微泡沫钻井液在吉林油田中的应用.ppt

可循环微泡沫钻井液（吉林油田）,目录,一、地质概况 二、钻井液技术难点 三、技术对策四、微泡沫钻井液体系室内研究 五、现场应用情况 六、结语,一、地质概况,吉林油田乾安地区位于松辽盆地南部中央坳陷，该地区上部嫩江组大段泥页岩发育，下部姚家组、青山口组、泉头组地层裂缝发育，裂缝发育为高角度缝、垂直裂缝，裂缝宽度较小，大约0.3mm左右，多表现为闭合缝。该地区主力开发层位油层含油性主要受储层岩性、物性控制，形成岩性油藏和断层-岩性油藏，属于低孔、低渗储层。,一、地质概况,乾安地区生产井采用二开制井身结构，一开套管下深约260m，二开裸眼段长约2000m。二开井段上部嫩江组由大段易水化泥页岩组成，长约600m，易水化坍塌；下部青山口组和泉头组裂缝发育，钻井过程中频繁发生漏失，延长钻井周期，增大钻井成本，给施工带来极大困难，储层发生漏失还会造成严重的储层污染。,表1.1 乾安地区储层物性及裂缝发育情况描述,二、钻井液技术难点,（1）乾安地区地层裂缝网状发育，钻井过程中井漏事故频繁发生。其中，海坨子地区每年井漏发生率均在50%以上，漏失量大，例如海51井漏失910方。井漏的发生，延长钻井周期，增大钻井成本，如果漏失发生在储层，还会造成严重的储层伤害。,表2.1 2009年乾安地区钻井漏失情况统计,表2.2 2010年乾安地区钻井漏失情况统计,二、钻井液技术难点,（2）乾安地区上部嫩江组易出现水化坍塌，下部青山口组易掉块垮塌。在应用现有钻井液施工过程中，如果井壁浸泡时间过长，钻井液密度偏低，就会引起井壁失稳、坍塌。,表2.3 嫩江组地层稳定性分析,表2.4 青山口组岩屑稳定性分析,二、钻井液技术难点,（3）二开制井身结构生产井二开裸眼段长，易塌 易漏层位于同一裸眼段内，进一步增加了施工难度。,图2.1 乾安地区普通定向井井身结构示意图,三、技术对策,微泡沫钻井液技术可有效降低钻井液密度，且微泡沫自身具有独特的封堵能力，可有效预防井漏。针对吉林油田乾安地区钻井难点，开展可循环微泡沫钻井液技术研究与应用，对于乾安地区钻井有效防漏、节约成本、保护储层、提高油井产能具有重要的现实意义。若采用乾安地区开发井现场井浆作为发泡基浆，存在以下不足：（1）现场井浆自身的抑制能力不能满足低密度微泡沫钻井 液稳定井壁需要；（2）现场井浆发泡和稳泡能力有待进一步提高。因此针对现场基本情况，需从以下方面开展研究：（1）首先对基浆进行优化，增强其防塌抑制能力、发泡能力和稳泡能力；（2）优选发泡剂，开展微泡沫钻井液体系研究。,四、微泡沫钻井液体系室内研究,（一）基浆的选择 大量实验证明，发泡剂在具有高分子聚合物的钻井液体系中发泡效果最好，因此选择聚合物钻井液体系作为发泡基浆。室内对乾安地区应用的聚合物钻井液体系配方进行了优化完善。1）考虑乾安地区地层水矿化度高，储层水敏性强，故采用盐水聚合物钻井液体系。2）考虑密度降低后增加地层不稳定性，进一步增强了体系的封堵抑制能力。优化后的钻井液流变性更好，具有良好的封堵抑制能力，为泡沫钻井液体系防止地层水化坍塌奠定了基础,4.1 微泡沫钻井液体系配方研究,针对乾安地区钻井难点以及微泡沫钻井液体系特点，室内开展了可循环微泡沫钻井液体系配方研究及性能评价。,四、微泡沫钻井液体系室内研究,优化前配方为：膨润土+Na2CO3+FA-367+NH4-PAN+XY-27，优化后配方为：膨润土+Na2CO3+NH4-PAN+KPA+KCL+KFH+HQ-1+YK-H。,通过表4.2可以看出，优化后钻井液配方抑制能力明显增强，40目岩屑回收率达到90.3%。通过表4.3可见，优化后钻井液体系流变性更好，而且失水量明显降低，泥饼质量明显提高，体现了钻井液体系良好的造壁能力。