BZ34-9油田定向井鉆井液體系優(yōu)選與應(yīng)用

許 杰，何瑞兵，林 海 ，魏子路，崔應(yīng)中，王 薦，向興金，4

(1.中海油天津分公司渤海石油研究院，天津 300459；2.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452；3.湖北漢科新技術(shù)股份有限公司荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州 434000；4.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

BZ34-9油田定向井鉆井液體系優(yōu)選與應(yīng)用

許 杰1，何瑞兵1，林 海1，魏子路2，崔應(yīng)中3，王 薦3，向興金3，4

(1.中海油天津分公司渤海石油研究院，天津 300459；2.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452；3.湖北漢科新技術(shù)股份有限公司荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北 荊州 434000；4.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

BZ34-9油田是近年來在渤海海域新發(fā)現(xiàn)的一個優(yōu)質(zhì)油氣田，前期勘探開發(fā)鉆井作業(yè)過程中，存在阻卡和漏失等復(fù)雜情況，增加了作業(yè)成本。為減少復(fù)雜情況的發(fā)生，同時滿足儲層保護(hù)需要，對BZ34-9油田定向井鉆井作業(yè)主要問題進(jìn)行了分析，對鉆井液體系進(jìn)行了優(yōu)選，并對現(xiàn)場應(yīng)用效果進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明，非儲層段選擇改進(jìn)型PEC鉆井液體系、儲層段選擇PEM鉆井液體系能夠減少復(fù)雜情況的發(fā)生，且能滿足儲層保護(hù)要求。該技術(shù)的應(yīng)用，一方面降低了綜合作業(yè)費(fèi)用，另一方面為BZ34-9油田的安全高效開發(fā)提供了鉆井液技術(shù)支持。

定向井；鉆井液；阻卡；漏失

Abstract：BZ34-9 oilfield,which discovered in recent years,is a high quality oilfield in Bohai Sea.During the drilling operation process of the early exploration and development,there are complicated conditions such as pipe sticking,leakage and so on,which increase the operation cost.To reduce complicated conditions and meet the requirements of reservoir protection,we analyzed the main problems in drilling operation process of BZ34-9 oilfield directional well,optimized the drilling fluid system of directional well,and evaluated the efficiency of field application.When improved PEC drilling fluid system was used in non-reservoir well interval,and PEM drilling fluid system was used in reservoir well interval,the complicated conditions would reduce and drilling fluid would meet the requirements of reservoir protection.The application of this technique,on the one hand,decreased the integrated operation cost,and on the other hand,provided drilling fluid technology support for the safe and efficient development of BZ34-9 oilfield.

Keywords：directional well;drilling fluid;pipe sticking;leakage

BZ34-9油田位于渤海黃河口凹陷上，其構(gòu)造發(fā)育多套儲蓋組合，含油儲層為明下段、館陶組、東營組和沙河街組。BZ34-9油田前期鉆井以探井和直井為主，作業(yè)過程中存在阻卡和漏失等復(fù)雜情況，后期開發(fā)需要對鉆井液體系進(jìn)行優(yōu)化以降低成本，同時滿足鉆井作業(yè)安全和儲層保護(hù)需要。為此，作者對前期鉆井作業(yè)過程中遇到的復(fù)雜情況進(jìn)行了分析，優(yōu)選出適合后期開發(fā)鉆井作業(yè)的鉆井液體系并開展了評價(jià)研究和現(xiàn)場應(yīng)用，為減少后期作業(yè)復(fù)雜情況、降低綜合成本、同時保護(hù)儲層提供技術(shù)支持。

1 鉆井作業(yè)主要問題分析

BZ34-9油田前期作業(yè)主要為探井和直井，一開和二開井段使用海水般土漿體系，三開12-1/4″上部井段使用海水般土漿體系，下部使用氯化鉀聚合物鉆井液體系，儲層段使用PEM鉆井液[1]和HIBDRILL鉆井液體系。前期鉆井作業(yè)過程中出現(xiàn)的復(fù)雜情況主要為阻卡，個別井發(fā)生了漏失。阻卡主要發(fā)生在12-1/4″井段和8-1/2″井段的明化鎮(zhèn)組和東營組。漏失主要發(fā)生在8-1/2″井段的沙河街組。前期鉆井井壁存在擴(kuò)徑和縮徑等井壁失穩(wěn)情況，主要表現(xiàn)在12-1/4″井段上部擴(kuò)徑、下部擴(kuò)徑和縮徑，8-1/2″井段略有擴(kuò)徑。

