有机正电胶钻井液技术.docx

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有机正电胶钻井液技术

有机正电胶钻井液技术

大港油田钻井泥浆技术服务公司

2006年2月

有机正电胶钻井液技术

编写人：

田增艳

审核人：

黄达全

大港油田钻井泥浆技术服务公司

2006年2月

有机正电胶体系是我公司与冀东油田共同研究开发的新成果之一，并于2003年首先成功应用于冀东柳赞、高尚堡地区30余口水平井，之后该项技术在大港油田唐H2、扣H1井、港H1井等5口井进行推广应用，截止到2005年底采用该项技术共完成36口水平井，此外目前正钻井2口，待钻井1口（西H3），共计应用了38口井，形成了比较成熟的新型钻井液体系及现场工艺技术，取得了良好的应用效果。

以下就有机正电胶钻井液体系的研究及应用情况做一简单介绍。

一、有机正电胶钻井液体系作用机理

大港油田泥浆技术服务公司于一九九四年使用正电胶钻井液成功地完成了官H-2水平井的施工，正电胶钻井液体系是对油层损害最轻的钻井液体系之一，主要由于正电胶钻井液的特殊的结构与流变学性质决定的，正电胶是一种混合金属氢氧化物，正电胶钻井液通过正负胶粒极化水分子形成复合体，在毛细管中呈整体流动，很容易反排出来。

它不同于其它钻井液体系，其它钻井液体系基本上是通过负电性稳定钻井液，钻井液在流动中，不同粒径的颗粒可进入不同大小的毛细管，直至卡死为止，这样反排起来就很困难，造成渗透率不好恢复。

正电胶钻井液体系不仅具有保护油气层的特性，同时还具有井壁稳定的作用，两者相辅相成，主要体现在：

近井壁处形成静止层；正电胶与水分子的亲和力强，抑制了粘土的水化分散膨胀，从而使粘土成为惰性；改变钻井液的流变性能，满足井眼稳定、携岩的要求。

尽管常规正电胶钻井液体系有很多优点，但与有机正电胶钻井液体系相比仍存在不足，主要表现在：

无机正电胶电性不够高，且水溶油不溶；无机正电胶钻井液滤失量较大；可配伍的降滤失剂不多。

且抗温能力差；无机正电胶钻井液对降粘剂特别敏感，粘度、切力一旦被破坏，再恢复其性能就特别困难。

而有机正电胶具有更强的正电性，能被水润湿，且有油溶性，并易于与其他处理剂配伍，具有更强的页岩抑制性、稳定井壁和油层保护能力，因此，适合于水平井的勘探与开发。

二、有机正电胶钻井液体系室内研究

有机正电胶钻井液体系的主处理剂主要有：

有机正电胶、两性金属离子聚合物、铵盐、有机硅腐钾等组成，通过大量处理剂匹配实验，确定钻井液体系基本配方为：

1.03g/cm3浆+2%有机正电胶+2%GKHm+0.2%PMHA-Ⅱ+1%NH4-HPAN+2%SAS+2%防塌剂+3%细目碳酸钙+0.5%KCl，以下为对该体系的室内实验评价。

1、有机正电胶体系抗温稳定性评价

体系配方为：

1.03g/cm3浆+2%有机正电胶+2%GKHm+0.2%PMHA-Ⅱ+1%NH4-HPAN+2%SAS+2%防塌剂+3%细目碳酸钙+0.5%KCl，加重采用的是石灰石粉，表1对该体系的抗温稳定性进行评价，评价结果如下：

抗温稳定性评价表1

р

g/cm3

FV

s

FL

ml/mm

PH

GEL

Pa

AV

mPa.s

PV

mPa.s

YP

Pa

备注

1.03g/cm3浆+2%有机正电胶+2%GKHm+0.2%PMHA-Ⅱ+1%NH4-HPAN+2%SAS+2%FDTY-80+3%细目碳酸钙+0.5%KCl

1.05

34

6.4/0.5

9

1.5/3.5

28

18

10

1.05

35

6.0/0.5

9

3/6

32

22

10

120℃×16h

1.03g/cm3浆+2%有机正电胶+2%GKHm+0.2%PMHA-Ⅱ+1%NH4-HPAN+2%SAS+2%FDTY-80+3%细目碳酸钙+0.5%KCl+石灰石粉