,表4.2 泥页岩滚动回收实验数据,表4.3 优化前后钻井液基本性能对比,针对以下五种发泡剂，分别取基浆250ml，在1200rpm搅拌测量发泡体积与出液半衰期。,四、微泡沫钻井液体系室内研究,（二）发泡剂优选,综合考虑发泡效果和泡沫稳定性，测试上述5种发泡剂的发泡体积和出液半衰期，优选BZ-MBS-做发泡剂。,表4.4 发泡剂优选实验,表4.5 发泡剂BZ-MBS-发泡效果评价,通过实验结果可见，少量的发泡剂就能起到明显的发泡效果，密度降低显著，随着发泡剂加量的增加，钻井液粘度、切力略有提升，失水逐渐降低，体现了微泡沫钻井液良好的造壁能力和防塌能力。,四、微泡沫钻井液体系室内研究,4.2微泡沫钻井液防塌抑制性能,吉林油田乾安地区地层坍塌机理分析：（1）乾安地区上部嫩江组粘土矿物含量高，属于膨胀型泥岩为主地层，易出 现水化 坍塌；（2）乾安地区下部地层层理裂隙发育，钻井液滤液在压差作用下首先沿层理裂隙进入地层内部，为泥页岩水化提供了水分和空间，由水化膜厚，水化斥力大引起掉块。微泡沫钻井液防塌机理如下：（1）基浆自身良好的封堵抑制能力。（2）泡沫表面属于混合膜结构，具有高分子粘弹特性，使得微泡沫钻井液具有较高的结构粘度，增加了自由水的流动阻力，从而降低失水。（3）泡沫具有疏水特性，吸附性强，可在井壁建立疏水性屏蔽泡沫吸附壁，阻止了自由水的侵入；此外，其疏水(亲油)特性，对泥页岩的水化膨胀起到较强的抑制作用。(4)阻缓压力传递机理。微泡沫与防塌处理剂产生协同效应，在井壁上形成保护膜，有效防止泥页岩的孔隙压力穿透，控制泥页岩含水量的上升。（5）贾敏效应。微泡沫在向地层渗透的过程中，在孔隙喉道处被捕集，由于贾敏效应的叠加作用而大大增加了微泡沫钻井液向地层流动的阻力,四、微泡沫钻井液体系室内研究,从试验结果可见，钻井液发泡后的岩屑回收率要略高于原钻井液的回收率，说明微泡沫并未对体系的抑制能力造成不良影响。,发泡后失水量降低，并且发泡剂加量越大，失水量降低幅度越大。体现了微泡沫钻井液的低失水特性，可有效阻止钻井液滤液与泥页岩的接触，起到稳定井壁的作用。,表4.6 微泡沫钻井液抑制能力评价,表4.7 微泡沫钻井液对失水量影响试验,四、微泡沫钻井液体系室内研究,（1）较低的静液柱压力和当量循环密度。低密度的微泡沫钻井液可减小井底静压力,这是其防漏堵漏基本原理之一。（2）微气泡附加阻力作用。当气泡在压差作用下向多孔介质细小裂缝内流动时，其弯曲界面收缩压产生附加阻力，附加阻力具有迭加性，迭加起的总阻力相当于漏层承压能力的提高值，体现出堵漏的能力。,4.3 微泡沫钻井液防漏堵漏性能,微泡沫钻井液防漏堵漏原理,（3）微气泡内部压力作用。钻遇低压裂缝时，被压缩的微泡膨胀，随着微泡挤入地层裂缝，引起微泡的聚集和低剪切速率下黏度增加，由这种微环境形成一种无固相的桥。（4）漏失层的架桥机理。大多数地层都是亲水性的，毛细管压力抵抗疏水微泡侵入地层。滤液要进入地层，必须有足够的压差来克服这一毛细管压力。,四、微泡沫钻井液体系室内研究,（5）高粘度特性的影响。微泡沫钻井液的低剪黏度特性性加剧了泡沫在裂缝中的吸附聚集，使堵漏效果增强。（6）高粘弹特性的影响。微泡沫具有很强的变形能力，可随井内压力变化产生压缩或膨胀，从而大大减轻激动压力，防止激动压力过大而压漏地层或者已堵塞的漏失通道在抽吸作用下再次畅通。,表4.8 微泡沫钻井液封堵砂床试验,从测试结果可见,微泡沫钻井液有显著减少漏失和消除漏失的作用。体现了微泡沫自身良好的防漏堵漏能力。,四、微泡沫钻井液体系室内研究,图4.1 微泡沫钻井液当量密度随井深变化情况（初始密度1.20 g/cm3，发泡后1.10 g/cm3）,图4.2 微泡沫钻井液密度随温度、压力变化图（发泡前1.20 g/cm3，发泡后1.00 g/cm3）,通过上述室内试验分析及公式计算结果可见，可循环微泡沫钻井液体系可有效降低井底当量密度，从而起到防漏的作用。