水包油钻井液国内研究应用进展

水包油钻井液国内研究应用进展
马　勇1　崔茂荣1　孙少亮2
(11西南石油学院　21辽河石油勘探局)
摘　要　对目前适合于深井欠平衡钻井作业的3类钻井液体系进行综合分析,从抗油、抗水侵能力、成本等角度出发,得出使用水包油钻井液体系最为合适,其配制方法简单,不需配备复杂设备,抗温能力强,流动性好,滤失量低,稳定井壁能力较强,抗水油侵能力强,润滑作用好,对储层伤害小,不影响电测和核磁测井,对环境污染小。

文中对水包油钻井液体系的应用范围和基本组成,其乳状液的稳定机理,以及该体系的乳化剂使用特点进行了介绍,论述了近年来国内对该钻井液体系的研究应用现状,简要阐述了其可能的发展趋势。

关键词水包油钻井液欠平衡钻井深井乳化剂应用现状发展趋势
引言
目前多数油藏已进入开发后期,地层压力系数大幅度下降,钻井工作难度往往较大,对钻井液的要求明显高于开发前期。

此外,一些新发现的区块在钻探井时,为及时准确地发现新的油气藏,更有效地开发油气资源,多实施欠平衡钻井作业,以最大限度地保护储层。

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适合于欠平衡钻井作业的工作流体大致可分为3类。

气体类钻井液:密度小于015g/c m3,需配备专用充气设备,投入大,抗地层出水、油侵能力差,而且对于太深的井,气液比太小,密度太低不能满足钻井要求;气液比太大,对设备的要求更高,不易实现欠平衡钻井的需要,还易引起井下着火与爆炸,造成井下钻具破坏。

油基类钻井液:密度不低于016g/c m3,无需配备专用设备,利用现有设备即可实现欠平衡钻井,但成本较高,抗水、气侵能力差。

水基类钻井液:密度不低于015g/ c m3,利用现有设备即可(充气钻井液除外,需配备专用设备),抗油、气、水侵能力较强。

密度减轻剂体系成本较高。

微泡沫钻井液体系受井深的限制,极限井深大约为3000m[1]。

作为一种深井低密度欠平衡水基钻井流体,水包油钻井液既保持了水基钻井液的特点,又具备了油基钻井液的特点,适合于深井欠平衡钻井作业。

1　体系简介
水包油钻井液体系主要用于解决一些低孔低渗、缝洞发育易井漏、地层压力系数低的储层保护问题和深井欠平衡技术难题[2,3]。

水包油钻井液是将一定量的油分散在淡水或不同矿化度的盐水中,形成一种以水为连续相、油为分散相的水包油乳状液。

它由水相、油相、乳化剂和其它处理剂组成,其中水相是外相,油相是内相,以高闪点、高燃点和高苯胺点的矿物油(如柴油、原油和白油)为主。

其优点如下[4～13]:①体系性能稳定,抗温能力强,流动性好,滤失量低,稳定井壁能力较强;②其密度低于普通钻井液体系,欠平衡钻进时对储层损害极小,有利于解放油气层,提高油气井产能;③有助于防止井漏的产生和机械钻速的提高,不影响电测和核磁测井;④较之泡沫和充气钻井液体系而言,其在使用过程中不需配备复杂设备,且性能上容易监测、控制和调整;⑤润滑作用好,可减少对泥浆泵的损害;⑥较纯油基钻井液成本低,对橡胶件的损害小,对环境污染小。

4断块油气田
2006年1月 F AULT2BLOCK O I L&G AS F I ELD 第13卷第1期
3收稿日期　2005-09-21
第一作者简介　马勇,1982年生,西南石油学院在读硕
士,现从事油气井工作液化学、井壁稳定、堵漏方面的研究。

地址
(610500):四川省成都市新都区西南石油学院硕2003级2班,电
话:(028)83030619,E-mail:j oej oe3215@sina1com。

2　乳化剂使用特点
水包油乳化钻井液是一种热力学不稳定体系,影响其稳定性的最主要因素是乳化剂[4]。

乳化剂是决定形成何种类型乳状液的最重要因素,它的正确选择是所形成乳状液体系稳定的关键。

乳化剂分子作用力大,界面膜强度高,乳状液越稳定[5]。

一般不采用单一的表面活性剂作为乳化剂,因为复合乳化剂能够在油水界面形成强度很高的界面膜[4,5],这层膜为复合膜,不易破裂,更有利于乳状液的稳定。

绝大多数用于水包油乳化钻井液的乳化剂是水溶性表面活性剂,其HLB值一般介于8～18,即乳化剂的亲水性大于亲油性,外相水化膜的厚度大于内相油溶剂化膜的厚度,但为了形成密堆复合膜和增强乳化效果,有时也使用HLB值小于8的表面活性剂作为辅乳化剂。