1.20

38

6.2/0.5

9.5

2/4

34

22

12

1.20

41

6.0/0.5

9.5

3.5/6.5

38

27

11

120℃×16h

评价结果表明：

体系抗温能达120℃，性能良好，有利于现场应用。

2、抑制性评价

采用港205井1681m做岩屑回收率实验，达到88.4%，该岩屑的清水回收率为26.1%，这表明：

有机正电胶钻井液具有较强的抑制性。

3、抗污染评价

按优选出的钻井液配方配制实验用基浆，然后加入100目岩心粉，测量其常温和高温滚动后钻井液性能，以评价钻井液抗钻屑污染能力，实验结果见表2。

抗污染评价表2

ρg/cm3

FV

s

FL

ml/mm

PH

GEL

Pa

AV

mPa.s

PV

mPa.s

YP

Pa

动塑比

备注

1#：

基浆

1.05

34

6.4/0.5

9

1.5/3.5

28

18

10

0.55

1#配方+5%岩芯粉

1.09

38

1#配方+10%岩芯粉

1.12

42

1/3

35

21

14

0.66

1.12

45

1/4

39

23

16

0.69

80℃×16h滚动

2#：

1#配方+12%岩芯粉（水化16h）

1.13

45

1.5/7.5

42

29

13

0.45

1#配方+12%岩芯粉+0.5%HMP-Ⅲ（片碱调PH值）

35

10

1/3

36

26

10

0.38

通过表2的评价结果分析，该体系不仅在较高的固相容限量仍有较好的流变性能，同时有较好的稀释剂与其配伍，能保证水平井的现场施工的正常运行。

4、保护油气层效果评价

室内选用不同渗透率人造岩心，进行了渗透率恢复值评价，评价结果见表3。

不同渗透率岩心进行恢复值评价表3

岩心号

Ka

×10-3µm2

Ko

×10-3µm2

前最大突破压力

MPa

Kd

×10-3µm2

后最大突破压力MPa

恢复值

%

人造岩心

1006.11

110.5

0.03

85.0

0.08

76.92

800.67

147.80

0.05

121.17

0.09

81.98

554.12

106.23

0.03

93.97

0.05

88.46

221.11

98.34

0.02

82.92

0.04

84.32

109.32

45.78

0.03

39.73

0.07

86.78

实验条件：

70℃3.5MPa200s-12h

三、现场应用

2003年底至2005年10月中下旬，钻井泥浆公司承钻了扣H1、港H1、唐H2以及冀东油田36口水平井的钻井施工。

1、部分施工井的基本概况

见表4统计了部分施工井的基本概况。

完成部分水平井综合统计表4

井号

井深m

最大井斜

水平位移m

水平井段m

钻井完井液体系

唐H2

2039

90.090

298.24

141.49

有机正电胶钻井液

扣H1

2656

86.950

402.49

209.93

有机正电胶钻井液

港H1

2490

91.230

529.53

200.27

有机正电胶钻井液

L102-P6

2210

92.770

464.63

287.00

有机正电胶钻井液

L102-P8

2215

91.870

513.45

295.34

有机正电胶钻井液

L102-P11

2509

90.400

658.87

295.76

有机正电胶钻井液

G104-5P6

2410

93.390

655.81

193.25

有机正电胶钻井液

G104-5P1

2211.82

92.770

464.63

186.00

有机正电胶钻井液

G104-5P7

2431

89.380

998.56

204.54

有机正电胶钻井液

G104-5P10

2202

88.800

568.86

305.55

有机正电胶钻井液

G104-5P12

2531

94.740

1101.03

220.17

有机正电胶钻井液

G104-5P13

2226

94.480

607.86

255.00

有机正电胶钻井液

G104-5P15

2400

91.170

789.94

233.56

有机正电胶钻井液

G104-5P16

2427

94.160

940.1

196.05

有机正电胶钻井液

G104-5P17

2575

93.430

1163.32

193.79

有机正电胶钻井液

G104-5P18

2387

89.840

724.84

183.39

有机正电胶钻井液

G104-5P19

2438

91.690

985.86

209.22

有机正电胶钻井液

G104-5P21

2316

90.060

888.62

211.30

有机正电胶钻井液

G104-5P23

2428

94.160

1035.72

197.54

有机正电胶钻井液

G104-5P25

2043

88.780

417.93

209.07

有机正电胶钻井液

G104-5P26

2289

88.780

657.09

231.52

有机正电胶钻井液

G104-5P28

2260

93.650

753.39

241.17

有机正电胶钻井液

G104-5CP1

2132

91.000

383.05

159.58

有机正电胶钻井液

G104-5CP5

2132

90.000

626.79

123.43

有机正电胶钻井液

G104-5CP9

2234

93.500

736.18

138.76

有机正电胶钻井液

2、有机正电胶钻井液现场施工工艺

在所完成的水平井在目的层井段应用了有机正电胶钻井液，其技术措施概括为：

（1）开钻前对钻井液进行预处理，在般土浆的基础上加入铵盐、大钾、片碱。

钻进过程中将大钾、铵盐配成胶液加以维护，尤其加大了大分子的投入，有效地控制了明化镇组大段泥岩地层的造浆。

随着井深的增加，及时补充页岩油保剂、润滑防塌剂、防塌剂等处理剂,保持其在钻井液中的有效含量，改善泥饼质量巩固井壁，增强泥浆体系的润滑防塌性能，按设计要求维护好其它钻井液性能。

