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石蠟納米乳液鉆井液技術(shù)在水平井中的應(yīng)用
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2021-11-05 15:49:23瀏覽次數(shù):1803
石蠟納米乳液在江蘇油田各區(qū)塊探井及定向井(尤其是探井)中應(yīng)用都取得了較好的效果,由于石蠟納米乳液和有機(jī)硅醇防塌劑的熒光級(jí)別低,滿足地質(zhì)錄井要求,減少了地質(zhì)循環(huán)時(shí)間。江蘇油田地處水網(wǎng)地帶,過去水平井采用原油作為潤(rùn)滑劑,環(huán)境污染嚴(yán)重,應(yīng)用石蠟納米乳液在 G6P3 和 G6P4井替代部分原油,在 W2P3 和 W2P4 井完全取代原油,均取得了成功。同時(shí),在水平井中,石蠟納米乳液還能很好地保護(hù)油氣層,避免水平井長(zhǎng)裸眼的油層井段因浸泡時(shí)間長(zhǎng)而被損害。因此,石蠟納米乳液具有很好的應(yīng)用前景。
①陽(yáng)離子乳液鉆井液(1#配方)具有很強(qiáng)的抑制性、較好的潤(rùn)滑性能、流變性能和觸變性,能滿足三垛組地層及易造漿地層的需要,且該鉆井液對(duì)固相含量、固控設(shè)備及鉆井液維護(hù)的要求均較高。為保證鉆井液穩(wěn)定,要求鉆井液 pH 值控制在 8.5~10 范圍內(nèi)。但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中,前期的濾失量控制較困難,中后期隨藥品濃度的增加,鉆井液的動(dòng)切力、初終切力均有所下降,不易調(diào)整。②復(fù)合金屬離子 - 陽(yáng)離子乳液聚合物鉆井液(2#配方)以 PMCA-2 作為主處理劑,并以 DS-301 作為絮凝包被劑和抑制劑,石蠟納米乳液作為潤(rùn)滑劑,克服了前期鉆井液的濾失量控制難、中后期動(dòng)切力不易控制的難題,且提高了膨潤(rùn)土容量限。③正電膠- 陽(yáng)離子乳液聚合物潤(rùn)滑防塌鉆井液(3#配方)充分應(yīng)用了懸浮乳液鉆井液良好的抑制潤(rùn)滑防塌性能,配加一定量的固體類防塌劑及封堵材料,能改善液體防塌劑的不足,增強(qiáng)鉆井液的封堵能力并改善泥餅質(zhì)量、阻止壓力傳遞、提高井壁穩(wěn)定性。同時(shí)利用有機(jī)硅醇防塌劑在井壁、巖屑及鉆具表面吸附形成油膜,同石蠟納米乳液一起起到潤(rùn)滑作用。在該鉆井液中配加正電膠,除了能提高整個(gè)體系的抑制作用外,還能調(diào)整該鉆井液的流變性能,提高鉆井液的動(dòng)塑比和觸變性,滿足水平井和大斜度井的攜巖要求,解決了井眼凈化、井壁穩(wěn)定和潤(rùn)滑防卡的難題。
2)石蠟納米乳液的作用機(jī)理。①抑制黏土運(yùn)移。當(dāng)納米乳液和黏土接觸時(shí),陽(yáng)離子表面活性劑中起活性作用的陽(yáng)離子和非離子表面活性劑的親水基可吸附在黏土表面,中和黏土表面的負(fù)電性,排斥具有較厚水化膜的層間陽(yáng)離子,而且這種吸附可使黏土表面的親水親油性發(fā)生改變,有時(shí)甚至反轉(zhuǎn)為親油表面。② 油膜的形成。隨著溫度的升高,納米乳液在油水界面的吸附量降低,當(dāng)溫度升到一定程度后,乳液開始破乳,原先已經(jīng)優(yōu)先吸附在井壁上的乳化石蠟由于含有大量的有機(jī)質(zhì),這些有機(jī)質(zhì)由于表面活性劑在儲(chǔ)層孔隙壁上的吸附作用,以及水力和其它因素,在井底條件下容易發(fā)生聚并成帶,并在井壁上形成油膜,極大地阻止水的侵入,從而降低黏土顆粒的運(yùn)移,而且能夠起到油層保護(hù)作用,特別是在低滲油氣藏中的應(yīng)用效果更為突出。③變形擠入及粒度匹配。由于納米乳液粒度很小,很容易擠入一些納米級(jí)的孔喉中,在孔喉中形成典型的架橋封堵,而且乳液的粒度基本與低滲和超低滲油田的一般孔隙尺寸分布相同,所以封堵更為有效。