1.1 阻卡原因分析

1.1.1 地層巖性因素

上部平原組、明化鎮(zhèn)組和館陶組地層普遍存在軟泥巖，粘土礦物含量高，粘土礦物中以伊蒙混層和伊利石為主，其次為高嶺石和綠泥石，伊蒙混層的間層比較高，約70%～90%；下部館陶組、東營組和沙河街組地層普遍存在玄武巖和硬質(zhì)泥巖，尤其東營組往下地層分布較多玄武巖，館陶組和東營組的玄武巖疏松或致密，沙河街組的玄武巖致密，粘土礦物組分中伊蒙混層的間層比下降，最低為20%。鉆井過程中振動篩返出物與地層巖性情況一致，上部地層返出物為大量粘軟巖屑及少量泥團(tuán)，下部地層返出物為較多井壁剝落碎屑及玄武巖、砂泥巖掉塊。

BZ34-9-5井鉆屑CEC值測定結(jié)果如表1所示，鉆屑水化膨脹性測定結(jié)果如表2所示，鉆屑分散性測定結(jié)果如表3所示。

由表1可知，地層層組自上而下，鉆屑的CEC值總體呈下降趨勢，說明蒙脫石相對含量呈下降趨勢，結(jié)果與粘土和全巖趨勢一致。由表2可知，館陶組及館陶組以上地層鉆屑具有一定的水化膨脹性，膨脹率在17.6%～21.9%，東營組鉆屑的水化膨脹性較弱，膨脹率約為5.0%，自上而下鉆屑的水化膨脹性總體呈減弱趨勢。由表3可知，館陶組及館陶組以上地層鉆屑回收率都很低，只有1%左右，說明上部地層鉆屑極易水化分散，屬于強(qiáng)分散巖性；東營組和沙河街組鉆屑回收率相對較高，約17%，分散性弱于上部地層[2]。

表1鉆屑CEC值測定結(jié)果

Tab.1DeterminationresultsofdrillingcuttingsCECvalue

層組井深/mCEC值/[mmol·(100g)-1]平原組860～87032.8明化鎮(zhèn)組1010～102023.21310～131530.91535～154032.91830～183535.1館陶組2130～21357.5東二段2665～267027.0東三段2890～28957.7沙一段3045～305014.3沙三段3280～32857.95

表2鉆屑水化膨脹性測定結(jié)果

Tab.2 Determination results of drilling cuttingshydration expansibility

注：實(shí)驗(yàn)條件為80 ℃、16 h、0.7 MPa。

表3鉆屑分散性測定結(jié)果

Tab.3Determinationresultsofdrillingcuttingsdispersity

層組井深/m鉆屑質(zhì)量/g實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后鉆屑回收率/%平原組810～820200.190.95明化鎮(zhèn)組1530～1540200.180.90館陶組1980～1985200.221.10東營組2665～2670203.5017.50沙河街組3190～3195203.2316.15

注：實(shí)驗(yàn)條件為80 ℃、16 h。

1.1.2 鉆井液因素

前期三開主要使用氯化鉀聚合物和PEM鉆井液體系，使用了較多的無機(jī)鹽抑制劑氯化鉀。氯化鉀加入鉆井液，會導(dǎo)致鉆井液礦化度升高、活度降低，而地層礦化度相對較低、地層水活度高于鉆井液的活度，進(jìn)而在鉆井液和地層之間形成一個較高的滲透壓。在這個滲透壓的作用下，地層中的自由水向鉆井液遷移，同時近井壁地帶和鉆井液之間發(fā)生離子交換，近井壁地帶泥巖離子交換后趨于硬化，鉆井液侵入地層濾液中的鉀離子隨著侵入深度的增加而消耗殆盡，濾液繼續(xù)侵入接觸遠(yuǎn)井壁地層泥巖后導(dǎo)致粘土水化膨脹[3]。最終，近井壁地帶泥巖趨于硬化，遠(yuǎn)井壁地帶趨于水化膨脹擠壓近井壁地帶巖石，鉆進(jìn)和起下鉆時，鉆具摩阻增大，且井徑縮小更容易誘發(fā)阻卡。

