-35#柴油基鉆井液體系的研究及應(yīng)用

秦波波,葉禮圓,石水健,周博,陳姜,苗志鵬

(1.荊州市學(xué)成實(shí)業(yè)有限公司,湖北 荊州 434023;2.中石化華東石油工程有限公司江蘇鉆井公司,江蘇 揚(yáng)州 225000)

大慶油田為開發(fā)頁巖油,在松遼盆地北部部署了頁巖油1號(hào)試驗(yàn)區(qū),該地區(qū)目的層為青山口組,地層巖性紋層狀頁巖、粉砂質(zhì)紋層狀頁巖,且存在大段硬脆性泥頁巖,考慮到施工及井下安全,該地區(qū)水平段采用柴油基鉆井液進(jìn)行施工。但是由于該地區(qū)冬天氣溫較低,最低溫度可達(dá)到零下30 ℃,所以該井鉆井液體系設(shè)計(jì)為-35#柴油基鉆井液體系。-35#柴油由于其中含有大量的抗凝劑,所以導(dǎo)致其乳化相比于白油和0#柴油更困難,為此,我們?cè)谑覂?nèi)自合成的主乳化劑、輔乳化劑、潤濕劑,優(yōu)化選出相應(yīng)的有機(jī)土、降濾失劑、封堵劑等,開發(fā)出一種適應(yīng)于大慶區(qū)塊的-35#柴油基鉆井液體系。該體系于2021年1月在GY1-Q2-平1井三開水平段鉆進(jìn)中進(jìn)行應(yīng)用,在應(yīng)用過程中表現(xiàn)出了良好的乳化性、穩(wěn)定性、低溫流變性等,使得該井順利完鉆,為該地區(qū)的后續(xù)水平段鉆進(jìn)提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)[1-5]。

1 體系的優(yōu)選

筆者根據(jù)-35#柴油的特點(diǎn),在室內(nèi)開展了主乳化劑、輔乳化劑、潤濕劑、降濾失劑、封堵劑等關(guān)鍵處理劑的研究,在此基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化主乳化劑、輔乳化劑、潤濕劑、有機(jī)土、降濾失劑等處理劑及加量(主乳化劑為烷基環(huán)烷酸,輔乳化劑為油酸酰胺,均為荊州市學(xué)成實(shí)業(yè)有限公司自研發(fā)得到),得到-35#柴油基鉆井液體系基本配方,根據(jù)大慶地區(qū)頁巖油地層及地質(zhì)情況,確定體系配方油水體積比為80∶20,密度為1.7 g/cm3。

1.1 主輔乳化劑的優(yōu)選

由表1可以看出,隨著主乳化劑含量的提高,體系的破乳電壓逐漸升高,當(dāng)其質(zhì)量含量大于3%后,變化很小。當(dāng)質(zhì)量含量大于3%后,破乳電壓略有增加,濾失量降低幅度不大,黏度大幅度上升,綜合考慮下主乳化劑的最佳質(zhì)量含量為3%。

表1 主輔乳化劑加量的優(yōu)選

當(dāng)輔乳化劑不斷增加時(shí),體系的破乳電壓基本不變,體系的黏度緩慢降低,濾失量略微增大,綜合考慮輔乳化劑的最佳質(zhì)量含量為1%。

綜上所述,油基鉆井液體系中主乳化劑的最佳質(zhì)量含量為3%,輔乳化劑的最佳質(zhì)量含量為1%。

1.2 有機(jī)土的優(yōu)選

從表2可以看出,OF120、OF150由其配制的油基鉆井液體系,熱滾前后破乳電壓低、濾失量大,0F120的增黏能力偏弱,OF150號(hào)增黏能力較好,但是濾失量都較大;GF-2增黏效果較好但破乳電壓較低;GF-5號(hào),破乳電壓高,增黏提高體系的表觀黏度較好,但是動(dòng)切力和靜切力較低,且濾失量較大;135S的破乳電壓高,增黏效果好,且其動(dòng)切力和靜切力較高,還具有良好的降低濾失量的能力,說明135S在該體系中應(yīng)用效果最好,與該體系具有良好的配伍性能。

表2 有機(jī)土種類優(yōu)選

由表3可以看出,隨著有機(jī)土加量的提高,體系的黏度和切力不斷增大,破乳電壓不斷增加,失水不斷降低,但質(zhì)量含量超過2.5%以后,破乳電壓和失水變化不大,而黏切上漲迅速,所以有機(jī)土最佳質(zhì)量含量為2.5%。

表3 有機(jī)土加量優(yōu)選

1.3 降濾失劑的優(yōu)選

從表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出:三種降濾失劑對(duì)體系的破乳電壓和黏度均無明顯的影響。但150#的效果最好,所以最佳的降濾失劑為150#。

表4 不同降濾失劑對(duì)體系性能的影響

1.4 封堵劑的優(yōu)選

由表5實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出:隨著封堵劑加量的提高,體系的破乳電壓逐漸降低,黏度影響不大,濾失量顯著降低,當(dāng)加量達(dá)到1%失水不再變化,所以體系的封堵劑最佳加量為1.0%。

表5 封堵劑加量優(yōu)選

1.5 小結(jié)

