玉门油田欠平衡钻井液技术

抑制性
密 度 滤失量 抗污染
• 虽然处于负压钻井状态，但吸附滤失依旧无法避免，要求钻井液具有较强的滤 液抑制性，用以抑制伊/蒙混层的水化膨胀，降低膨胀坍塌压力
• 根据邻井三压力剖面确定储层段最高坍塌压力 • 钻井液密度和充气量计算当量密度 • 确保当量密度大于坍塌压力，小于地层压力 • 欠平衡钻井过程中，地层压力大于液柱压力，滤液浸入半径较小。 • 低地层压力井段（非储层）可能产生较大的压差，造成滤液浸入较深 • 要求钻井液具有一定的抗水浸能力，地层水进入钻井液造成滤失量剧升
实测密度偏低
密度
粘切值 气泡 失水（中/高压）
实测粘切值偏高 气泡形成泥饼针孔， 造成失水偏高
固控设备
清除效率降低
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2.1.3 对欠平衡钻井液的要求
流变性
• 虽然钻井过程中有20-40方/s气体排量，但受压力影响，井底气体体积仅为3-5%， 对返速贡献较小。仍需要传统排量携岩，且受充气压力影响钻井泵压较高 • 要求钻井液具有一定的携带和悬浮岩屑能力，满足小井眼钻进需要
井 段 （m） 0-100 100-300 300-500 500-800 800-1000 1000-1400
压力梯度 (MPa/) 1.05 1.06 1.07 1.09 1.1 1.11
井 段 （m） 1400-1850 1850-2150 2150-2550 2550-2670 2670-2780 2780-2965
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二O一二年十二月
目
录
一、成果背景 二、主要研究内容 三、推广应用情况 四、取得的主要成果与创新点 五、国内外同类技术比较
六、效益分析
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一、成果背景-油层压力
酒西盆地部分完成井油层压力系数g/ml
1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 窿7 窿6 Q2-2 Q2-4 Q2-31 柳12 柳6 鸭556 鸭527 鸭540 鸭541 柳106 柳2 西参1 0.99 1.28 1.34 1.27 1.17 1.17 1.21 1.22 1.043 1.066 0.985 0.81 1.23 1.31
6.82-10.47%伊/蒙（蒙脱石）混层， 当钻井液中水浸入地层，易出现较 高的坍塌压力。
2.64
井 段 m
粘土矿物相对含量 高岭石 伊利石 14.29 64.29 12.03 9.09 67.67 54.55 57.69 88.64 87.21 绿泥石 0.00 0.00 9.09 0.00 0.00 0.00 伊/蒙间层 21.43 20.3 27.27 19.23 6.82 10.47
鸭西K1-1井预测压力梯度表
一、成果背景-井漏情况
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 589 489 510 1459
酒西盆地部分完成井油层漏失情况
青西中沟组地层压力横向分布图
1.46 1.45 1.44 1.43 1.42 1.41 1.4 1.39 1.38 1.37 1.36 1.35 1.34 1.33 1.32 1.31 1.3 1.29 1.28 1.27 1.26 1.25 1.24 1.23 1.22 1.21
Q1-3井 695 247 22 296 2400 0 740
柳10井 878 552 105 839 1896 0 700
柳北1井 0 0 124 982 2964 0 230
青科1井 0 0 0 1525 1528 0 1064.5
青西 地层 岩性 组合
云质泥岩 非特殊岩性段 石膏质泥岩 砂岩 泥岩 砾石层
钻井液流型与地面实测流
型比较接近。 中部——高返速泡状 流，呈现层流或紊流状态 井口——回压控制下的 气体弹状流，钻井液存在 下行和上行两种流态，但 总体流态呈现上升趋势。
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2.1.2充氮气欠平衡钻井特点分析
1、充气对钻井液性能的影响
气体介质 氮气
惰性气体，不影响 钻井液化学性能
80 60 40 20 0 2500 -20 3000 3500 4000 井深（m） 4500 5000 5500