除乳化剂外,水包油乳状液的外相粘度、内相性质及浓度、界面电荷及固体粉末的加入等也是影响乳状液稳定的主要因素[5]。

3　国内应用现状
华北油田于1992年利用水包油钻井液钻成了我国陆上第一口中曲率半径水平井———任平1井[6],所用低密度、高油水比水包油乳化钻井液是针对华北冀中碳酸盐岩裂缝性低压油藏钻水平井设计的,以往该地区打直井用密度1103g/c m3左右的水基钻井液打开油层,几乎都发生不同程度的井漏,严重时有进无出,改用清水强钻完井。

该钻井液采用水包柴油的方式,其配方主要含有2种增粘剂、1种降失水剂和主、辅乳化剂,油水比基本控制在60∶40～40∶60,乳化性能稳定,室内评价该水包油钻井液抗温最高为120℃。

该钻井液从272015m三开钻至3180m完钻,井斜从40°增至9316°,全井提放无阻卡,钻井液润滑性能良好,粘度、切力易调整,维护简单,基本做到了不漏、少溢而不喷,为潜山低压裂缝性碳酸盐岩地层的防漏和油层保护创出了一条新路。

此外,1995年在此基础上采用原油作为油相,降低了成本,并提高了水包油钻井液体系的抗温性和润滑性[5]。

此低密度、高油水比(7∶3)水包原油钻井液在任平2井三开井段进行了成功应用,未出现遇阻卡,下钻下不到底等现象,且在钻进时井场无除泥器,除砂器也不能正常工作,使用孔径011mm的振动筛布即可有效地清除固相,该低密度水包原油钻井液抗温达120℃。

为了解决静北地区古潜山油藏的井漏和油层损害问题,辽河油田于20世纪80年代末开始研究水包油钻井液[7]。

静北潜山是沈阳油田的主力产油层之一,属于裂缝性油藏。

水包油型乳化完井液在该区块16口井二开钻进中进行了应用,较好地保护了油层,提高了机械钻速,解决了一些井下复杂情况,获得了良好效果,后来在茨榆坨、海外河潜山等地区推广应用。

近年来又针对稠油油藏研制出了卤水水包油完井液[8],卤水用5% NaCl+2%KCl+3%NH4Cl+5%CaCl2组成,油选用柴油,油水比控制在1∶9～3∶7,用阳离子OT作主乳化剂,加量1%,用ДY作辅乳化剂,XC作增粘剂,改性淀粉作降滤失剂,氧化沥青、石灰石粉和超细盐作封堵剂,抗温100℃。

大港油田华德泥浆公司于1999年研制出了水包原油钻井液体系,抗温达150℃,在大港油田西G2井的欠平衡钻井中进行了应用[8]。

该井井底温度约98℃,储层压力系数预测值为0194,现场使用时钻井液密度控制在0185～0190g/c m3,油水比为6∶4,满足了欠平衡钻井的要求,但是在打开储层后水层被打开,大量地层水侵入到钻井液中,破坏了稳定性,钻井液密度上升到0198～110g/c m3,被迫采用清水钻进。

中原油田近年才开始研究水包油钻井液,研制的抗高温低密度水包白油钻井液在文留地区古潜山构造文古2井深井欠平衡钻井过程中首次进行了应用[9],油水比为6∶4,抗温达160℃,润滑性好,抗污染能力强,携砂效果良好,起下钻畅通无阻,保证了井下安全,钻井液密度始终低于地层孔隙压力,实现了真正的欠平衡钻井,电测一次成功率100%,同时该体系具有无荧光特性,对探井地质资料录取无影响。

此外,其研制的水包柴油钻井液和水包原油钻井液在塔里木油田的一口超深水平评价井———解放128井得到了成功应用[4],该井钻至5280195m发生井漏,前后共发生11次严重井漏,钻井液密度为1112g/c m3时喷漏同存,采用0195～0198g/c m3的水包油乳化钻井液(油水比4∶6)成功进行了300m水平段的欠平衡钻进,后获高产油气流。

胜利油田研制的盐水水包原油钻井液体系在
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第13卷第1期 马　勇等1水包油钻井液国内研究应用进展 2006年1月
江汉油田第一口中曲率水平井———该井得到了成功应用,该井位于潜江凹陷北部王场构造高部位车档断层,水平段采用欠平衡钻井技术[10]。