1.2 漏失原因分析

根據(jù)地質(zhì)資料，主要目的層?xùn)|營組和沙河街組地層存在斷層，因此存在漏失風(fēng)險(xiǎn)。如BZ34-9-2井預(yù)測明化鎮(zhèn)組、館陶組、東一段鉆遇斷層，斷距分別為50 m、10 m和17 m；BZ34-9-5井預(yù)測2 678～2 159 m鉆遇斷層，斷距約為22 m。前期作業(yè)共計(jì)4口井發(fā)生了漏失，漏失時鉆進(jìn)層組為東營組和沙河街組，與斷層預(yù)測情況相吻合。現(xiàn)場通過加入堵漏劑和循環(huán)堵漏方式解決了漏失問題。

2 鉆井液體系優(yōu)選

改進(jìn)型PEC鉆井液體系配方：3%海水膨潤土漿+0.2%Na2CO3+0.2%NaOH+0.3%PF-PAC-LV+0.5%包被劑PF-PLH+1.5%增黏降濾失劑PF-VIF+2.0%防塌降失水劑PF-DYFT-Ⅱ+1.5%胺基硅醇PF-HAS，重晶石加重至1.30 g·cm-3。

PEM鉆井液體系配方：3%海水膨潤土漿+0.2%NaOH+0.3%Na2CO3+0.3%PAC-LV+0.5%包被劑PF-PLH+2%降濾失劑PF-RS-1+2%降濾失劑PF-TEMP+2.0%封堵劑PF-DYFT-Ⅱ+2.0%封堵劑PF-LPF+3%聚合醇+5%抑制劑KCl+0.1%增黏劑XC，重晶石加重至1.30 g·cm-3。

改進(jìn)型PEC鉆井液體系和PEM鉆井液體系性能數(shù)據(jù)見表4。

表4鉆井液體系性能數(shù)據(jù)

Tab.4 Performance data of drilling fluid systems

注：AV為表觀黏度；PV為塑性黏度；YP為動切力；Φ6/Φ3為六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)6 r·mim-1和3 r·mim-1時的讀數(shù)；GEL為靜切力；FLAPI為鉆井液的API濾失量；FLHTHP為鉆井液的高溫高壓濾失量；流變性測定溫度為50 ℃；改進(jìn)型PEC實(shí)驗(yàn)條件為80 ℃、3.5 MPa、30 min；PEM實(shí)驗(yàn)條件為120 ℃、3.5 MPa、30 min。

2.1 非儲層段鉆井液體系選擇

上部井段推薦使用改進(jìn)型PEC鉆井液體系。改進(jìn)型PEC鉆井液體系是一種專用于軟泥頁巖地層鉆進(jìn)的鉆井液體系，目前已在渤海其它油田區(qū)塊大規(guī)模推廣應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果。改進(jìn)型PEC鉆井液中主要功能材料為一種具有親水和親油基團(tuán)兩親結(jié)構(gòu)的表面活性劑胺基硅醇PF-HAS[4]，一方面，該材料能在巖石表面形成吸附層，將親水的巖石表面變?yōu)橛H油從而阻礙巖石水化，同時有助于減少鉆出巖屑的水化分散和粘結(jié)，有利于預(yù)防泥包和粘卡；另一方面，胺基硅醇分子中又含有胺基，通過電荷吸附壓縮粘土雙電層從而削弱粘土的水化膨脹能力。另外，由于體系中只含有較少的離子，不會與地層發(fā)生大量的離子交換進(jìn)而誘發(fā)井壁硬化，從而避免和減少阻卡的發(fā)生。

該技術(shù)彌補(bǔ)了以往活性軟泥頁巖地層鉆井液體系流變性難以調(diào)控、維護(hù)補(bǔ)加困難、后期持續(xù)放漿的問題，大大縮短了鉆井周期[5]。

