将岩样破碎为8~10目的岩屑,进行滚动回收实验,由表3可看出,清水回收率为82.8%,8%KCl溶液滚动回收率接近95%,5%KCl配合聚胺抑制剂溶液,滚动回收率接近100%。

      表 3  磴探1X井岩屑滚动回收率

      Table 3.  Rolling recovery of cuttings, Well Dengtan-1X

      介质回收率/%介质回收率/%
      清水82.88%KCl94.24
      2%BZ-JAI95.285%KCl+2%BZ-JAI99.3
    • 使用5%KCl+2%BZ-JAI、8%KCl溶液浸泡磴探1X井古近系岩样,结果见图3,岩样在溶液中有气泡逸出,无明显水化及碎裂现象;5%KCl+2%BZ-JAI溶液浸泡24 h后岩样仍基本保持原样,8%KCl溶液浸泡24 h后岩样表面出现少许细小裂缝。

      图  3  磴探1X井岩样抑制剂溶液浸泡实验

      Figure 3.  Inhibitor solution soaking of the core samples, Well Dengtan-1X

    • 取磴探1X井古近系岩样分别浸泡于清水、2%BZ-JAI、5%KCl、5%KCl+0.5%BZ-JAI溶液后进行电镜扫描。由图4可以看出,清水浸泡的岩样,分散严重,岩样表面由于水化膨胀裂缝发育;5%KCl等抑制性溶液浸泡后,表面光滑平整。相对而言,聚胺及KCl都对岩屑有明显的抑制作用,且以5%KCl+0.5%BZ-JAI溶液抑制性最强,能够有效抑制自由水对岩屑的水化分散作用。

      图  4  浸泡岩样电镜扫描图片

      Figure 4.  SEM imaging of the post-soaking core samples

    • 根据井壁失稳对策,通过引入成膜性的纳米级、微米级粒径颗粒,对地层微裂缝及滤饼进行有效封堵,减缓钻井液中自由水在压差的作用下向地层渗流,从而避免水敏性地层垮塌。封堵剂BH-NFT为液态微纳米级微球状封堵剂,D50为0.445 µm,D90 为0.669 µm,对其进行评价实验。

    • 图5为在井浆中加入2%封堵剂BH-NFT前后中压失水所形成的2块滤饼,可以看出,加入封堵剂后形成的滤饼,外观致密,韧性高,使用清水对该滤饼再次进行中压失水实验测试滤失量,未加2%BH-NFT的滤饼中压失水为2.7 mL,加入2%BH-NFT的滤饼中压失水为2.2 mL,滤失量较低18.6%,表明BH-NFT封堵剂在滤饼表面具有成膜效应。

      图  5  加入封堵剂前后井浆滤饼对比

      Figure 5.  Mud cake comparison before and after adding plugging agents

    • 将磴探1X井岩样粉碎成120目岩粉,使用清水、2%BH-NFT溶液、2%乳化沥青溶液分别测试其岩屑膨胀率,结果表明,2%BH-NFT溶液、2%乳化沥青溶液岩屑膨胀率分别较清水降低46%、12%,BH-NFT封堵性优于乳化沥青类封堵剂。

    • 选择5%膨润土浆、5%膨润土浆+2%微纳米封堵剂BH-NFT、井浆、现场井浆+2%微纳米封堵剂BH-NFT形成的滤饼进行电镜扫描,评价封堵材料加入后对滤饼的影响。由图6可以明显看出,体系加入微纳米封堵剂BH-NFT后,滤饼表面更加光滑平整,原本存在的微裂缝被一层致密的膜包裹,能够显著提高形成滤饼的封堵能力。

      图  6  滤饼电镜扫描图片

      Figure 6.  SEM imaging of the mud cake

    • 现场实际应用时通常抑制剂加量0.5%~1%,封堵剂加量1%~2%。室内以井浆加入上述不同用量的处理剂,评价各处理剂配方对井浆流变性能的影响,实验结果见表4,可以看出,2#及3#配方中压失水较原井浆下降明显,4#及5#配方中压失水较原井浆上升。各配方老化前终切上升明显,老化后终切下降至井浆老化后水平。

