CN102226076A - 强抑制性防塌低伤害钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强抑制性防塌低伤害钻井液，涉及钻井液技术领域，包括如下重量百分比的组分：硅酸盐：2％-5％；小阳离子抑制剂：0.5％－1.0％；水解聚丙烯酰胺：0.3％－0.8％；提粘切剂0.3％－0.5％；降失水剂：1％－3％；重晶石：0－6%；甲醛：0.05-0.1％；余量是水。本发明具有长时间防塌性、抑制性强，封堵效果好，泥饼光滑致密类似膜状，可提高地层承压能力，润滑性良好，对低孔低渗低丰度储层低伤害，配方、配浆工艺简便易行的特点。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液技术领域，确切地说涉及一种适用于分支井、水平井同处于裸眼井段条件下的斜井段、水平段的安全钻井、完井的的强抑制性防塌低伤害钻井液。
背景技术
苏里格气田作为中国陆上特大型气田之一，也是属于世界罕见的“三低”（低渗、低压、低丰度）致密砂岩气田，甚至在某些区块是超低渗透型，常规技术无法有效开发这个气田，勘探和开发的难度极大。为了大幅度提高单井产量，为低渗透气田的经济有效开发探索一条新的技术途径，尝试利用双分支水平井先导性试验，实现双层开发苏里格气田盒7段、盒8段天然气资源，提高天然气产能，加快开发速度。该试验在长庆地区气井水平井井身结构首次将大斜度斜井段和水平段的位置设计为全裸眼，即问题突出的大斜度井段不下技术套管，从而给钻井（完井）液带来系列技术难题需要迫切解决，保障双分支水平井钻井、完井的顺利施工。
首先要解决的是同位于裸眼段的斜井段和水平段的泥页岩井壁失稳难题。由于斜井段和水平段同处于裸眼井段，很大程度上增加了井壁失稳的风险，斜井段钻遇石盒子组多个相对不稳定的泥页岩或软硬夹层，中间夹杂煤线、砂泥岩混层，由于泥页岩容易吸水膨胀引起井壁失稳和钻头泥包。为了提高储层钻遇率，水平段井眼轨迹呈波浪型，钻遇硬脆性泥岩、炭质泥岩时井壁极易发生掉快、垮塌，引起井下复杂事故，严重者将导致试验井的报废，导致重大损失。
特别要解决在斜井段大段泥岩和水平段钻遇泥岩条件下的储层保护技术难题。由于斜井段和水平段同处于裸眼井段，钻井的周期相对长则钻井液浸泡时间长、泥岩造浆严重、加上长时间钻井，常规钻井（完井）液对产层更容易造成伤害。而且苏里格气田上古生界石盒子盒7、盒8，以及下古生界马家沟组储层，这些储层的物性差，非均质性强，存在中等偏强的水敏性和易发生水锁伤害，保护储层的难度大。
要解决分支井眼水平段的防漏堵漏难题。由于主井眼水平段开展了裸眼分段压裂，井筒内为3%盐水，压裂后主井眼漏失情况为80-100 m3/天，据估计压裂产生的裂缝超过100m，而上部盒7与盒8的垂深差异就在50m左右，造成盒7储层出现大量裂缝，盒7与盒8又出现联通的可能性极大，加上盒7与盒8的压力系数低，地质设计上估计在0.90-1.0，按照该井钻井液施工设计，分支水平段钻进时钻井液密度在1.25-1.30g/cm3。从而增加了水平段储层钻进时的防漏堵漏技术难题。如果发生漏失，带来井壁坍塌、井喷风险，进行工艺堵漏，带来污染储层的风险。
分支井施工中摩阻、扭矩大，尤其是滑动钻进易托压，相对斜井段，水平段易形成岩屑床，钻井液的井眼净化能力、携砂悬浮能力必须得到保证，以及如何保证裸眼封隔器的套管完井管串直接穿越裸眼斜井段安全、顺利下入预定位置。因此，苏里格气田分支井钻井（完井）液需要通过深入研究，研发新型钻井液来解决高难度技术难题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种适合于分支井、水平井同处于裸眼井段条件下的斜井段、水平段的安全钻井、完井的的强抑制性防塌低伤害钻井液，它具有长时间防塌性、抑制性强，封堵效果好，泥饼光滑致密类似膜状，可提高地层承压能力，润滑性良好，对低孔低渗低丰度储层低伤害，配方、配浆工艺简便易行的特点。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种强抑制性防塌低伤害钻井液，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：
