1、收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 3项目基金:新疆维吾尔自治区2 0 2 0年自然科学计划青年科学基金项目(2 0 2 0 D 0 1 B 0 7)。作者简介:杜黎航(1 9 8 7-),男,湖北仙桃人,硕士,讲师,主要从事油气井工程方面的教学与研究。低黏土相H R D钻井液技术及应用杜黎航1,李 娜2(1.克拉玛依职业技术学院,新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 0;2.中国石油 新疆技术学院,新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 0)摘要:储层损害对水平井产量的影响比直井更严重,水平井储层保护问题比直井更突出。分析了S N 4井区三工河组储层物性,并开展了储层敏感性评价。结合储层物性及敏
2、感性特点,研究出低黏土相HR D钻井液体系,并进行了现场应用,储层保护效果显著。关键词:储层保护;HR D钻井液;水平井中图分类号:T E 2 5 4 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 3)0 8-0 0 8 6-0 41 引言S N 4井区三工河组气藏是准噶尔盆地腹部重要产气区块,目前常用的钻井液体系储层保护效果不理想。该井区直井通过射孔方式完井可使渗透率恢复8 0%以上,但水平井采用以筛管完井,无法取得较好的储层保护效果,制约了区块产量的提高。研究分析了S N 4井区储层基本地质特征,开展了储层敏感性评价,研发了低黏土相HR D钻井液体系,并开展了现场试
3、验,取得了较好的应用效果。2 储层基本地质特征S N 4井区位于准噶尔盆地腹部,储层为侏罗系三工河组(J1s)1,2,厚度为3 3 03 6 5 m,上部为褐色砂质泥岩与灰色砂岩、含砾砂岩;中下部为砂质泥岩、细砂岩和砂砾岩。储层孔隙以粒间溶孔、粒间孔为主,次为粒内溶孔和泥质中溶孔。孔隙发育及连通性中等好。砂岩成分主要为石英(2 9%)、岩屑(2 7%)、长石(2 0%),分选性中等好,次圆-次棱角状,反映出砂岩成分成熟度较低,结构成熟度中等的特点。岩屑主要成分为凝灰岩、硅质岩和泥质岩,以硅质、铁质胶结为主,泥质含量约为3%。根据 资 料 分 析,储 层 中 部 原 始 地 层 压 力 为2 8
4、.2 MP a(压力系数为0.9 8)。根据工区孔、渗样品资料分析,储层孔隙度为3.9%1 8.9%,平均为1 2.4 6%,渗透率为0.26 2 1.0 mD,平均为2.3 9mD。综上所述,S N 4井区三工河组储层为中孔低渗低压储层。3 储层敏感性评价储层损害会导致渗透率降低,流体从储层流入井内所受的阻力增大。为了准确掌握不同因素对储层的损害程度,需要对储层岩心进行敏感性评价3。采用S N 4井区三工河组储层岩心,在注纯净水、注不同浓度的盐水,以及不同的注入速度下,分别测定岩心的渗透率变化,得到水敏、盐敏和速敏实验数据,其结果图1所示。(a)水敏试验结果 (b)盐敏试验结果68 内蒙古石
5、油化工2 0 2 3年第8期(c)速敏试验结果图1 储层敏感性评价结果 由图1可以知,随着注入量增加,渗透率逐渐下降,计算得到水敏指数为0.5 3,水敏程度属于中等偏强水敏。随着注入水矿化度降低,岩心渗透率小幅度下降,达到临界矿化度(约为7 2 6 0 m g/L)后,岩心渗透率下降明显。随着注入速度的增大,岩心渗透率快速下降,达到临界流速(约为2.5 c m3/m i n)后,岩心渗透率下降速度变缓。储层速敏指数约为0.3 6,属于中等偏弱速敏。室内岩心流动实验结果表明,S N 4井区三工河组储层具有中等水敏性、中等盐度敏感性,中等速度敏感性,为弱-中等敏感性储层。4 HR D钻井液性能评价