      表 4  处理剂加量对磴探1X井钻井液性能的影响

      Table 4.  Effects of agent dosages on the performance of drilling fluids of Well Dengtan-1X

      编号钻井液实验条件AV/
      mPa · s
      PV/
      mPa · s
      YP/
      Pa
      FLAPI/
      mL
      Gel/
      (Pa/Pa)
      1# 井浆 室温 35 25 10 5.0 2.5/10
      150 ℃、16 h 47.5 35 12.5 4.7 2.5/4
      2# 1#+0.5%BZ-JAI+
      1%BH-NFT
      室温 41.5 28 13.5 4.8 4.5/34.5
      150 ℃、16 h 38.5 27 11.5 4.6 1.5/3
      3# 1#+0.5%BZ-JAI+
      2%BH-NFT
      室温 43 28 15 4.7 5/36
      150 ℃、16 h 34 26 12 4.2 2/4
      4# 1#+1%BZ-JAI+
      1%BH-NFT
      室温 45.5 28 17.5 5.0 7.5/60
      150 ℃、16 h 36 25 11 5.2 2/3.5
      5# 1#+1%BZ-JAI+
      2%BH-NFT
      室温 50 32 18 5.0 9/35
      150 ℃、16 h 39 29 10 5.1 2.5/6
    • 根据流变性评价实验结果,选择3#配方(井浆+0.5%BZ-JAI+2%BH-NFT)为最佳配方。页岩膨胀与滚动回收实验表明,该配方能明显提高体系抑制性能,页岩膨胀降低率62%,滚动回收率可达90%以上。

    • 根据井壁失稳对策及室内评价结果,制定了在原KCl钻井液体系中加入0.5%BZ-JAI+2%BH-NFT的方案,并在现场应用了3口井,均顺利完成了施工作业,钻进过程中井壁无明显掉块现象,井径扩大率明显改善,平均井径扩大率小于20%,未出现井壁失稳现象。试验井井径数据见表5

      表 5  试验井井径数据

      Table 5.  Caliper logs of the testing wells

      井号施工井段/m平均井径扩大率/%
      兴X3 075~5 27511.40
      磴探XX3 609~4 30013.8
      河X4 650~6 35017.7

      现场钻井液性能维护措施:(1)三开前,原井浆加入2% BH-NFT、0.5% BZ-JAI,同时保证KCl含量在不低于7%,并随钻及时补充,提高钻井液的抑制性,形成优质滤饼,保证钻井液良好的润滑性、造壁性,防止垮塌掉块;(2)三开钻进时,根据井底温度及井壁稳定情况,及时补充抗高温防塌降滤失剂REDUL2、高效封堵防塌剂SN以及封堵润滑剂KRLQ,并在后期维护过程中保证其在体系中的含量;(3)若发现井下有垮塌现象,要及时进行防塌处理,适当提高钻井液黏切,确保垮塌物携带出地面。

    • (1)巴彦河套盆地临河区块深层古近系地层以黏土矿物和石英为主,黏土矿物以伊蒙间层为主,微裂缝发育。钻井液侵入井壁微裂缝,水楔作用下造成微裂缝扩张,同时伊蒙间层强水敏,滤液侵入后在水化作用下导致坍塌压力进一步增加,进而导致剥落掉块是井壁失稳的主要原因。因此,解决井壁失稳的关键在于提高钻井液对微裂缝的封堵,同时以提高钻井液抑制性为辅。

      (2)引入成膜性的纳米级、微米级粒径颗粒BH-NFT提高对地层微裂缝及滤饼的封堵性,优选小分子聚胺抑制剂BZ-JAI与KCl协同增强抑制性,优化后的KCl钻井液体系显著提高了封堵与抑制能力,现场应用3口井,钻进过程中井壁无明显掉块现象,井径扩大率明显改善,平均井径扩大率小于20%。

      (3)作为华北油田重点区块,后续临河区块深部地层将会部署难度更大的水平井。建议深入开展巴彦河套深井超深井井壁稳定技术研究,针对性地提高钻井液配套技术,为打好以深部地层为目的层的水平井奠定坚实的基础。

参考文献 (10)

目录

    /

    返回文章
    返回