窿114 窿116 柳12 柳13 Q1-3 Q1-4 Q1-5 Q1-6 Q2-55 Q2-57 Q2-59 Q2-60
分别青西、鸭儿峡两区块提
取12口、7口已钻井的井径数 据，对储层段井径从对比分析
欠平衡钻井缺点
负压差不利于平衡地层坍塌压力
受充气设备、井口设备限制，需要在接单根、 起下钻等作业时转为常规泥浆，井内压力波 动较大，不利于井壁稳定
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2.1.1酒西盆地白垩系储层井壁稳定研究 ⒈井壁稳定性研究-机理分析
青西区块取样调查井径变化曲线 120 100
井径扩大率（%）
酒西盆地白垩系地层以灰黑
色、深灰色泥岩夹粉砂岩、白 云质泥岩，富含黄铁矿、上部 以白云质泥岩及泥质白云岩互 层为主,下部为砂砾岩、白云质 泥岩与泥质白云岩互层、凝灰 质砾岩与白云质泥岩、泥质白 云岩不等厚互层。
柳6井 569 462 29 0 2730 0 780
Q1-2井 725 205 89 496 2262 0 730
2.1.1酒西盆地白垩系储层井壁稳定研究
不同含水饱和度对白垩系地层 强度的影响
7 6
杨氏模量( G P a )
钻井液流型对井底压力的影响
井底压力(MPa)
2.5 n=0.68 n=0.9
2
5 4
1.5
3 2
1
1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8
含水增量( % )
0.5
柳9井在井深4295米岩样试验得
100 100 100 100
机速 复杂
事故 测井
50
26.8
25 7 9.6
0.86 0
0
1.36 0
0
0.67 0
0
0.54
0.96 0 0.25
0.57
5
柳108
Q2-66
Q1-7
柳106
柳12ห้องสมุดไป่ตู้
柳8
鸭西区块勘探一直未能取得较大突破，2007年柳106等欠平衡井出现重大 发现，2010-2011年该区开始大规模部署欠平衡钻井，在发现油层、减少油层 漏失、提高机械钻速等方面，欠平衡钻井成为勘探开发一把利器。
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2.1.1酒西盆地白垩系储层井壁稳定研究
2、粘土矿物含量及岩石力学分析
取心深度 密度 (g/ml) 抗压强度， MPA 334.694 377.566 356.498 375.592 361.088 258.153 263.431 271.175 256.618 262.344 实验结果 弹性模量 ×104 MPA 3.610 3.524 3.488 3.703 3.581 2.987 3.175 2.988 2.901 3.013 泊松比 0.242 0.214 0.217 0.261 0.234 0.318 0.303 0.244 0.279 0.286 S% （I/S） 35 35 40 40 30 25
0
出：杨氏模量随着含水量的增 加而减小，因此可以推断，岩
0
10
20
30
40
50 时间(s)
钻井液流型指数越接近1，对井
石的强度也会因杨氏模量的迅
速下降而减小
底压力影响越小，越有利于井
壁稳定
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2.1.2充氮气欠平衡钻井特点分析
1、充气对钻井液流态的影响
PV n T
井底钻井液性能——贴 近实测钻井液性能，充气
岩心的三轴应力试验表明：岩石 具有明显的塑性特征，这主要是由 于下沟组储层岩石中的粘土矿物含 量较高所致。 岩石矿物分析表明：储层岩心含
3487M 平均值 4158M～ 4160M 平均值 序 号 1 2 3 4 5 6 井 号 窿1井 窿1井 窿3井 窿3井 柳102 柳102
2.70
有25-30%的伊/蒙（蒙皂石）混层、
压力梯度 (MPa/) 1.12 1.13 1.14 1.15
井 段 （m） 2965-3110 3110-3490 3490-3585 3585-3650
压力梯度 (MPa/) 1.15 1.1 1.11 1.14
较低的油层压力，造成 钻井液污染油层、井漏复 杂、压死油气层使其难以 被发现等困难
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一、成果背景—初步应用情况
欠平衡钻井优点