6、低黏土相HR D钻井液由天然高分子流型调节剂协同构成,通过大量实验,探究了增黏剂、降滤失剂、抑制剂以及减阻剂等对钻井液体系性能的影响,确定各处理剂的最优加量4,得到HR D钻井液体系的基本配方为:淡水+0.1%N a OH+0.1 5%N a2C O3+0.60.7%HV I S+1.5%H F L O+2%抑制剂H P A+1.5%减阻剂+5%K C L+5%暂堵剂Q C X-1。4.1 抗污染性能评价钻井过程中岩屑及地层流体混入到钻井液中,某些特定成分可能会严重污染钻井液,造成钻井液性能的重大改变,从而影响井下安全。对该体系的抗污染性能进行了评价,实验配方为:淡水+0.1%N a OH+0
7、.1 5%N a2C O3+0.6%HV I S+1.5%H F L O+2%抑制剂H P A+1.5%减阻剂+5%K C L+5%暂堵剂Q C X-1,实验结果如表1所示。表1 HR D钻井液体系抗污染能力评价C a C l2含量实验条件AV(m P as)P V(m P as)Y P(P a)Y P/P V 6/3F L(m L)L S R V0%滚前2 41 41 00.7 19/84 4 3 9 1滚后3 21 41 71.2 11 5/1 35.09 7 5 7 90.5%滚前2 2.51 21 0.50.8 89/74 9 1 9 0滚后3 31 61 81.1 31 4/1 15
8、.01 2 0 0 0 01.0%滚前2 2.51 21 0.50.8 89/84 6 3 9 0滚后3 41 52 01.3 31 6/1 35.21 2 6 0 0 01.5%滚前2 2.51 21 0.50.8 89/74 2 3 9 1滚后3 51 71 91.1 21 5/1 35.01 3 7 0 0 02.0%滚前2 2.51 21 0.50.8 88/74 8 3 0 1滚后3 61 91 91.0 01 6/1 33.01 4 8 0 0 0 热滚条件:1 0 01 6 h。从表1可以看出,随C a C l2含量的增加,HR D钻井液体系的主要性能变化较小,C a C l2含
9、量由0增加到2.0%,热滚后的表观黏度增加4m P as、切力增加2 P a,滤失量减小2 m L。实验结果表明HR D钻井液体系有较强的抗污染能力。4.2 抑制性能评价取三工河组岩屑,风干后称取1 0 0 g,在1 0 0条件下老化1 6 h后称重。采用滚动回收率评价了钻井液的抑制性,结果如表2所示。从表2可以看出,岩屑滚动回收率大于9 0%,表明HR D钻井液体系抑制性能良好。78 2 0 2 3年第8期杜黎航等 低黏土相HR D钻井液技术及应用表2 HR D钻井液体系的抑制性能体系滚动回收率(%)热滚条件淡水3 01 0 01 6 hHR D钻井液9 1.21 0 01 6 h4.3 失
10、水性能评价钻井液滤液与地层岩石及流体不配伍,钻井液失水会引起储层黏土矿物水化膨胀、分散运移堵塞孔道。H R D钻井液体系利用聚合物大分子链相互桥接,滤余后附在井壁上形成薄而坚韧隔膜,渗透性极低,同时配合根据酸溶性暂堵剂Q C X-1实现对油层的暂堵。在压差作用下,井壁上能快速有效地形成泥饼环,防止外来流体和固体侵入油层。在完井作业后期采用化学破胶技术解除井壁上的滤饼。H R D钻井液体系失水造壁性能评价结果如表3。由表3可见,H R D钻井液能有效控制钻井液向储层的滤失,动、静态失水量均较小,有利于保护储层。表3 HR D钻井液的失水性能A P I滤失量(m l)岩心静态滤失量(m l)岩心动
11、态滤失量(m l)0.7 5MP a(3 0 m i n)0.7 5MP a(4 5 m i n)3.5MP a(1 2 5 m i n)4.80.85.44.4 对岩心渗透率的影响按照S Y/T 6 5 4 0-2 0 0 2 钻井液完井液损害油层室内评价方法,采用静态污染仪模拟钻井条件下H R D钻井液体系的储层保护能力。分别选取储层岩心和人工岩心开展岩心污染评价,实验结果如表4所示。表4 HR D钻井液岩心污染评价岩心号1#1 4#岩心类型天然岩心人工岩心岩心长度/直径(c m)4.9 3/2.5 44.8 7/2.5 4正向测K0最高压力,Pm a x(MP a)0.0 8 8 30.