定向造斜段和水平段施工过程中,饱和盐水水包油钻井液有效降低了钻柱和井壁的摩阻和扭矩,起下钻畅通无阻,携岩能力强,保护了产层,投产后效果明显。

自1994年以来,胜利油田50多口水平井、高难度定向井采用了S N-1水包油钻井液,其中一般井选用原油作润滑剂,探井选用白油或无荧光润滑剂[11]。

S N-1水包油钻井液乳化稳定性高,润滑性能好,粘卡复杂事故少。

大庆油田于2000年首次使用水包柴油钻井液体系进行欠平衡钻井,在宋深101井三开欠平衡井段得到了成功应用[14]。

19次起下钻作业均正常,无粘卡现象,电测一次成功,欠平衡井段平均井径扩大率6%,大大低于以往该层位使用正电胶钻井液时的井径扩大率。

该水包柴油钻井液油水比65∶35,乳化稳定性好,抗温达到150℃,且机械钻速高,携岩能力强,岩屑返出正常,录井、测井等作业均能正常进行,具有较强的稳定井壁能力。

在卫深5井的欠平衡钻井中又成功进行了应用[15,16]。

卫深5井位于徐家围子断陷西北部,欠平衡井段应用水包油钻井液后,井下复杂事故少,起下钻顺利,主要产层营城组平均井径扩大率5198%,井壁稳定状况良好,且有效地解决了该层位特殊孔隙结构火山岩储层在钻探过程中易受污染的问题,保护了储层,及时发现了高产工业气流,提高了深井钻井速度。

中海石油技术服务公司与北京石油勘探开发科学研究院共同研制出了PF-Plus水基阳离子聚合物水包油钻井液,油相含量只有10%,该钻井液体系在渤海绥中36-1油田进行了应用,油层岩心渗透率的恢复值由原来普通钻井液的6215%提高到87%,保护油气层的能力较强。

4　发展趋势
水包油钻井液在一些油层压力系数低、井漏严重的储层中得到了很好的应用,其未来的发展方向为:
(1)研制抗温能力强、抗盐能力好、环保的新型低成本乳化剂,从而也就能提高水包油钻井液体系高温高压、高矿化度条件下的稳定性。