,室内试验得出，同一温度条件下，密度随着压力增加而增加，说明压力增大，微泡沫被压缩，体积变小，导致密度上升；温度升高使得微泡沫圈闭的气体受热膨胀，微泡沫体积变大，密度下降。,4.4 微泡沫钻井液抗温能力评价,四、微泡沫钻井液体系室内研究,表4.9 微泡沫钻井液抗温试验,通过实验结果可见，100/12h条件下热滚之后，微泡沫钻井液密度基本保持不变，粘度、切力略有提升，总体性能稳定。,（1）微泡沫钻井液具有较低的静液柱压力和当量循环密度，井底压差小，可有效预防井漏，达到保护储层的目的。（2）在较低的井底静液柱压力作用、泡沫群体的封堵作用、泡沫的疏水屏蔽作用、高粘度特性以及钻井液封堵类处理剂共同作用下，微泡沫钻井液的失水低，滤液很难进入储层，降低储层伤害。（3）乾安地区储层矿化度高，水敏性强，优化后形成的KCL-聚合物钻井液体系可有效平衡地层水矿化度，防止水敏伤害，保护储层。,4.5 微泡沫钻井液储层保护能力评价,四、微泡沫钻井液体系室内研究,微泡沫钻井液保护储层机理分析：,试验表明，微泡沫钻井液具有很好的保护储层能力，模拟现场实际情况，降低试验压差后，渗透率恢复值进一步提高。,四、微泡沫钻井液体系室内研究,表4.10 微泡沫钻井液储层伤害评价,通过微泡沫钻井液体系室内研究评价，可以看出：微泡沫钻井液体系密度易调，性能稳定，抗温能力强，失水小，具有很好的防塌、防漏和堵漏能力，储层保护效果好。,五、现场应用情况,2011年，在乾安地区开展微泡沫钻井液技术现场应用试验。现场应用8口井，取得良好效果。现场应用表明，微泡沫钻井液具有良好的防漏堵漏功能，可为乾安易漏区实现低成本、优快钻井提供保证。,表5.1 乾安地区微泡沫试验井发泡井段数据表,微泡沫钻井液体系配方4%土+0.5%纯碱+1.5%铵盐+0.3%KPA+1%KFH+0.5-1%KCL+1%阳离子乳化沥青粉+2%HQ-1+0.3-0.6%发泡剂+0.3-0.6%稳泡剂,（1）基础设备：四级固控设备，有效清除钻井液中的有害固相，减少固相对泡沫的影响；用循环罐配制和储存泥浆，以利于微泡沫钻井液配制和性能维护。微泡沫钻井液施工工艺简单，对设备要求不高。（2）基浆准备：发泡前，按设计要求补充钻井液中各种处理剂的加量，调整好钻井液各项性能，保证钻井液中防塌抑制剂和聚合物的含量，利于发泡和降低密度后井壁稳定。（3）进入漏层前100米，通过加重漏斗循序加入发泡剂，逐渐降低钻井液密度，避免密度变化太快导致井壁失稳。（4）密度控制：通过加入发泡剂调节钻井液密度至设计要求后，每20min监测一次密度和粘度，根据密度变化情况，通过补充发泡剂来维持钻井液密度恒定。如果密度过低，或者出现井壁失稳现象，应用消泡剂适当上调钻井液密度，以保证井壁稳定。,五、现场应用情况,5.1现场发泡施工工艺,五、现场应用情况,5.2 微泡沫钻井液技术现场应用效果分析,按照设计要求，第一口试验井海115-4-4井将钻井液密度降至1.15g/cm3,应用微泡沫钻井液体系将钻井液密度降至设计要求后，施工顺利，未出现塌漏等复杂情况。第二口试验井海115-4-2井将钻井液密度降至1.13g/cm3。使用发泡剂BZ-MBS-发泡前，海115-4-2井出现渗漏，钻井液改型为微泡沫钻井液后，钻井液密度成功降至1.13g/cm3，渗漏终止，保证了现场正常施工。,（1）平台井海115-4-4、海115-4-2井防漏堵漏效果分析,图5.1 平台井海115-4-4、海115-4-2井井位图,五、现场应用情况,表5.2 临井钻井漏失情况对比,五、现场应用情况,5.2 微泡沫钻井液技术现场应用效果分析,（2）情西138-56井防漏堵漏效果分析,2011年7月23日至8月1日，在大情字井地区情西138-56井进行了第三口可循环微泡沫钻井液现场应用试验，将钻井液密度从1.24g/cm3降至1.10 g/cm3，形成的微泡沫钻井液性能稳定，钻井过程中未出现漏失，井壁稳定，达到了设计要求和预期目标。