④ 易返排。由于納米乳液是水包油型乳狀液,它不存在乳液堵塞的風(fēng)險(xiǎn),通過返排作用能夠很容易清除鉆井后殘余在儲(chǔ)層的乳化液。同時(shí)由于納米乳液的潤(rùn)滑性極佳,其封堵作用僅是暫時(shí)性的,和孔喉的摩擦系數(shù)較低,極易清除,不會(huì)對(duì)油層造成傷害。
3)石蠟納米乳液配套鉆井液的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)措施。
①在三垛組地層用陽(yáng)離子乳液聚合物轉(zhuǎn)型時(shí),控制鉆井液的膨潤(rùn)土含量在 3.5%~4.5% 之間,防止膨潤(rùn)土含量過高,轉(zhuǎn)型時(shí)發(fā)生黏度高、甚至絮凝分層的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)型時(shí),可先加水稀釋,降低鉆井液膨潤(rùn)土含量,再配成濃度為0.6%~1.25% 的溶液加入,在 1~2 個(gè)循環(huán)周內(nèi)轉(zhuǎn)型成功。②轉(zhuǎn)型成功后可加入 0.5%~0.8% 的 NH4-PAN 進(jìn)行降濾失處理,在三垛組地層鉆進(jìn)過程中,要及時(shí)補(bǔ)充陽(yáng)離子乳液聚合物和降濾失劑,增強(qiáng)鉆井液抑制劑的包被性能,控制鉆井液的膨潤(rùn)土含量,使用好固控設(shè)備,特別是提高離心機(jī)的使用效率。由于聚合物為正電性,開始時(shí)降濾失困難,可補(bǔ)充一定量的超細(xì)碳酸鈣來改善泥餅質(zhì)量。③在戴南組地層加入防塌劑 DS-302和 RHJ-1 時(shí),要以細(xì)水長(zhǎng)流方式加入,在罐面滴加,保證鉆井液性能的穩(wěn)定,防止出現(xiàn)黏度過高或過低的現(xiàn)象。在膨潤(rùn)土含量高時(shí),加入 RHJ-1 會(huì)引起黏度上升,而加入 DS-302 時(shí)會(huì)引起黏度降低,所以加入方式不對(duì),都會(huì)引起鉆井液性能的不穩(wěn)定。④在鉆進(jìn)過程中,每 100 m 可加入一定的瀝青類固體防塌劑,超細(xì)碳酸鈣配合有機(jī)硅醇類防塌劑使用,改善泥餅質(zhì)量,同時(shí)減小黏附卡鉆的幾率。⑤嚴(yán)格控制好鉆井液中陽(yáng)離子聚合物的含量,過高時(shí),會(huì)出現(xiàn)鉆井液黏度過低、流變性能不好控制、攜巖能力差、對(duì)井壁沖刷嚴(yán)重的問題??梢约尤胍欢康?.1%~0.2%復(fù)合金屬離子,在水平井中改用0.2%的正電膠,可以提高鉆井液的攜巖能力,保證鉆井液的井眼凈化能力。⑥控制好鉆井液中的 Ca2+,Mg2+含量,維持鉆井液 pH 值為 8~10,保證鉆井液性能的穩(wěn)定。⑦在水平井滑動(dòng)鉆進(jìn)過程中,盡量避免加重或加入固相類物質(zhì),防止因加入得不均勻而導(dǎo)致在大斜度井段的固相含量高,這樣容易形成巖屑床,導(dǎo)致摩阻增大,使鉆進(jìn)困難。⑧在大斜度及水平段滑動(dòng)鉆進(jìn)過程中,因進(jìn)尺慢,保持鉆井液的紊流流態(tài)更有利于攜帶巖屑。如遇摩阻大時(shí)應(yīng)及時(shí)活動(dòng)鉆具或短程起下鉆循環(huán),保證巖屑床及時(shí)地破壞并被帶出,必要時(shí)可用黏度大的鉆井液清洗井眼。⑨在水平井段復(fù)合鉆進(jìn)過程中,進(jìn)尺快,巖屑濃度高。因此必須調(diào)整鉆井液性能,提高鉆井液的動(dòng)塑比,增加鉆井液的黏度,保證鉆井液的攜巖能力。
2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用W 區(qū)塊 W2P1 井采用正電膠混原油潤(rùn)滑防塌鉆井液,完鉆井深為 2 008 m,鉆井周期為 608 h,平均機(jī)械鉆速為 6.58 m/h;W2P2 井完鉆井深為1 938m,鉆井周期為 657 h,平均機(jī)械鉆速為 6.27 m/h。