12、0 6 1 2平衡压力,P 0(MP a)0.0 7 7 20.0 4 3 1驱替温度()8 08 0流速(m l/m i n)0.30.3驱替时间(m i n)3 7 53 6 0油相渗透率(mD)7.31 2.1反向污染钻井液类型HR DHR D污染压差(MP a)1.01.0污染温度()8 08 0污染时间(h)22污染后测K0 s最高压力,Pm a x(MP a)0.1 2 5 50.1 0 0 6平衡压力,P 0(MP a)0.0 6 9 90.0 4 7 6驱替温度()8 08 0流速(m l/m i n)0.30.3驱替时间(m i n)3 4 04 3 5油相渗透率(mD)6.
13、71 0.9渗透率恢复值,%9 1.89 0.1 从实验结果中可以看出,低黏土相HR D钻井液体系表现出良好的储层保护能力,两块岩心的渗透率恢复值均超过9 0%。4.5 地层流体配伍性评价对HR D钻井液滤液与地层原油、地层水的配伍性,进行了室 内 评 价。将HR D钻 井 液 滤 液 与S N 4井区三工河组地层水以9:1、5:5、1:9混合,搅拌均匀后观察,并测定相应的浊度值;再将滤液与三工河组原油按上述相同比例进行混合,观察混合后的分层情况,以此确定钻井液、原油、地层水是否存在不 配 伍 的 现 象,试 验 结 果 如 表5、图1、图2所示。表5 HR D钻井液滤液与地层流体的配伍性工作
14、液温度()混合比例(V/V)1:95:59:1现象HR D滤液模拟地层水8 00.71.42.6清澈透明,无沉淀图2 钻井液滤液与原油配伍性图3 钻井液滤液与地层水配伍性 上述实验数据和现象可以看出HR D钻井液滤液与地层水之间的配伍性好,混合后溶液清亮无沉淀;与原油混合后,油水界面清析,溶液较清亮,表明没有原油乳化现象,因此HR D钻井液滤液与地层原油、地层水之间具有良好的配伍性,有利于储层保护。5 HR D钻井液现场应用S NHW 0 0 2井是部署于S N 4井区的第二口水88 内蒙古石油化工2 0 2 3年第8期 平井,开发三工河组砂岩气藏,在该井水平段进行了HR D钻井井液体系现场试
15、验。该井设计为三开井身结构,其中二开采用 3 1 1.2 mm钻头钻至入3 0 5 5 m,下 入 2 4 4.5 mm技 套 中 完;三 开 采 用 2 1 5.9 mm钻头钻至入3 8 5 5 m(垂深2 8 8 5 m),下入 1 3 9.7 mm筛管完井。该井实钻过程种,二开钻进至3 1 0 0 m中完,三开钻进至3 8 8 2 m(垂深2 8 8 4.6 m)完钻,水平段长7 8 2 m,平均机械钻速3.1m/h。水平段钻井过程中未出现井下复杂。水平段钻进过程中,HR D钻井液性能如表6所示.从表6可以看出,实钻中HR D钻井液性能稳定,波动较小,有利于确保井下安全。表6 S NHW
16、 0 0 2井水平段钻井液性能井深m密度g/c m3六速读数6 0 03 0 02 0 01 0 063P Vm P a*sY PP a初切1 0s e c终切1 0m i nF Lm lp H摩阻系数L S RV含砂%3 1 4 31.0 87 05 04 13 21 182 01 569.54.81 00.0 2 6 25 6 0 0 00.23 2 3 81.1 05 94 43 62 81 291 51 4.561 6.54.51 00.0 4 3 75 2 2 6 70.23 3 1 01.1 06 04 53 83 01 11 01 51 561 64.81 00.0 4 3 75