硅酸盐：2％-5％；小阳离子抑制剂：0.5％－1.0％；水解聚丙烯酰胺：0.3％－0.8％；提粘切剂0.3％－0.5％；降失水剂：1％－3％；重晶石：0－6%；甲醛：0.05-0.1％；余量是水。
本发明更优的技术方案是：
硅酸盐：3％；小阳离子抑制剂：1.0％；水解聚丙烯酰胺：0.8％；提粘切剂0.5％；降失水剂：1％；重晶石：4%；甲醛：0.05-％；清水：89.65％。
本发明另一更优的技术方案是：
硅酸盐：4％；小阳离子抑制剂：0.5％；水解聚丙烯酰胺：0.6％；提粘切剂0.4％；降失水剂：3％；重晶石：3%；甲醛：0.08-％；清水：88.42％。
所述的硅酸盐为模数为2.80~3.00的速溶性硅酸钾。
所述的小阳离子抑制剂为环氧丙基三甲基氯化铵。
所述的提粘切剂为黄原胶、羟丙基瓜胶和聚阴离子纤维素钠盐按体积比为1：1：1混合后的混合物。
所述的降失水剂为酚醛树脂的磺化物或羟丙基淀粉。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
经过若干次的试验，采用本发明技术方案中特定的工艺配方，参见实施例各表，特别是钻井液采用模数为2.80-3.00的速溶性硅酸钾和小阳离子抑制剂与地层粘土矿物、地层水作用，快速在近井壁带形成具有三维网状凝胶结构的胶状聚集体，通过吸附、镶嵌、填充的方式，阻止滤液进一步浸入地层，防止泥页岩水化、膨胀，封堵地层孔隙、吼道和微裂缝，以及必要的力学手段，从而实现分支井水平井钻井、完井施工过程钻井液长时间稳定井壁、防漏堵漏、保护储层的作用。同时利用水解聚丙烯酰胺的包被、絮凝作用，将细小的钻屑絮凝聚结成大的颗粒便于固控设备去除，同时将水解聚丙烯酰胺作为润滑剂改善该钻井液的润滑减阻作用。通过苏里格气田试验井桃7-14-18H双分支水平井的现场试验，结果表明：该钻井液具有很强的防塌性、抑制性、封堵性，能快速在近井壁带形成坚韧、致密的封固膜以稳定井壁，同时阻止滤液和固相进一步浸入储层，达到有效保护储层的效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1 由以下组分配制强抑制性防塌低伤害钻井液，按照重量百分比用清水重量比85.3％，加硅酸盐重量比5％，加小阳离子抑制剂重量比0.8％，加水解聚丙烯酰胺重量比0.5％，加提粘切剂其重量比0.3％，加降失水剂重量比2％，加重晶石重量比6%，加甲醛重量比0.1％混合制成强抑制性防塌低伤害钻井液。
一、实施例1强抑制性防塌低伤害钻井液的防塌抑制性评价实验
测试1：实施例1的钻井液的页岩岩屑回收率评价实验
本试验通过测试钻井液的页岩岩屑回收率来表征钻井液的防塌性抑制性的强弱，即在实施例1的钻井液中加入苏里格气田直罗组岩屑50克，然后在五轴加热滚子炉120℃下热滚16小时，测试钻井液的页岩岩屑一次回收率，然后将收集到的岩屑放入自来水中在五轴加热滚子炉120℃下热滚16小时，测试页岩岩屑二次回收率，同时与清水的页岩岩屑一次回收率、二次回收率做对比。结果见表1。
表1 页岩岩屑回收率数据
备注：PV为塑性粘度，YP为动切力。
从表1数据可以看出，该钻井液的页岩岩屑一次回收率高达99.3%，该钻井液的页岩岩屑二次回收率达到90.7%，岩屑经钻井液充分作用后仍然棱角分明，没有出现水化、膨胀、分散的现象，证实了该钻井液能在钻屑表面形成坚韧、致密的高强度封固膜，该膜一旦形成即使在清水作用下也保持完好，有效阻止了钻屑粘土矿物与水的接触，防止泥页岩地层水化、分散，从而起抑制作用。页岩的一次回收率反映钻井液化学抑制性强弱，二次回收率反映经过钻井液浸泡后的岩屑在清水中的分散性，分散性越小，说明页岩被抑制作用更强，井壁自然更趋稳定。
测试二：实施例1的钻井液的页岩线膨胀率评价实验
为了进一步评价实施例1的钻井液防塌抑制能力，本试验采用NP-01型页岩膨胀试验仪测试了实施例1的钻井液的页岩线膨胀率，结果见表2。
表2 页岩线膨胀率数据
从表2可以看出，该钻井液的页岩线膨胀率只有11.6%，而清水的达30.58%，表明钻井液对岩屑的分散也具有很强的抑制作用，能有效抑制粘土的水化膨胀、分散。
二、实施例1钻井液的保护储层实验评价
