GL-1井抗260 ℃白油基油包水鉆井液的應(yīng)用研究

任金萍

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413)

GL-1井抗260 ℃白油基油包水鉆井液的應(yīng)用研究

任金萍

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413)

GL-1井完鉆井深為6300.83 m，預(yù)計井底溫度高達(dá)260 ℃。至完鉆使用抗260 ℃高溫白油基油包水鉆井液施工6個月。應(yīng)用結(jié)果表明：該鉆井液具有抗溫性(260 ℃ )、抗污染能力強、有利于井壁穩(wěn)定、潤滑性好和對油氣儲層損害程度小等優(yōu)點。該井的成功為大慶油田下一步高溫深層順利勘探開發(fā)提供了安全有效的技術(shù)保障。

鉆井；白油基鉆井液；油包水鉆井液；抗溫性

0 引言

GL-1井完鉆層位為沙河子組，是大慶油田井深最深、溫度最高的一口井，設(shè)計井深為6320.00 m，實際完鉆井深為6300.83 m，實測井底溫度260 ℃。根據(jù)該井裸眼段長、井底溫度高、地層以火成巖為主，易剝落掉塊，對鉆井液要求高等特點，泥漿工程師將高溫高壓下的復(fù)雜情況的處理作為設(shè)計依據(jù)，并參考以往高溫高壓井的成熟經(jīng)驗[1-4]，確定一整套適應(yīng)不同要求的鉆井液體系以及處理復(fù)雜情況的方案與措施，有效地滿足鉆井、電測、井壁取心等作業(yè)要求。

1 鉆井液性能要求

(1)鉆井液必須具有較穩(wěn)定的高溫高壓流變性，必須具有抗260 ℃高溫的能力，防止鉆井液在高溫下性能惡化。

(2)鉆井液應(yīng)具有良好的抑制性和防塌性。

(3)鉆井液必須具有較低的高溫高壓濾失量。

(4)鉆井液必須具有優(yōu)良的保護(hù)儲氣層的能力。

(5)四開鉆井液性能設(shè)計，見表1。

表1 四開鉆井液性能設(shè)計

注：n為流性指數(shù)；K為稠度系數(shù)。

2 抗260 ℃油包水鉆井液技術(shù)

2.1 抗高溫處理劑研選

針對GL-1井鉆至井底時溫度可能達(dá)到260 ℃高溫的特點，同時考慮鉆井周期較長,將涉及冬季環(huán)境寒冷鉆井液需要防凍的問題，以及時刻注意使用礦物油做連續(xù)相的鉆井液存在的地面安全防火的問題。室內(nèi)將收集到的抗高溫油包水鉆井液處理劑及配漿材料，按照連續(xù)油相、分散水相、配漿土相，以及乳化劑、降濾失劑、潤濕劑、堿度控制劑、活度控制劑等分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。再按照同時符合沸點gt;260 ℃、傾點lt;-20 ℃、閃點高于35 ℃三個條件的原則，對每類產(chǎn)品分別進(jìn)行評價。最后從每類產(chǎn)品中篩選一到兩種試樣作為抗260 ℃油包水鉆井液處理劑及配漿材料。研選結(jié)果見表2。

表2 抗260 ℃油包水鉆井液處理劑及配漿材料評價結(jié)果

根據(jù)研選的鉆井液處理劑及配漿材料，室內(nèi)確定了抗260℃油包水鉆井液配方如下：

90%白油+4%～6%VERPLUS+2%～3%HTEMUL+1%～2%SUPEMUL+1%～1.5%AXWET+3%～4%HTCOTROL+2%～3%VERCOTROL+4%～5%石灰+10%CaCl2溶液(30%水濃度)+1%～2%YRGFZ。

2.2 鉆井液配方室內(nèi)評價研究

2.2.1 高溫?zé)岱€(wěn)定性評價試驗

在高溫下，對室內(nèi)配制的鉆井液和壓井液兩種樣品分別進(jìn)行高溫老化試驗，根據(jù)同一樣品老化前和老化后鉆井液性能變化幅度不大的原則評價高溫?zé)岱€(wěn)定性。高溫老化模擬試驗條件是測試樣品裝入老化罐后放入260 ℃恒溫烘箱里連續(xù)滾動24 h。高溫高壓濾失量使用型號為Fann 500CT的高溫高壓濾失儀，測試試驗條件是260 ℃/3.5 MPa/30 min?；厥章试囼灄l件是將50 g 6～10目火成巖巖屑經(jīng)過260 ℃/24 h老化，冷卻至室溫后用30目篩子收集，105 ℃/4 h烘干稱重。試驗測試數(shù)據(jù)見表3。