（2）为了保证现场施工，转型前取现场钻井液进行室内分析，选出最佳转型配方。

在进目的层井段前，按顺序加入有机正电胶钻井液的配方处理剂，将钻井液转化为有机正电胶钻井液。

（3）定向前混入原油，加入乳化剂，确保钻井液具有良好的润滑性，钻进过程中不定期补充润滑材料，确保其在钻井液中的有效含量，尽量降低泥饼摩擦系数，使其小于0.08，保证安全钻进。

（4）钻进过程中根据进尺和钻井液消耗补充有机正电胶，同时将SAS、硅腐钾、腐钾、铵盐、两性金属离子聚合物（PMHA-II）等处理剂配成胶液，用于维护钻井液，使钻井液具有强的抑制性，进入目的层后，控制钻井液API失水小于4ml，HTHP失水小于12ml。

（5）进入目的层前，逐步用石灰石粉提高钻井液密度，以保持井壁稳定及防喷。

同时按室内研究各区块油层保护方案加入油层保护添加剂，钻进过程中及时补充，保持其有效含量，保护好油气层。

（6）完钻前用SAS、稀释剂、片碱调整钻井液的粘切，完钻后搞短起下作业，下套管前甩掉仪器和马达通井，起钻前用塑料小球配封闭浆封闭裸眼井段，保证下套管施工顺利。

四、现场应用效果分析

到目前为止现场应用了38口井，已完钻井36口（庄H1、港浅10－5H资料未报），有效地解决了水平井的井壁稳定、井眼净化、润滑放卡、保护油气层等技术难题，较好地保护了油气层。

尤其在我油田实施的3口井中，现场施工顺利，所有体系表现出了良好的稳定性。

完成井中平均机械钻速13.07m/h，平均井径扩大率为6%，远远小于10%，表明井眼规则、井壁稳定，油浸时间平均小于10天，达到保护油气层的目的。

完成井的综合技术指标见表5。

试验井综合技术指标统计表5

井号

井深m

目的层

完钻周期d

井径扩大率%

油浸时间

h

平均机械钻速m/h

事故复杂

港H1

2490

馆陶

21.4

411

12.3

无

扣H1

2656

沙二

63.9

6.4

412

10.17

工程原因两次断钻具

唐H2

2039

馆陶

29.9

5.6

105.6

16.75

无

有机正电胶钻井液体系能够满足水平井对井壁稳定、井眼净化、润滑防卡和油气层保护四方面的需求，适合水平井现场施工。

1、井壁稳定效果

有机正电胶高密度的正电荷和金属离子聚合物PMHA-Ⅱ的正电荷使其与水分子的亲和力增强，抑制了粘土的水化分散膨胀，从而使粘土惰性增强，因此，有机正电胶钻井液体系具有抑制粘土分散和稳定井壁的作用。

由于它独特的流变性使其在近井壁处形成滞流层，可以减少流体对井壁的冲蚀，有利于井壁稳定。

3口井的应用表明；全井起下钻顺利，上提附加拉力为5-8t；钻进时返出的岩屑代表性强。

其中唐H2井完井钻井液密度为1.18g/cm3，而邻井完井钻井液密度为1.19g/cm3，扣H1井的完井钻井液密度为1.19-1.25g/cm3，其邻近歧H1和歧H2两口水平井完井钻井液密度为1.25-1.28g/cm3，它们均较邻井低。

由于扣H1井在初期钻井液密度太低，造成划眼，当密度提高到1.23g/cm3后，井下正常，起下钻无阻卡现象。

这充分说明该钻井液体系具有良好的井壁稳定效果。

2、井眼净化效果

有机正电胶钻井液具有独特的流变性能，其动塑比和静切力在相同粘度下较其它钻井液体系高，这使其具有较强的携岩能力和较好的静止悬浮能力。

因此，有利于防止岩屑床的形成，有利于井眼净化。

从3口井的施工过程看，钻进时振动筛返出的岩屑多且代表性强，配合固控设备的使用，钻井液密度自然增长慢，每次短起下钻和正常起下钻后返出的钻屑量比较正常，起下钻无阻、卡，拉力正常，这表明有机正电胶钻井液悬浮携砂能力强，能够满足水平井井眼净化的要求。