綜上所述,最終的-35#油基鉆井液體系配方為240 mL-35#柴油+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%有機(jī)土+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%主乳化劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%輔乳化劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%潤濕劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%CaO + 60 mL CaCl2鹽水(CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%)+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%降濾失劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%封堵劑+重晶石(加重至1.7 g/cm3)。

2 性能評(píng)價(jià)

2.1 與傳統(tǒng)油基體系流變性的對(duì)比

由表6可以看出:-35#柴油體系隨著測量溫度的降低,其流變性有一定程度的上漲,但上漲幅度不大,能夠滿足現(xiàn)場需要。但0#柴油和3#白油基體系,其體系的黏度隨著溫度的降低,黏度切力均大幅度上漲,表現(xiàn)出-35#柴油基良好的低溫流變性,更能適應(yīng)低溫地區(qū)鉆井施工。

表6 不同溫度下-35#柴油、3#白油、0#柴油鉆井液流變性

2.2 高溫穩(wěn)定性

從表7可以看出,在150 ℃下分別靜置24,48,72,96 h后,其96 h的上下密度差僅為0.02 g/cm3,表現(xiàn)出良好的高溫穩(wěn)定性。

表7 150 ℃下不同靜置時(shí)間的上下層密度

3 現(xiàn)場應(yīng)用

GY1-Q2-平1井是大慶油田部署在黑龍江省大慶市杜爾伯特蒙古族自治縣境內(nèi)一口頁巖油水平井,設(shè)計(jì)水平段2 050 m,該井(φ215.9 mm井眼)采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu),三開由大慶鉆井四公司50028隊(duì)承鉆,鉆探的目的層為青一段,頁巖為灰色紋層狀頁巖、粉砂質(zhì)紋層狀頁巖、含砂紋層狀頁巖。由于青一段地層頁巖層理和微裂隙發(fā)育,鉆進(jìn)過程中極易剝落垮塌,且該井設(shè)計(jì)水平段長、地層壓力高。因此,在實(shí)際的鉆井施工中存在井壁穩(wěn)定難度大,井眼清潔要求高,鉆具摩阻大和漏失風(fēng)險(xiǎn)高等鉆井難點(diǎn)。該井油基施工時(shí)間為2021年1月,施工時(shí)間段該地區(qū)平均氣溫低于零下20 ℃,可以很好地驗(yàn)證該-35#柴油基鉆井液體系的實(shí)用性能。

針對(duì)上述的鉆井難點(diǎn),在室內(nèi)研究和技術(shù)論證的基礎(chǔ)上,三開采用了-35#柴油基鉆井液體系進(jìn)行施工,施工井段為2 264～5 001 m累計(jì)進(jìn)尺2 737 m,實(shí)際水平段長2 200 m。不同層段鉆井液性能見表8。

表8 GY1-Q2-平1井三開井段油基泥漿性能

GY1-Q2-平1井三開井段實(shí)鉆結(jié)果表明,該-35#柴油基鉆井液乳化效果好,破乳電壓高,在三開后期,破乳電壓穩(wěn)定在1 000 V以上,性能穩(wěn)定;具有較低的表觀黏度、塑性黏度,較高的動(dòng)塑比、靜切力;具有較低、較穩(wěn)定的漏斗黏度,表明體系具有良好的流動(dòng)性能;防塌封堵能力強(qiáng),濾失量低,井壁穩(wěn)定,下套管和電測順利。

GY1-Q3-平4井、GY1-Q2-平2井為同平臺(tái)的兩口井,設(shè)計(jì)井深分別為4 831,4 810 m,水平段長分別為2 071,2 050 m。

從表9～10可以看出,在GY1-Q3-平4井、GY1-Q2-平2井兩口井的應(yīng)用中,油基鉆井液電穩(wěn)定性好,完鉆時(shí)破乳電壓均在 1 000 V 以上;流變性優(yōu)良,塑性黏度不超過 45 mPa·s;濾失量低,高溫高壓濾失量不超過 2.0 mL;施工順利,井眼穩(wěn)定,無井下復(fù)雜事故發(fā)生,機(jī)械鉆速快,表現(xiàn)出良好的現(xiàn)場應(yīng)用效果。

表9 GY1-Q3-平4井三開井段油基泥漿性能

表10 GY1-Q2-平2井三開井段油基泥漿性能

4 結(jié)論

通過對(duì)乳化劑、有機(jī)土、降濾失劑、封堵劑的優(yōu)選得到最佳的-35#柴油基鉆井液體系,體系配方為240 mL-35#柴油+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%有機(jī)土+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%主乳化劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%輔乳化劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%潤濕劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%CaO + 60 mLCaCl2鹽水(CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%)+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%降濾失劑+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%封堵劑+重晶石(加重至1.7 g/cm3)。該體系具有良好的低溫流變性和高溫穩(wěn)定性。該體系在GY1-Q2-平1井三開成功應(yīng)用,體系破乳電壓高、黏度低、切力高、濾失量低、流動(dòng)性好,在整個(gè)鉆井過程中性能穩(wěn)定,且后期的完井作業(yè)均一次完成,表現(xiàn)出良好的性能。且在GY1-Q3-平4井、GY1-Q2-平2井應(yīng)用情況良好,表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能。