,图5.4 情西138-56井井位图,表5.3 临井钻井漏失情况统计,五、现场应用情况,5.2 微泡沫钻井液技术现场应用效果分析,（3）情西116-46井微泡沫钻井液防漏堵漏效果分析,2011年9月18日至9月23日，在大情字井地区情西118-46井进行了第五口可循环微泡沫钻井液现场应用试验，将钻井液密度从1.22 g/cm3降至1.10 g/cm3，但在施工过程中，密度降至1.10 g/cm3后，井壁有轻微掉块现象，为保证井壁稳定，后期适当提高钻井液密度至1.13 g/cm3，密度提高后井口返砂正常，钻井过程中未出现漏失，达到了设计要求和预期目标。,五、现场应用情况,图5.6 情西116-46井位图,按照设计要求，情西138-56井将钻井液密度降至1.10 g/cm3，微泡沫钻井液体系施工过程中，未出现塌、漏等复杂情况。,表5.4 临井钻井漏失情况统计,五、现场应用情况,5.2 微泡沫钻井液技术现场应用效果分析,（4）乾北215-13井微泡沫钻井液防漏堵漏效果分析,乾215-13井为一口油藏评价井，临井乾215-4-7井钻井过程中发生钻井液漏失。为预防井漏、及时发现油气层、保护油气层，乾215-13井在钻井过程中采用微泡沫钻井液技术施工。,图5.8 乾215-13井井位图,表5.5 临井钻井漏失情况统计,五、现场应用情况,由临井漏失情况可见，乾215-4-7井段从姚1段至青3段，均存在漏失现象。由此可见，乾215-13井钻至姚1段后应注意防漏。,乾215-13井微泡沫钻井液技术施工目的：1.预防姚1段、青3段井漏；2.及时发现油气层、保护油 气层；3.现场验证发泡剂对评价井录井作业的影响。,2011年10月18日至10月20日，在乾215-13井进行了微泡沫钻井液技术现场应用施工，将钻井液密度从1.19 g/cm3降至1.10 g/cm3，在施工过程中，密度降至1.10 g/cm3后，发泡之后钻井液性能稳定，钻井过程中未出现钻井液漏失，很好的预防了井漏的发生，保护了油气层，现场应用表明，发泡剂对录井作业无影响，施工过程中井壁稳定，达到了设计要求和预期目标。,五、现场应用情况,5.2 微泡沫钻井液技术现场应用效果分析,（5）乾234-2-2井微泡沫钻井液防漏堵漏效果分析,吉林油田乾234区块构造较为复杂，地层裂缝发育，探井乾234井从1248米开始出现井漏，共发生31次井漏，漏失钻井液1767方。钻井严重漏失给该区块开发井现场施工带来极大困难，致使该区块储层迟迟未能得到有效开发。,表5.6 临井钻井漏失情况统计,图5.9 乾234-2-2井井位图,五、现场应用情况,乾234-2-2井通过应用微泡沫钻井液技术：,1）大幅度降低不是杜绝钻井漏失次数和钻井漏失量,表5.7 乾234-2-2井钻井漏失情况统计,2）大幅度节约了钻井液成本,乾234-2-2钻井液成本仅为乾234井钻井液成本的22.6%，由此可见，乾234-2-2井应用可循环微泡沫钻井液技术在防漏堵漏、降低成本方面效果显著。,五、现场应用情况,3）使低成本开发乾234区块储层成为可能,乾234钻井施工过程中，多次发生严重漏失，钻井液成本投入巨大，因井漏导致现场11天无进尺，严重延长施工周期。钻井成本巨大，导致开发乾234区块低渗透储层压力巨大，因此，距探井乾234井之后，该区块迟迟未能得到有效开发。,现场通过应用可循环微泡沫钻井液技术，起到了很好的防漏堵漏效果，为低成本、高效开发乾234区块低渗透油藏提供了技术支撑。,在乾234-2-2井应用微泡沫钻井液技术取得良好的防漏堵漏效果之后，在乾234区块又实施了开发井乾234-3-3井。