17、 1 3 3 30.33 3 8 01.1 05 94 53 83 01 11 01 41 5.551 451 10.0 6 1 24 8 6 6 70.33 4 3 51.1 16 44 84 03 11 31 11 61 66.51 851 00.0 6 9 95 2 3 3 70.33 5 1 71.1 16 75 14 53 51 61 41 61 7.57.51 64.81 00.0 6 9 94 5 6 7 70.43 5 8 41.1 26 24 73 93 11 31 11 51 661 4.54.81 10.0 6 1 24 2 3 3 30.43 6 1 61.1 26 9
18、5 24 33 51 41 21 71 7.561 451 00.0 7 8 74 1 6 6 70.53 6 8 21.1 27 15 34 53 71 41 31 81 7.56.51 4.54.81 00.0 7 8 74 9 6 6 70.53 8 1 41.1 36 55 04 63 61 51 31 51 7.561 34.81 00.0 6 1 24 5 6 6 70.83 8 8 21.1 37 05 24 83 71 51 41 81 761 24.81 00.0 6 1 24 1 3 3 30.6 在水平段实钻中,地层实际情况与设计差异较小,实钻轨与设计轨迹基本相符。水平段
19、钻井过程中HR D钻井液体系能够较好保持井眼稳定,施工中起下钻正常,筛管顺利下到位。此外下筛管前井眼浸泡达7 2 h以上,井壁仍保持稳定,未出现垮塌现象,充分说明该体系具有较强的抑制性以及突出的稳定井壁能力。S NHW 0 0 2井生产情况与邻井对比如表7所示。表7 S NHW 0 0 2和邻井生产情况对比井号有效厚度(m)日产气(1 0 4 m3)采气指数(1 0 4 m3/d.MP a2)米采气指数(1 0 4 m3/d.m.MP a2)无阻流量(1 0 4 m3/d)S N 46.00.7 3 7 60.0 0 1 00.0 0 0 20.7 8S N 4 0 0 15.00.6 7 2
20、 00.0 0 1 70.0 0 0 31.0 2S N 4 0 0 27.05.0 6 7 30.0 0 9 20.0 0 1 36.0 1S NHW 0 0 181 5.8 1 50.0 6 5 80.0 1 13 0.8 4S NHW 0 0 272 5.5 30.0 6 7 80.0 1 54 1.6 4 从表7可以看出,S NHW 0 0 2井日产气是邻井水平井的1.6 1倍,是邻井直井的5倍以上,增产效果显著,充分说明在应用HR D钻井液体系后,油气渗流通道通畅,储层保护效果明显。6 结论(1)S N 4井区三工河组油气藏以气为主,为中孔低渗低压储层,压力系数小于1,储层具有中等水
21、敏性、中等速度敏感性、中等盐度敏感性,为弱-中等敏感性储层。(2)低黏土相HR D钻井液具有较强的抗污染能力和抑制性,低滤失,滤液和地层水、原油配伍性好,岩心的渗透率恢复值高,现场应用储层保护效果明显。参考文献1 马立民,李志鹏,林承焰,等.准噶尔盆地石西油田侏罗系构造样式及其控油规律J.新疆石油地质,2 0 1 3,3 4(1):2 7-2 9.2 孙宝宗,温东山.准噶尔盆地石南油田三工河组储集层沉积特征与油气分布J.新疆石油地质,2 0 0 1,2 2(2):1 2 6-1 2 8.3 油气田开发专业标准化委员会.储层敏感性流动实验评价方法:S Y/T 5 3 5 8-2 0 1 0S.北京:石油工业出版社,2 0 1 0:1 5-1 8.4 徐同台,杨光胜,杨贤友,等.钻井液完井液损害油层室内模拟评价程序J.钻井液与完井液,1 9 9 8,1 5(5):3 4-3 6.98 2 0 2 3年第8期杜黎航等 低黏土相HR D钻井液技术及应用