依据中华人民共和国天然气行业标准《SY/T6540-2002 钻井液完井液损害油层室内评价方法》，开展了实施例1的钻井液体系对气层岩心的伤害评价实验，岩心伤害结果见表3。从表3中可以明显看出，强抑制性防塌低伤害钻井液对气层伤害很小，平均伤害率为5.63%，属于低伤害钻井液，也可作为低伤害完井液使用。
表3 各种钻井液岩心伤害评价
备注：钻井液伤害压差 3.5MPa, 伤害时间150分钟, 温度24-27℃；
Kg1为伤害前的气体渗透率；
Kg2为伤害后的气体渗透率。
三、实施例1强抑制性防塌低伤害钻井液的基本性能
表4 钻井液性能参数
对该实施例所述的钻井液体系在苏里格气田桃7-14-18H分支井的分支井眼进行了试验应用。试验过程中钻井液性能参数：粘度：45-85s，密度：1.15-1.32g/ml，失水：3-4ml，pH：9-10，YP：7～25Pa，PV：15～30 mPa.s，静切力：1～8/2～13Pa，体现出了良好的试验应用效果：
1.该钻井液体系在长庆地区首次解决了同位于裸眼段的斜井段和水平段的泥页岩井壁失稳难题。现场试验结果表明，该钻井液体系现场试验中表现出很强的稳定井壁能力、井眼净化能力、裂缝封堵性能力，井下无掉块、无缩径、无垮塌现象，起下钻、电测作业都无阻卡，电测顺利一次成功。从井径数据来看，井径扩大率均保持在10-15%，井径规则。现场打钻工程中，井口返出的钻屑规整，形状与PDC牙齿刚“啃”出的无差异。为了进一步测试体系的防塌抑制性，现场取样的评价结果是页岩岩屑一次回收率达到92.4%，二次回收率86.3%，性能参数稳定，泥饼近似膜状，且坚韧而致密。
2．该钻井液体系能有效保护储层，特别是在斜井段大段泥岩和水平段钻遇泥岩条件下始终保持低伤害。为验证钻井液对储层的伤害程度，取现场钻井液样品，进行了4块岩心的伤害评价实验，伤害条件是：在模拟井底温度（91℃）和动态压差(12.25MPa) 下伤害48小时，然后在静态压差(8.75MPa)下伤害48小时。实验结果见表5。
表5 模拟产层条件下的岩心伤害结果
注：Kg1为伤害前的气体渗透率；
Kg2为伤害后的气体渗透率。
从表5可以看出，苏里格气田盒7、盒8岩心经过实施例的钻井液伤害后, 对地层的平均伤害率为10.60%，属于轻度伤害。伤害后的岩心从岩心夹持器取出后，发现伤害面上有很薄滤饼，呈白云状分布,滤饼最表面形成致密的膜，钻井液极压膜强度高，在保护储层的同时非常利于降低摩阻和扭矩。
强抑制性防塌低伤害钻井液体系在桃7-14-18H分支井的分支井眼试验应用，试气达到90×104m3/d的无阻流量，配产后日产天然气20.6×104m3/d,创造苏里格气田分支井单井产量纪录，进一步表明钻井液保护储层效果明显。
3.该钻井液体系有效防止PDC钻头泥包，有助于 PDC钻头功效的发挥。长庆气田水平井都不同程度发生过因钻头泥包而影响PDC钻头的使用，成为制约钻井提速工作的主要技术瓶颈。通过分析，认为其主要原因是钻井液问题。桃7-14-18H分支井的分支井眼斜井段和水平段都试验价格相对昂贵的Baker PDC钻头，PDC钻头都未出现泥包现象，优良的钻井液性能有效防止了PDC钻头泥包。
4.该体系现场润滑减阻效果突出。该体系体系创造性地将水解聚丙烯酰胺作为润滑剂，润滑性效果良好，打钻过程中滑块摩阻系数在0.0262-0.0524之间，极压润滑系数在0.05-0.07，扭矩低于8kN.m。特别是在上部裸眼斜井段条件下，水平段储层钻进过程中始终保持低摩阻、低扭矩在长庆地区都属于首次实现。
5.在长庆地区首次保证了在大斜度井段不下技术套管条件下，近1238m装有裸眼封隔器的完井管串直接穿越裸眼斜井段安全下入水平段的预定位置，为下步开展分段压裂、增产增效打下基础。该体系具有流变性能良好、密度可调、动塑比高(0.5-1.00)等特点，试验应用中，根据井下情况维护好流变性能和剪切稀释性能，及时将钻屑带出井底，避免重复切削，有效破坏岩屑床，保障井底无沉砂，起下钻、接单根有效悬浮钻屑，起下钻没有出现明显的遇阻遇卡现象，该钻井（完井）液在水平段表现出良好的携岩能力，钻屑返出及时，为录井、地质导向提供好一手资料。与此同时，由于井眼清洁、井壁稳定、井眼光滑，保障了带7-9个的裸眼封隔器的完井管串能顺利下到水平段设计位置，为下一步的储层改造打下基础。
6.该钻井液体系的配方精简，低成本趋势明显，现场配制、维护工艺工艺简便，可操作性强，为下步苏里格气田水平井二开不下技术套管做好钻井液完井液技术储备。