從試驗數(shù)據(jù)看，鉆井液和壓井液老化前后測試性能對比，試驗樣品高溫后流動性略見減稠的趨勢，但試驗數(shù)據(jù)變化幅度不大，試驗數(shù)據(jù)均符合現(xiàn)場施工對鉆井液技術(shù)參數(shù)的要求，能夠滿足260 ℃高溫鉆井施工需要。

表3 抗260 ℃油包水鉆井液高溫?zé)岱€(wěn)定性評價試驗數(shù)據(jù)

2.2.2 低溫流變性恢復(fù)評價試驗

在低溫下，對室內(nèi)配制的鉆井液和壓井液進(jìn)行冷凍試驗，評價鉆井液低溫破壞后流變性恢復(fù)能力。將室內(nèi)配制好的樣品放置冰柜里，進(jìn)行-18 ℃連續(xù)靜止冷凍24 h，取出鉆井液樣品進(jìn)行鉆井液性能測試，試驗數(shù)據(jù)見表4。

從試驗數(shù)據(jù)看，鉆井液和壓井液冷凍破壞前后測試性能對比，試驗樣品冷凍后流動性略見增稠的趨勢，但試驗數(shù)據(jù)變化幅度不大，試驗數(shù)據(jù)均符合現(xiàn)場施工對鉆井液技術(shù)參數(shù)的要求，能夠滿足260℃高溫鉆井施工需要。

表4 抗260 ℃油包水鉆井液低溫流變性恢復(fù)評價試驗數(shù)據(jù)

2.2.3 生物毒性評價試驗

室溫條件下，室內(nèi)分別使用柴油和白油作為連續(xù)相配制鉆井液和壓井液，利用糠蝦生物毒性評價法進(jìn)行鉆井液生物毒性對比試驗，試驗結(jié)果見表5。

表5 白油基和柴油基鉆井液毒性檢測數(shù)據(jù)

糠蝦生物毒性評價法是美國國家環(huán)保局(EPA)正式批準(zhǔn)的用于鉆井液生物毒性評價的唯一方法，LC50為把糠蝦放入試驗液中進(jìn)行急性毒性測試，96 h半數(shù)致死濃度。

從試驗數(shù)據(jù)對比看出，白油基鉆井液和壓井液毒性檢測結(jié)果LC50值均大于104×10-6，在無毒范圍內(nèi)，柴油基鉆井液和壓井液毒性檢測結(jié)果均為高毒?？梢?，白油基鉆井液是一種相對比較環(huán)保的無毒鉆井液。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

GL-1井設(shè)計井深為6320.00 m，實際完鉆井深為6300.83 m，實測井底溫度260 ℃。井裸眼段長、地層為火山巖與泥頁巖夾層發(fā)育，易剝落掉塊。

3.1 四開4610～6320 m井段

3.1.1 四開4610～5020 m井段

3.1.1.1 鉆井液的配制

四開前將泥漿罐、循環(huán)槽及相關(guān)管線徹底清洗干凈，由于在4610～5020 m井段井底溫度lt;220 ℃，所以鉆井液以抑制地層泥頁巖造漿、穩(wěn)定井壁為主，因此按照以下配方：90%白油+4%VERPLUS+2%HTEMUL+1SUPEMUL+1%AXWET+3%HTCOTROL+2%VERCOTROL+4%石灰+10%CaCl2溶液(30%水濃度)。配制密度為1.15 g/cm3的油基泥漿290 m3，儲備90 m3密度為1.50 g/cm3的壓井液，以備鉆遇高壓油、氣層時應(yīng)急使用。

3.1.1.2 維護(hù)處理

鉆井液量的維護(hù)以補充新漿為主，杜絕直接向循環(huán)系統(tǒng)加入大量的處理劑和配漿材料，避免鉆井液性能出現(xiàn)大的起伏，同時根據(jù)性能的變化用處理劑對循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的泥漿處理調(diào)控，保持性能的相對穩(wěn)定，滿足井下要求。

主要措施：

(1)保證四級固控設(shè)備使用率，主要利用好一級固控設(shè)備，盡可能更換最高目數(shù)的篩布，控制泥漿的過流面積在75%左右，振動篩和除沙器的使用率要達(dá)到100%；

(2)定期向鉆井液中補充VERPLUS(有機(jī)土)，以維護(hù)鉆井液的粘度和切力，將鉆井液漏斗粘度控制在75～85 s；

(3)定期加入CTCOTROL和VERCOTROL控制高溫高壓濾失量在6 mL以內(nèi)，提高鉆井液的攜砂能力，確保井眼清潔。

3.1.2 四開5020～6320 m井段

3.1.2.1 鉆井液的配方

當(dāng)鉆至5020 m以后，井底溫度達(dá)到220 ℃以上，粘度、切力、破乳電壓下降明顯，為防止出現(xiàn)井壁剝落掉塊的復(fù)雜情況，決定采用密度為1.20 g/cm3的抗260 ℃鉆井液配方，在基礎(chǔ)配方的基礎(chǔ)上對高溫保護(hù)劑的加量進(jìn)行研選，基礎(chǔ)配方為：90%白油+6%VERPLUS+3%HTEMUL+2%SUPEMUL+1.5%AXWET+4%HTCOTROL+3%VERCOTROL+5%石灰+10%CaCl2溶液(30%水濃度)。加入高溫保護(hù)劑進(jìn)行鉆井液性能測試，試驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 高溫保護(hù)劑研選(260 ℃/16 h)

