低密度白油基钻井液在欠平衡钻井中的应用

低密度白油基钻井液在欠平衡钻井中的应用摘要:叙述了一种低毒矿物油(白油)钻井液的应用情况,包括其配方研制、安全性研究及现场应用时的性能控制及使用效果。

关键词:白油基钻井液欠平衡钻井天然气井边喷边钻

白油是一种低毒矿物油,白油基钻井液不仅具有其它油基钻井液的所有特性,而且还具有低毒、安全、保护环境等优势[1],本文主要叙述了低密度白油基钻井液体系在新疆油田探井金龙3井和金龙4井三开目的层为天然气井欠平衡钻井工艺中的应用情况。金龙4井3711m 点火至4250m完钻,实现了“边喷边钻”,真正意义上实现了欠平衡负压钻井,最大限度的减少了对天然气层的损害。

1 地质和工程简述

金龙3井是新疆油田准噶尔盆地西部隆起克百断裂带下盘581井西断块上布置的一口预探井,目的层位岩性为白色、灰褐色、灰绿色凝灰岩及凝灰质碎屑岩。金龙4井是新疆油田准噶尔盆地西部隆起东北翼克83井南断块圈闭上布置的一口预探井,目的层岩性为灰黑色泥岩与灰色、深灰色凝灰质砾砂岩互层,下亚组主要岩性为安山质、火山角砾岩及砂砾岩与泥岩或凝灰岩互层。

金龙3井完钻井深3350m,三开实际进尺1114m。根据设计要求配制密度0.92g/cm3钻进,钻至2400m时,井下出水严重,根据井下安全

需求逐渐将钻井液密度提高至1.22g/cm3,采用了超级凝胶等堵水措施将密度降低至1.16g/cm3完钻。

金龙4井完钻井深4250.00m,三开进尺688m。三开欠平衡井段使用低密度白油基钻井液,钻进过程地层压力系数为 1.00～1.09,钻进过程中使用的钻井液密度为0.93～0.97g/cm3,3711m开始点火,采用边喷边钻的方式直至完钻,真正意义上全井段实现了欠平衡钻进。

2 室内研究

2.1 配方的确定

针对金龙3井、金龙4井天燃气欠平衡钻井的需要,确定使用低密度白油基钻井液体系,通过室内实验研究,筛选出适合该地层特点的低密度白油基钻井液配方:如表1所示。

2.2 安全性研究

如表2所示。

5#白油的闪点大于105℃,添加各种处理剂和盐水配置成油基泥浆后,闪点大于300℃,苯胺点86℃,相对柴油安全性较高,5#白油是低毒矿物油,LC50-96h值大于1000000mg/l,对人体无毒及其它生物和环境基本无毒。现场施工未发生任何安全和环境污染事故,相对柴油等非矿物油更安全、环保。

根据实验室微量白油热解-气相色谱分析谱图(图1)特征:峰形呈为基线明显抬升规则梳状峰,出峰时间为16分钟开始、40分钟结束。出峰温度为90℃～276℃。主要碳数分布范围nC14-nC24,与天然气nC1-nC4有明显区别。

经测量后效和气测异常时钻井液性能与正常时钻井液性能比较,性能无明显变化,天然气循环到地面后不会在钻井液中大量溶解和聚集。

金龙4井欠平衡钻进中边喷边钻,连续测量除气器脱气后的钻井液密度等性能均无变化,与正常钻进时相等;经液气分离器后,录井监测气测下降明显,可见白油基钻井液在发生气侵的时候,经液气分离器后就可以很快被脱离出来,不会在白油基钻井液中溶解和聚集,不影响天然气层的发现。

3 现场应用及性能控制情况

3.1 现场配置

3.1.1 现场配置工艺

(1)按照设计配方在白油中加入主乳、辅乳、润湿剂、有机土,循环均匀;

(2)补充20%CaCl2水溶液,调整油水比至90:10;

(3)按设计要求比例加入降滤失剂、天然沥青粉和石灰;

(4)调整钻井液性能至设计要求。

3.1.2 设计性能与实际性能

如表3所示。

3.2 白油基钻井液主要性能的控制和维护

3.2.1 密度的控制

白油基钻井液现场配制密度可以达到0.90g/cm3,有利于欠平衡钻进的实现,同时,密度具有可控性。金龙4井正常钻进时钻井液密度0.93g/cm3,提钻时,配制密度1.16g/cm3的压井液,确保井下安全;下钻到底后,通过固控和补充白油等措施,2～3循环周内,将钻井液密度恢复至正常钻进时密度。合理使用固控设备,振动筛使用120～200目筛网,可一次清除74mm以上的固体颗粒。

3.2.2 流变性的控制

金龙3、4井都是直井,尽可能维持低的流变性和携砂能力以获得最大的钻速。流变性控制是经过大量室内试验,确定有良好流变性的钻井液配方。在现场,要求控制好固相和油水比,通过补充白油稀释,补充乳化剂和润湿剂来调整白油基钻井液的流变性。

(3)电稳定性及油水比的控制

电稳定性是衡量油基钻井液稳定性的一个重要参数。破乳电压的大小通常跟油水比、电解质的浓度、水润湿固体、处理剂、剪切状况、温度等有关。油水比降低,破乳电压下降,反之升高。

金龙3井钻进至2318～2410m时,地层水入侵,油水比由91∶9下降至70∶30,电稳定性也大幅度下降。其处理方法是:提高比重,平衡地层压力,防止地层水的侵入,补充白油,提高油水比,再按设计比例补充处理剂,使电稳定性逐步上升。若油水比过高,则采用补充盐水的方法控制油水比90:10,以确保钻井液具有良好的粘切力。

3.3 使用效果

(1)井壁稳定,防塌效果好;2口井井径规则,钻进中提下钻无任何阻卡,金龙3井平均井径扩大率仅0.05%,金龙4井平均井径扩大率0.31%。

(2)水侵后钻井液性能依然稳定。现场检测性能表明(如表4),本白油基钻井液体系在低密度欠平衡钻井中油水比达到70:30时破乳电压仍高于500V。

(3)金龙4井试油成果。金龙4井2007年9月27日对井段3800～3814m射孔,4mm油嘴中压分离器试产,自喷投产日产气最高达13.16×104m3。

4 结论

(1)低密度白油基钻井液可以应用于天然气井,不会影响气层发现和引发安全问题。

(2)白油基钻井液性能稳定,防塌性能好,安全性较高,低毒环保,保护油气层等特性可较好替代传统油基钻井液。

(3)白油基钻井液密度现场可以配制密度约0.90g/cm3,是地层当量密度在1.0g/cm3左右油气井中欠平衡钻井施工最佳工作液。

(4)本体系钻井液对于水侵具有一定的局限性,油水比最大70:30。

(5)对于单口井来说,初配成本偏高,但可重复使用,单井钻井液成本逐渐降低。

参考文献

[1]鄢捷年.钻井液工艺学.石油大学出版社.2003,3:236-270.

[2]彭放.低毒油基钻井液钻井液在南海西部的应用,钻井液与完井液,1996,13(6),28-32.