实施例2
由以下组分配制强抑制性防塌低伤害钻井液，按照重量百分比用清水重量比89.65％，加硅酸盐重量比3％，加小阳离子抑制剂重量比1.0％，加水解聚丙烯酰胺重量比0.8％，加提粘切剂其重量比0.5％，加降失水剂重量比1％，加重晶石4%，加防腐剂甲醛0.05％混合制成强抑制性防塌低伤害钻井液。
实施例3
由以下组分配制强抑制性防塌低伤害钻井液，按照重量百分比用清水重量比88.42％，加硅酸盐重量比4％，加小阳离子抑制剂重量比0.5％，加水解聚丙烯酰胺重量比0.6％，加提粘切剂其重量比0.4％，加降失水剂重量比3％，加重晶石3%，加防腐剂甲醛0.08％混合制成强抑制性防塌低伤害钻井液。
在实施例2，3的应用中，该体系同样表现出长时间的防塌抑制强，封堵效果和润滑减阻效果良好，钻进过程中井眼稳定、井眼规则，完井过程中完井管串顺利下入井底。
实施例4
由以下组分配制强抑制性防塌低伤害钻井液：硅酸盐：2％-5％；小阳离子抑制剂：0.5％－1.0％；水解聚丙烯酰胺：0.3％－0.8％；提粘切剂0.3％－0.5％；降失水剂：1％－3％；甲醛：0.05-0.1％；余量是水。所述的硅酸盐为模数为2.80~3.00的速溶性硅酸钾，或者为本领域技术人员所知晓的其他与硅酸钾效果相同的硅酸盐；所述的小阳离子抑制剂为环氧丙基三甲基氯化铵，或者为本领域技术人员所知晓的其他效果与环氧丙基三甲基氯化铵相同的替代物；所述的提粘切剂为黄原胶、羟丙基瓜胶和聚阴离子纤维素钠盐按体积比为1：1：1混合后的混合物。所述的降失水剂为酚醛树脂的磺化物或羟丙基淀粉。
本发明可应用于分支井、水平井同处于裸眼井段条件下的斜井段、水平段的钻井、完井施工，同时具备稳定井壁、防漏堵漏、携砂悬砂、井眼净化、保护储层五大功能，它具有长时间防塌性、抑制性强，封堵效果好，泥饼光滑致密类似膜状，润滑性良好，可提高地层承压能力和有效防止PDC钻头泥包，配方、配浆工艺简便易行的特点。
Claims (7)
1.一种强抑制性防塌低伤害钻井液，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：
硅酸盐：2％-5％；小阳离子抑制剂：0.5％－1.0％；水解聚丙烯酰胺：0.3％－0.8％；提粘切剂0.3％－0.5％；降失水剂：1％－3％；重晶石：0－6%；甲醛：0.05-0.1％；余量是水。
2.根据权利要求1所述的强抑制性防塌低伤害钻井液，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：硅酸盐：3％；小阳离子抑制剂：1.0％；水解聚丙烯酰胺：0.8％；提粘切剂0.5％；降失水剂：1％；重晶石：4%；甲醛：0.05-％；清水：89.65％。
3.根据权利要求1所述的强抑制性防塌低伤害钻井液，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：硅酸盐：4％；小阳离子抑制剂：0.5％；水解聚丙烯酰胺：0.6％；提粘切剂0.4％；降失水剂：3％；重晶石：3%；甲醛：0.08-％；清水：88.42％。
4.根据权利要求1所述的强抑制性防塌低伤害钻井液，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：所述的硅酸盐为模数为2.80~3.00的速溶性硅酸钾。
5.根据权利要求1所述的强抑制性防塌低伤害钻井液，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：所述的小阳离子抑制剂为环氧丙基三甲基氯化铵。
6.根据权利要求1所述的强抑制性防塌低伤害钻井液，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：所述的提粘切剂为黄原胶、羟丙基瓜胶和聚阴离子纤维素钠盐按体积比为1：1：1混合后的混合物。
7.根据权利要求1所述的强抑制性防塌低伤害钻井液，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：所述的降失水剂为酚醛树脂的磺化物或羟丙基淀粉。
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