该井基液密度1.20g/cm3，发泡后钻井液密度基本维持在1.05-1.07 g/cm3范围之内，全井漏失泥浆约300方，与乾234井相比，防漏效果明显。,五、现场应用情况,吉林油田微泡沫钻井液应用总结,1）通过现场应用表明，微泡沫钻井液具有良好的防漏堵漏能力；2）节约了钻井成本，缩短了工期，实现了漏失区储层的低成本开发；3）使得严重漏失区低效储层具有开发价值；4）通过在花9-9-2井、情西116-46井开展微泡沫钻井液技术现场应用试 验，摸清了这两个井区临界坍塌压力情况，为后续施工提供了宝贵经验。5）乾234区块通过应用微泡沫钻井液技术，现场开发井取得了良好的防漏堵漏效果，但是还存在一定的漏失现象，应在保持井壁稳定的前提下，进一步降低密度，摸索安全密度底线，已达到更好的防漏堵漏效果。,五、现场应用情况,5.3微泡沫钻井液对井壁稳定性影响分析,从前面机理分析及室内评价试验结果可见，微泡沫钻井液基液具有较好的抑制能力。但在实际应用过程中，微泡沫钻井液降低了钻井液密度，从而易造成井壁力学失稳，进而导致掉块、坍塌。,（1）海115-4-4井、海115-4-2井、情西138-56井、乾234-2-2井、乾215-13井应用微泡沫钻井液体系适度降低钻井液密度后，井壁稳定。说明这些井区地层坍塌压力较高，适度降低钻井液密度，防漏的同时，不会引起井壁力学失稳。（2）花9-9-2井应用微泡沫钻井液降低钻井液密度至1.16g/cm3后，井壁就不太稳定，说明该井区坍塌压力较高，通过现场微泡沫应用试验找到了改井区安全密度临界值，即：当微泡沫钻井液密度低于1.16g/cm3时，井壁就会出现掉块。（3）情西116-46井应用微泡沫钻井液降低钻井液密度至1.10g/cm3后，井壁出现小掉块，提升密度至1.12-1.13 g/cm3后，井壁稳定，说明该井区坍塌压力也相对偏高，通过现场微泡沫应用试验也找到了改井区安全密度临界值，即：当微泡沫钻井液密度低于1.12 g/cm3时，井壁就会出现掉块。,五、现场应用情况,5.4现场施工可行性分析,（1）微泡沫钻井液施工过程中排量稳定，稳定为34L/s，泵压稳定，下降约2-3MPa，不影响上水。（2）微泡沫钻井液不影响MWD仪器信号传输。情西138-56井全井使用MWD仪器跟踪定向，该井1350米钻井液改型为微泡沫钻井液体系后，MWD信号稳定，未受影响。（3）对现场设备要求不高，发泡工艺简便易行。（4）通过适度降低钻井液密度和微泡沫自身特性，起到了很好的防漏堵漏效果，并对井壁稳定性影响不大,五、现场应用情况,5.5微泡沫钻井液体系现场施工注意事项,（1）粘度越高，泡沫稳定性越好，微泡沫钻井液体系施工过程中，应保证钻井液适度较高的粘度，以利于发泡和稳泡。（2）PH值偏低不利于泡沫稳定，施工过程中，应保证钻井液滤液PH值8。（3）适当加大钻井液中聚合物的含量，有利于发泡和稳泡。（4）利用各种措施控制钻井液中泥质含量，确保消除高固相对微泡沫稳定性的影响。（5）施工过程中，任何新药品的加入，必须做小型试验，防止加入具有消泡作用的处理剂。比如现场应用表明，润滑剂，乳化石蜡等处理剂都具有消泡作用。（6）发泡过程要逐步降低钻井液密度，避免一次性大量加入发泡剂，造成钻井液密度大幅度波动，引起井壁失稳。（7）保证现场钻井液药品配给用量，确保现场钻井液失水小，性能优良，便于微泡沫发挥作用。,六、结语,1、可循环微泡沫钻井液体系具有很好的防漏、堵漏能力，能够满足乾安地区二开制井身结构生产井安全、快速施工要求；2、通过现场应用试验，找出了部分井区微泡沫钻井液现场施工井壁稳定临界安全密度；3、使得严重漏失区低效益储层具有开采价值；4、可循环微泡沫钻井液技术工艺简单有效，便于推广。,谢谢观看thank you,