2.2 儲層段鉆井液體系選擇

針對定向井儲層段鉆井作業(yè)，室內(nèi)對現(xiàn)場儲層段使用的HIBDRILL鉆井液體系和PEM鉆井液體系進(jìn)行了性能和鉆井液成本綜合對比。兩者綜合性能相近；由于HIBDRILL鉆井液體系使用了有機(jī)鹽加重劑，所以成本較高。綜合考慮，儲層段鉆井作業(yè)最終選擇PEM鉆井液體系。

2.3 鉆井液體系性能評價(jià)

根據(jù)地質(zhì)資料，非儲層段地層最高滲透率約為1 200 mD，儲層段最高滲透率約為2 300 mD。改進(jìn)型PEC鉆井液體系和PEM鉆井液體系高溫老化前后流變性能穩(wěn)定，高溫高壓濾失量少，巖屑熱滾回收率超過80%，高溫高壓砂床滲漏量為0，具有良好的流變性能、抑制性和封堵能力。其中巖屑熱滾回收率所用巖屑為BZ34-9-5井1 980～3 195 m過6～10目的鉆屑。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析評價(jià)

BZ34-9油田三開井段作業(yè)情況統(tǒng)計(jì)如表5所示。其中，改進(jìn)型PEC鉆井液體系在BZ34-9-7和BZ34-9-8兩口井的12-1/4″井段進(jìn)行了應(yīng)用。

表5 BZ34-9油田三開井段作業(yè)情況統(tǒng)計(jì)Tab.5 The third spud section assignment statistics of BZ34-9 oilfield

由表5可知，從純鉆進(jìn)時間和遇阻時間來看，BZ34-9-7和BZ34-9-8兩口井與前期作業(yè)井相比，12-1/4″井段純鉆進(jìn)時間短、阻卡時間短，提高了時效，降低了綜合成本。

室內(nèi)用獲取的BZ34-9油田東三段儲層巖心對PEM鉆井液體系開展了儲層保護(hù)性能評價(jià)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 PEM鉆井液體系儲層保護(hù)性能

由圖1可知，PEM鉆井液體系單項(xiàng)流體污染巖心滲透率恢復(fù)值大于85%。表明PEM鉆井液體系具有良好的儲層保護(hù)效果。

4 結(jié)論

BZ34-9油田前期鉆井作業(yè)過程中主要存在阻卡和漏失等復(fù)雜情況，阻卡原因主要為上部非儲層段軟泥巖水化膨脹和鉆屑水化引起縮徑和泥團(tuán)泥包，進(jìn)而導(dǎo)致起下鉆遇阻；漏失原因主要為地層存在斷層。后期開發(fā)鉆井作業(yè)重點(diǎn)要解決阻卡問題，通過優(yōu)選，非儲層段選擇了改進(jìn)型PEC鉆井液體系，現(xiàn)場應(yīng)用后，遇阻時間明顯縮短，作業(yè)順利；儲層段選擇成本較低的PEM鉆井液體系，儲層巖心污染實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其儲層保護(hù)效果良好。鉆井液技術(shù)的研究與應(yīng)用，在滿足鉆井安全和儲層保護(hù)的同時，能夠縮短海上作業(yè)時間，有利于油田降本增效。

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SelectionandApplicationofDrillingFluidSystemUsedinBZ34-9OilfieldDirectionalWell

XU Jie1,HE Rui-bing1,LIN Hai1,WEI Zi-lu2,CUI Ying-zhong3,WANG Jian3,XIANG Xing-jin3,4

(1.BohaiOilfieldResearchInstitute,TianjinBranchofCNOOC,Tianjin300459,China;2.ChinaOilfieldServicesLimited,Tianjin300452,China;3.JingzhouHANCNew-TechnologyResearchInstitute,HubeiHANCNew-TechnologyCo.,Ltd.,Jingzhou434000,China;4.CollegeofPetroleumEngineering,YangtzeUniversity,Wuhan430100,China)

TE254.4

A

1672-5425(2017)09-0057-04

2017-04-05

許杰(1980-)，男，山東日照人，高級工程師，主要從事鉆完井技術(shù)管理和科研工作，E-mail:xujie@cnooc.com.cn。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.09.012

許杰，何瑞兵，林海，等.BZ34-9油田定向井鉆井液體系優(yōu)選與應(yīng)用[J].化學(xué)與生物工程，2017，34(9)：57-60.