從表6可以看出高溫保護(hù)劑加量1%和2%條件下，均可提高鉆井液的粘度和切力。因此，實際操作中可根據(jù)鉆井液老化后的流變參數(shù)酌情加入高溫保護(hù)劑。

3.1.2.2 維護(hù)處理措施

經(jīng)過多次現(xiàn)場小樣試驗，確定加入2%的高溫保護(hù)劑最為理想，調(diào)整后的配方使鉆井液具有合適的粘度和切力，鉆井液性能穩(wěn)定效果明顯。

(1)隨著井深的不斷增加，密度從1.15 g/cm3提高到1.20 g/cm3。

(2)井深達(dá)到5800 m以后對井底循環(huán)出來的鉆井液進(jìn)行性能檢測，根據(jù)鉆井液高溫破壞后的性能變化情況，加入1%復(fù)合型堵漏劑，進(jìn)一步提高鉆井液封堵能力。

(3)電穩(wěn)定性的維護(hù)主要通過調(diào)節(jié)乳化劑的加量來完成，為防止高溫破乳，根據(jù)實測破乳電壓數(shù)據(jù)來定期補充足夠的主乳化劑(HTEMUL)和輔助乳化劑(SUPEMUL)，同時補充潤濕劑AXWET，確保鉆井液具有良好的乳化穩(wěn)定性。

(4)結(jié)合使用CTCOTROL與CYFT-I改善泥餅質(zhì)量和增強泥漿的潤滑性。

(5)施工后期加大HTCOTROL(抗高溫降濾失劑)用量，將鉆井液HTHP失水控制在12 mL以內(nèi)，減少鉆井液濾液對地層的浸泡，對儲層進(jìn)行保護(hù)，對非儲層減少破壞。完鉆前配制15 m3高粘稠漿掃井，確保井眼凈化，滿足電測、井壁取心、下套管等作業(yè)要求。

3.2 現(xiàn)場試驗效果

(1)鉆井液流變性能穩(wěn)定，濾失性、熱穩(wěn)定性、電穩(wěn)定性、潤滑性等都比較好，保證了鉆探的順利完成。

(2)鉆井液穩(wěn)定井壁能力較強，HTHP濾失量相對較小，降低了濾液對地層的浸泡作用，井眼擴(kuò)大率2%，井眼規(guī)則，無井壁剝落掉塊現(xiàn)象。

(3)鉆井液凈化井眼能力較強，全井起下鉆暢通，電測、下套管等作業(yè)順利。

4 結(jié)論

(1)抗260 ℃白油基油包水鉆井液性能穩(wěn)定，滿足GL-1井的施工任務(wù)，是一種特別適合超高溫深井鉆井的鉆井液。

(2)鉆井液經(jīng)過高溫破壞后，通過改善鉆井液流變性能，井下復(fù)雜問題能夠得到有效解決。

(3)性能優(yōu)良、質(zhì)量合格的泥漿處理劑是保證鉆井液性能的基礎(chǔ)。

(4)鉆井液環(huán)保毒性檢測結(jié)果為無毒,對現(xiàn)場操作人員及施工周圍環(huán)境無害。

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ApplicationResearchon260℃HighTemperatureWhiteOilBasedWater-in-oilDrillingFluidinWellGL-1

RENJin-ping

(Drilling Engineering and Technology Research Institute of Daqing Drilling amp; Exploring Engineering Company, Daqing Heilongjiang 163413, China)

Well GL-1 was completed at the depth of 6300.83m. With the expected bottom temperature up to 260℃, the drilling fluid with 260℃ high temperature tolerance was used in the 6 months construction. The application shows that this drilling fluid has advantages of good temperature tolerance (260℃), strong anti-pollution ability, good lubricity with light damages to oil and gas reservoirs, is conducive to hole wall stability. The successful construction of this well provides safe and effective technical guarantee for the further exploration and development with high temperature in deep layer of Daqing oilfield.

drilling; white oil based drilling fluid; water-in-oil drilling fluid; temperature resistance

2016-08-26；

2017-09-18

任金萍，女，漢族,1982年生，主要從事鉆井液技術(shù)方面的研究工作，黑龍江大慶市鉆井工程技術(shù)研究院鉆井液分公司，49893507@qq.com。

TE254；P634.6

A

1672-7428(2017)10-0051-04