欠平衡钻井有利于发现油气层 有利于降低或消除井漏复杂、粘卡 事故 低密度钻井液不利于携岩及悬浮岩屑 有利于提高钻井机速 有利于保护油气层减少后期采油改 造油气层费用 减少钻头重复切削磨损钻头，延长 使用寿命 负压钻井有利于减少钻井液浸入半 径 低密度钻井液要求低固相、低坂含，再加上 压力波动，不利于形成良好泥饼
335
267
184
107
0
青西区块自2006年开始几乎每口井储层均发生油层漏失，采用堵漏提高承压，
为了稳定上部地层，钻井液密度远超过储层当量密度，造成油层污染。
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一、成果背景—初步应用情况
2011年欠平衡井与部分井指标对比
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
0 1000 2000 厚度(m) 3000 4000 5000
云质泥岩 非特殊岩性段 石膏质泥岩 砂岩 泥岩 砾石层 鸭西1井 0 0 113 1307.5 2684.5 720 鸭西2井 191 0 264 859 1583 500 鸭西111井 744 0 69 1388 1995 600
鸭西 地层 岩性 组合
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30 20 10 0 -10 1700 -20 -30 -40
2.1.1酒西盆地白垩系储层井壁稳定研究
1、地层岩性组成
0 1000 2000 厚度(m) 3000 4000 5000
云质泥岩 白云岩（标志层） 石膏质泥岩 粉砂岩 砂泥岩 非特殊岩性段 砾石层
云质泥岩 白云岩（标志层） 石膏质泥岩 粉砂岩 砂泥岩 非特殊岩性段 砾石层
配方形成
40%原井浆+0.4%CHM +0.5%小阳离子 + 3-4%HS-1 +1-3%HS-2+2-3%MFG1+0.5% CaO +1-2%润滑剂+2%磺化沥青
井深 m 密度 g/cm3 粘度S 失水ml HTHP mm G1/G1 Pa PV mPas YP Pa PH 含砂 % Ca2+ mg/l 固相 % MBT g/l
层坍塌压力系数1.07，地层压力系数
虽然酒西下沟组地层由于地层年代 及埋深作用，机械强度较大，有较 高的清水回收率，但由于较高的蒙 脱石含量，仍然有10-15%的膨胀率。
1.25，两者差距较小；且该段存在 71-93.9Mpa的水平地层应力，在钻
井过程各压力影响下，易出现井壁失
稳现象。
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发现：两区块储层段井径整体
呈现井径扩大规律，其中，青
鸭儿峡区块取样调查井径变化曲线 50 40
井径扩大率（%）
鸭西113 鸭西112 鸭西111 鸭西1 2100 2500 2900 3300 3700 4100 4500 4900 鸭西3 鸭949 鸭深1 井深（m）
西区块最大扩大率107.46%， 平均扩大率18.57%，鸭西区 块最大扩大率42.35%，平均 12.86%。
• 采油低水分析该区油层水氯根含量高达50000-70000mg/L，要求钻井液具有一 定的抗盐能力
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2.2 欠平衡钻井液配方室内评价
1、配方及性能确定
• 阳离子钻井液体 系
区域参考
• 青西小井眼开窗 侧钻井 • 2011欠平衡钻井
• 已完成欠平衡井 • 欠平衡要求
配方基础
4095-4099
钻井过程中表现为，先塑性变形， 后膨胀坍塌。
4581 4115 4116
23.08 4.55 2.33
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2.1.1酒西盆地白垩系储层井壁稳定研究
3、岩样回收率及压力剖面研究
柳9井1000米以下地层清水回收率与24h膨胀率

柳9井地层压力剖面
柳9井地层压力剖面显示：白垩系储
欠平衡井 段
1.15
80 / 100
<8
<12
4-8 / 8-15
15 / 20
10 / 20
9 / 10
≤0.4
400 / 600
≤ 15
45 / 60
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2.2 欠平衡钻井液配方室内评价
2、配方室内评价
配方抑制性评价
100 80 60 40 20 0 清水回收率 配方回收率 清水膨胀率 配方2h膨胀率 配方16h膨胀率 15 10 85 87.6 92.6 94.5 白垩系中沟 白垩系下沟