2.1 W2P3井W2P3 井是懸浮乳液鉆井液首次成功應(yīng)用于水平井的第一口井,該井完鉆井深為 2 009 m,完井周期為 437 h,平均機(jī)械鉆速為 10.08 m/h,創(chuàng)該區(qū)陳軍等:石蠟納米乳液鉆井液技術(shù)在水平井中的應(yīng)用 89塊鉆井周期最短及平均機(jī)械鉆速最快紀(jì)錄。在施工過程中井壁穩(wěn)定,起下鉆順利,滑動(dòng)鉆進(jìn)過程中摩阻小、鉆時(shí)快。鉆井液的性能見表 1。從表 1 可以看出,隨著井深的增加,鉆井液的動(dòng)塑比、動(dòng)切力和塑性黏度都在增加,在 1 236~1 550 m 大斜度井段進(jìn)入水平段之前,滑動(dòng)鉆進(jìn)多,既要保持較好的流變性,又要維持較好的攜巖能力,因此鉆井液黏度維持較低,而動(dòng)塑比也維持在較合理的范圍,保持鉆井液紊流流態(tài)更有利于攜帶巖屑 ;鉆井液的濾失量隨著井深的變化逐漸降低,但在井深 1 100 m之前的井段,鉆井液的濾失量較大,控制較難 ;隨著石蠟納米乳液及有機(jī)硅醇的加入,濾失量下降很快。在進(jìn)入油層時(shí),鉆井液的濾失量都控制得較低,這是因?yàn)樵谏喜烤问褂藐?yáng)離子乳液聚合物,其抑制能力強(qiáng)、亞微米粒子含量低等原因?qū)е聻V失量難控制。隨著井斜的增大和進(jìn)入水平井段,逐步將乳化石蠟加量增大到 3%,有機(jī)硅醇加量增大到 2%,有利于形成良好的濾餅,降低鉆井液的濾失量。
表 1 W2P3 井鉆井液性能井段 /mρ/g/cm3FV/sPV/mPa·sYP/PaFL/mL1 100~1 300 1.11~1.14 36~45 11~12 3.07~3.58 4.8~5.61 300~1 500 1.13~1.14 40~46 16~17 4.60~7.67 4.0~4.41 500~1 600 1.15~1.16 43~46 17~18 7.15~8.08 4.0~4.01 600~1 700 1.08~1.21 42~75 17~23 6.13~10.73 3.4~4.01 700~1 800 1.11~1.20 46~74 19~22 7.67~10.22 3.6~4.01 800~1 900 1.12~1.19 47~78 19~24 9.20~10.22 3.6~4.01 900~2 009 1.03~1.22 47~75 18~22 8.69~15.33 3.2~4.02.2 W2P4井W2P4 井是 W2P3 井的一口整拖叢式井,該井完鉆井深為 1 888 m,完井周期為 511 h,平均機(jī)械鉆速為 7.91 m/h。該井也使用了懸浮乳液鉆井液,鉆井過程順利、井下安全。在井身軌跡控制過程中變方位,調(diào)整井斜,在水平段找油層時(shí)軌跡不斷調(diào)整,給井身軌跡控制帶來了一定的難度,導(dǎo)致該井滑動(dòng)鉆進(jìn)比例增大,更容易形成巖屑床,給井眼清潔帶來難度。因此該井在大斜度井段和水平井段施工過程中,與 W2P3 井相比,鉆井液的動(dòng)塑比維持在較高的范圍。鉆井液的性能變化情況如圖 1 和圖2 所示。
圖 1 鉆井液塑性黏度及動(dòng)切力變化情況圖 2 鉆井液動(dòng)塑比性能2.3 存在的問題①石蠟納米乳液鉆井液在使用過程中易起泡。
且大部分為表面起泡,消泡困難。在使用過程中,前期起泡用 XPJ-Ⅱ能很好地消泡,但在后期隨著乳化石蠟含量的增加,消泡困難,對(duì)儀器信號(hào)的傳輸帶來一定的影響。②在使用過程中,上部為直井段,對(duì)潤(rùn)滑性能要求不高,乳化石蠟加量少,且因使用了抑制性強(qiáng)的DS-301,導(dǎo)致鉆井液濾失量控制較難。
3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)1. 石蠟納米乳液鉆井液在水平井應(yīng)用過程中鉆井液總耗量少、性能穩(wěn)定、維護(hù)簡(jiǎn)單,避免了鉆井液的大調(diào)整,但應(yīng)在不同的井段使用不同的鉆井液,并做好鉆井液維護(hù),控制好鉆井液成本。
2. 石蠟納米乳液鉆井液具有很好的潤(rùn)滑防卡和井壁穩(wěn)定性,流變性易調(diào)整,滿足水平井各井段井眼凈化要求。該鉆井液體系因其抑制性強(qiáng),鉆井液中的亞微米粒子含量低,能夠明顯提高機(jī)械鉆速。
3. 石蠟納米乳液鉆井液易起泡,因此還需要優(yōu)選出配套的消泡劑。