(2)加强水包油钻井液体系稳定机理方面的研究,以提高其承压、抗温、抗盐能力,从而提高水包油钻井液体系在深井欠平衡钻井完井作业中的推广应用价值。

(3)深入研究高温高压下体系的密度变化趋势以及在现场使用过程中如何实时监测其密度变化,从而为实现真正的欠平衡钻井作业提供强有力的支持。

(4)建立一套系统的、简易可行的评价水包油钻井液体系稳定性的方法。

参考文献
1　马勇,崔茂荣,孙少亮等1可循环微泡沫钻井液体系1特种油气藏,2005,11(2):5～8
2　王宇1辽河古潜山欠平衡钻井技术的应用1特种油气藏, 2004,11(6):61～64
3　苏秀纯,赵庆译1可逆的逆乳化钻井液———钻井液技术的重大飞跃1国外油田工程,2001,17(4):18～24
4　钱殿存,王晴,王海涛等1水包油钻井液体系的研制与应用1钻井液与完井液,2001,18(4):3～6
5　左凤江,庄立新,杨洪等1低密度水包原油钻井液的应用1钻井液与完井液,1996,13(5):35～37
6　续丽琼,赵翰宝1用于钻水平井的低密度水包油乳化钻井液1油田化学,1993,10(3):204～208
7　刘榆1水包油型乳化完井液的研究与应用1钻井液与完井液,1989,6(4):62～66
8　张高波,黄新成,史沛谦等1中国低密度欠平衡钻井液研究应用现状1钻采工艺,2002,25(6):74～76
9　张高波,徐家良,史沛谦等1抗高温低密度水包油钻井液在文古2井的应用1钻井液与完井液,2002,19(3):30～32
10柴金鹏,成效华,吕振华等1欠平衡水平井王平1井饱和盐水水包油钻井液技术1钻井液与完井液,2002,19(4):29～41
11王富华,鄢捷年,蒋官澄等1S N-1固体乳化剂的室内研究及现场应用1钻井液与完井液,1995,12(4):16～19
12张锐,邱正松,王瑞和等1深井水包油钻井液高温高压密度特性模拟实验研究1钻井液与完井液,2002,19(3):36～40
13周福建,刘雨晴,杨贤友等1水包油钻井液高温高压流变性研究1石油学报,1999,20(3):77～81
14耿晓光,郑涛,郝立志1水包油钻井液在宋深101井负压钻井中的应用1石油钻探技术,2001,29(4):44～45
15周英操,王广新,翟洪军等1欠平衡钻井技术在大庆油田卫深5井中的应用1石油学报,2003,24(6):90～97
16周英操,王广新,翟洪军等1卫深5井欠平衡钻井实践1石油钻采工艺,2003,25(2):17～20
(编辑　赵卫红)
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2006年1月 断块油气田 第13卷第1期
FAU L T2B LOCK O I L&GAS F I E LD Vol.13　No.1　Jan1　2006
ABSTRACT
Research Progress on the Respon se to the Tecton i cs and Sed i m en t i n Forel and Thrust Belt
Tong D i a n jun(I n stitute of Sed i m en t ary Ba si n and M i n era ls,Ch i n a Un i versity of Geosc i ences,W uhan 430074,Ch i n a),Yang Hua i zhong and W u M e ili a n et a l. P.123
Foreland thrust belt is the p ri m ary regi on for the petr oleu m asse mble in the foreland basin,which is the most difficult fields in the petr oleu m exp l oring.It is in concom itance with the devel opment of the foreland basin exp l oring based on the research in the res ponse t o the tect onics and sedi m ent in f oreland thrust belt,and the research degree was advanced gradually al ong with the p r ogress of the exp l oring theories and the technique methods. Based on the research of a great deal literatures and datu m, this paper revie ws the investigati on course and the current p r ogresses of the research in the res ponse t o the tect onics and sedi m ent in f oreland thrust belt,pointing out the key p r oble m s and the difficulties in current and having the p r os pect of the p r ogress trends in the future.
Key W ords:Foreland basin,Foreland thrust belt, Res ponse t o the tect onics and sedi m ent.
Research and Appli ca ti on of O il2i n2W a ter D r illi n g Flu i ds System
M a Y ong(Southwest Petroleu m I n stitute,Chengdu 610500,Ch i n a),Cu iM aorong and Sun Shaoli a ng.P.426 Thr ough comp rehensive analysis of three types of drilling fluids that are fit f or the underbalenced drilling in deep well, the conclusi on is abtained that oil2in2water drilling fluids is the best app r op riate syste m fr om the capacity of anti2oil and anti2water cut and cost.It has the foll owing advantages,that is easy t o f or mulate and doesn’t need comp licated equi pment, the capacity of te mperature resistance is better,the fl owability is good,the filter l oss is s mall with a good borehole wall stability,the capability of anti2oil and anti2water cut is str ong, the lubricity is better with little da mage t o pay zone,no influence t o the electric l og and nuclear magnetic l og and has s mall polluti on t o the envir on ment.This paper als o intr oduced the app licati on range and basic constituents of the system of oil2in2water drilling fluids,the stability mechanis m of the e mulsi on and the app lied features of the e mulsifier.It als o discussed the domestic app licati on conditi on of the system in the last fe w years and exp lained its possible devel opment trend.
Key W ords:O il2in2water drilling fluids,Underbalanced drilling,Deep well,E mulsifier,App licati on conditi on, Devel opment trend.
D iscussi on on Appli ca ti on Prospects of Co m prehen si ve Geophysi ca l Survey i n W estern New Area
Zheng Gu i q i n(Geophysi ca l Research I n stitute of Shengli O ilf i eld Co.L td.,S I NO PEC,D ongy i n g257022, Ch i n a).P.7210
There is a bright pers pective in the western exp l orati on area.However,the conditi ons of surface and subsurface are very comp lex.Hefei basin with comp licated geol ogical structural features has res olved basic geol ogical p r oblem s by comp rehensive physical exp l orati on technique,which has gained great pared with western ne w area,the conditi ons and directi on of app licati on of techniques have been put for ward.And it is regarded t o be a good p r os pect in comp rehensive app licati on of geophysical exp l orati on techniques.
Key W ords:W estern ne w area,Comp rehensive technique,Hefei basin,App licati on.
Study of Forma ti on M echan is m of M i cro Re ma i n i n g O il i n L ow Per m eable Reservo i r of Th i rd Secti on of Shaheji e For ma ti on i n W endong Area
Cao Xueli a ng(Explora ti on&D evelop m en t Research I n stitute of Zhongyuan O ilf i eld Co m pany, S I NO PEC,Puyang457001,Ch i n a),Su Y uli a ng and Zhang Ru i q i n g.P.11213
The for mati on mechanis m and contr olling fact or of re maining oil were de monstrated in this paper thr ough the reservoir structure,m icr o pore and thr oat net w ork and m icr o dis p lace ment test.Saturated water in the r ock fl ows fast but unifor m ity because of the deep reservoir,str ong diagenesis, l ow per meability and high heter ogeneity.The driving p ressure is very l ow because of the pore structure with seri ous heter ogeneity.The s weep area of injected water can hardly be increased and nearly no effect on oil dis p lace ment efficiency can be seen when increasing the injected p ressure and vel ocity.Bypassing is main f or m of re maining oil and heter ogeneity of the reservoir pore structure is maj or fact or that affects the oil dis p lacement efficiency.
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Vol.13　No.1 ABSTRACT Jan1　2006。