3、润滑防卡效果

有机正电胶钻井液本身具有很好的润滑性，钻井施工中钻井液保持6-8%的含油量，使泥饼摩阻系数小于0.08，起下钻顺利，接单根正常，上提附加拉力最大为8－15t。

电测顺利，唐H2井采用电缆输送测井时仪器下到了井斜600井段，挂尾管施工正常，这说明所用钻井液润滑防卡效果较好。

4、油气层保护效果

有机正电胶具有高密度的正电荷，有机正电胶钻井液具有独特的流变性、适宜的滤液矿化度，它具有特殊的钻井液结构，在毛细管中呈整体流动，形成“豆腐块”状暂堵物，可以很容易地反排出来，因此，有机正电胶钻井液是油层保护效果最好的钻井液体系之一。

广谱型屏蔽暂堵保护油气层技术是根据储层孔喉分布特点，选择适当粒径的油层保护添加剂，调整钻井液的固相粒度分布，使之与油层孔喉直径分布相符，最大限度地保证了钻井液中的大颗粒的含量，实现了有效暂堵，确保了封堵效果，因此有机正电胶钻井液体系与广谱保护油气层技术有机的结合可以实现最大限度的保护油气层效果。

表6－8是从现场取回井浆进行跟踪评价部分水平井的评价结果。

井浆加入油保材料前后渗透率恢复值对比分析表6

井号

井深

m

Ka

×10-3µm2

Ko

×10-3µm2

Kd

×10-3µm2

恢复值

%

实验温度

℃

备注

扣H1

2183

282.08

118.24

50.68

43

70

加前

2532

280.26

70

58.42

83.46

70

加后

67．26

96.09

70

切1cm

唐H2

1386

863.10

130.8

59.6

45.57

70

加前

2007

817.40

124.9

102.02

81.68

70

加后

118.07

94.76

70

切1.5cm

港H1

1750

712.68

114.8

76.5

66.6

70

加前

2070

734.79

128.5

109.1

85.56

70

加后

123.9

97.18

70

切1.5cm

加入油保材料前、后钻井液性能表7

井号

井深

m

密度

g/cm3

粘度

s

中失

ml/mm

PH值

GEL

Pa

PV

mPa.s

YP

Pa

HTHP

ml/mm

备注

扣H1

2183

1.17

49.5

3.2/0.5

9.5

0.5/1.0

22

3.5

8.8/1.5

前

2532

1.25

64

2.0/0.5

9

2.0/9.5

31

10.5

4.8/1.5

后

唐H2

1386

1.16

69

5.6/0.5

9.5

2.0/6.5

19

13

10.8/2.0

前

2007

1.20

67

3.8/0.5

9.5

3.0/4.0

29

14.5

10/2.0

后

港H1

1750

1.21

56

5.0/0.5

9

1.5/4.5

26

9.5

12.4/1.5

前

2070

1.22

87

2.4/0.5

9

2.0/5.5

37

15

8.2/1.0

后

HTHP动滤失量表8

井号

井深m

HTHP

动滤失量ml

实验条件

备注

转速

s-1

温度

℃

压力

MPa

时间

h

唐H2

1386

4.0

200

70

3.5

2.5

加后

2007

2.1

200

70

3.5

2.5

加前

扣H1

2183

5.3

200

70

3.5

2.5

加后

2532

2.9

200

70

3.5

2.5

加前

港H1

1750

4.6

200

70

3.5

2.5

加前

2070

1.7

200

70

3.5

2.5

加后

现场应用表明：

油层保护添加剂加入后钻井液的API滤失量非常低，只有3ml左右，高温高压滤失量也降到了12ml以下，几乎没有瞬时失水，采用超低渗透保护油气层技术的井砂床滤失量为0。

所跟踪的3口水平井平均油层渗透率恢复值达到83.57%。

从试油情况看：

唐H2井初期产量为66.3t/d，扣H1井稳定产量为99t/d，均超过配产指标，收到了预期的开发效果

五、结论与认识

1、有机正电胶钻井液体系是近年来研究并应用的新型钻井液体系，目前形成了比较成熟的现场工艺技术，该体系在现场施工中所体现的优越性表明了其生命力及推广应用前景。

2、有机正电胶钻井液体系由于其特殊的钻井液结构、独特的流变性，悬浮携砂能力强，能够满足水平井、大斜度大位移定向井施工井眼净化的需要。

3、有机正电胶具有高密度的正电荷，使体系具有强抑制性，钻井液体系在环空流动剖面很独特，在近井壁处形成滞流带，可以防止流体对井眼的冲蚀，有利于井壁稳定。