北部湾盆地井壁强化水基钻井液技术研究_王应好.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 7 期 150 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 7 月 北部湾盆地井壁强化水基钻井液技术研究 北部湾盆地井壁强化水基钻井液技术研究 王应好（中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司，广东 湛江 524057）摘 要：摘 要：南海西部北部湾盆地乌石凹陷资源量丰富，但储层表现为低孔低渗，前期探井作业储层损害、井壁失稳和井漏问题突出，现用钻井液体系已不能满足要求。为确保实现低渗储层产能得到充分释放，将仿生学原理和超分子理论等前沿科学引入钻井液领域，同时结合超双疏技术，研究开发出一套适合低渗储层的超双疏、强抑制、环保型水基钻井液技术。室内研究评价表明，此新型水基钻井液技术具有良好的储层保护和井壁稳定效果，加入堵漏剂后防漏堵漏效果良好，具有良好的应用前景。关键词：关键词：北部湾盆地；乌石凹陷；储层保护；井壁稳定；超双疏钻井液 南海北部湾盆地乌石凹陷富生烃，资源量丰富，开发价值巨大。前期探井实践表明所用钻井液 PLUS/KCl 体系在储层保护、井壁稳定和漏失方面问题十分突出，已经不能满足勘探开发要求，为确保乌石凹陷低渗储层“安全、高效、经济、环保”开发，实现低渗储层保护，构建和优化适合乌石凹陷低渗油藏储层开发的新型钻完井液体系，任务十分迫切，具有重大的现实意义。超双疏、强抑制、环保型水基钻井液可使井下钻具表面润湿性由亲水性反转为超疏水和超疏油的状态，降低表面自由能，减少高能态污染物如污水污油的吸附，从而在实现自清洁的同时为钻井液提供优良的抑制性、润滑性和储层保护性，助力“安全、高效、经济、环保”勘探开发。1 乌石凹陷地质情况 1 乌石凹陷地质情况 乌石凹陷主要目的层流三段含油物性好，埋藏深度为2500m 左右，岩性主要为中厚层的箱状砂砾岩、含砾粗砂岩为主，部分为含砾中砂岩，砂层厚度大，含砂率高，渗透率主要分布在 3264mD，特低渗储层仍有一定分布。探井流二段和流三段岩屑全岩矿物分析表明，非粘土矿物主要成分为石英，其中流二段、流三段总体粘土矿物含量较高，分别为 24%、22%，非均质性较强，其中部分区块的粘土矿物含量高达 52%。2 钻井液面临的难题 2 钻井液面临的难题 2.1 井壁失稳严重 乌石凹陷前期多口探井在低渗储层段所使用的钻井液类型多为 PLUS/KCl 体系，复杂情况主要集中在流二段和流三段，多次发生掉块、蹩泵、憋扭矩、遇阻等复杂情况，返出掉块多为褐灰色泥岩及油页岩，其中大块约 45cm，测井曲线也显示目的层出现明显的井径扩大现象，如图 1 所示 A井主要目的层流二段为 12.25”井眼，在 10003000m 井段测井曲线显示平均井径扩大至 14”，B 井主要目的层流三段为 8.5”井眼，在 14002700m 井段测井曲线显示平均井径扩大至 9.75”，可见流二段、流三段井壁失稳严重。图 1 乌石凹陷油田部分探井井径曲线（左图为 A 井、右图为 B 井）图 1 乌石凹陷油田部分探井井径曲线（左图为 A 井、右图为 B 井）根据乌石凹陷流二段及流三段多个粘土样品 X 衍射分析得知，粘土矿物组成以伊利石、伊蒙混层与高岭石为主，且在不同层位、不同井区粘土矿物的类型及含量有所差异。同时岩石中碎屑颗粒分选较差，粘土矿物部分充填于颗粒间，且颗粒间结合不紧密，连接力弱，强度低，发育微裂缝。在钻井过程中，当钻井液滤液在正压差下侵入井壁岩石微裂缝内，颗粒间粘土矿物发生水化膨胀，从而进一步降低颗粒间连结力，造成井壁岩石脱离井壁形成剥落掉块，引起井径扩大，造成蹩泵、憋扭矩、遇阻等复杂情况出现。另外，当井眼受钻井液浸泡时间过长时也易诱发井壁垮塌出现，同时DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.040 王应好：北部湾盆地井壁强化水基钻井液技术研究 151 岩屑主要成分为硬度较大的石英，造成蹩泵、憋扭矩、遇阻等复杂情况加剧。2.2 高低压同层，易漏易喷 乌石凹陷含油构造分布零散，同时断块断层发育，流二段流三段断层发育导致同一井段存在高压与低压地层，同一井段地层压裂系数有低至0.98，同时存在高达1.72的情况，为防止发生井喷，使用高密度钻井液钻下部地层时，易导致上部套管鞋处薄弱地层和低压地层被压漏从而发生钻井液漏失。前期在乌石 16-1 区块的 6 口探井中 5 口井出现井漏，每口井发生漏失次数为 12 次。2.3 环保要求高 乌石凹陷含油构造多位于国家级珍惜海洋生物自然保护区实验区边界，所应用的钻完井液应满足环保要求，同时需要考虑钻井液及钻屑排放问题。2.4 储层保护要求高 前期部分探井测试表皮系数高，其中乌石 16-1 区块内C 井探井测试表皮系数高达 30，属于严重污染。这主要是由于低渗储层的自身特殊性，特别是孔喉半径小，非均质性强，极易发生水锁损害。通过扫描电镜可观察到主要目的层伊利石一般以片状、丝缕状充填孔隙、胶结碎屑颗粒，绿泥石多呈叶片状、针叶状充填孔隙，而高岭石多呈蠕虫状或鳞片状充填孔隙，伊蒙混层常呈片丝状、蜂窝状附着于颗粒表面。颗粒间存在的粘土矿物不仅降低了储层的渗透率，还极易引发水锁、敏感性等储层伤害。3 井壁强化水基钻井液构建 3 井壁强化水基钻井液构建 3.1 双疏+固壁强化井眼 利用双疏反转剂，使岩石表面润湿性由亲水性反转为疏水疏油性，阻止水相、油相进入井壁岩石孔隙和微裂缝中，从而抑制岩石中的粘土矿物表面水化和渗透水化的发生，降低井壁因压力波动和水化膨胀效应造成井壁岩石剥落掉块概率，从而稳定井壁。同时利用仿生固壁剂增加井壁岩石颗粒内聚力和胶结力，从根本上解决岩石颗粒间连结力弱易垮塌的问题，有效固化井壁岩石，从而强化井眼1-2。利用两种新研发的钻井液处理剂达到稳定井壁和强化井眼协同作用，可有效解决井壁失稳问题。3.2 超双疏技术保护储层 乌石凹陷前期探井造成储层损害主要原因是粘土矿物含量高、孔喉尺寸小，易发生水锁损害和水敏等敏感性损害，造成表皮系数增大，污染严重。因此可利用超双疏技术，在低渗储层岩石表面形成微纳米乳突结构，将表面润湿性由亲水性反转为疏水疏油性，同时降低表面能，使储层岩石毛细管对水相由自吸力反转为阻力，减少水锁现象的发生，同时抑制储层岩石中粘土矿物的水化膨胀与分散运移，避免对岩石孔喉造成堵塞，解决了低渗储层的损害难题3-4。4 井壁强化水基钻井液评价 4 井壁强化水基钻井液评价 4.1 流变与滤失性能评价 使用核心处理剂超双疏剂和仿生固壁剂，配合使用配套处理剂，通过体系配方优化实验，初步形成了超双疏井壁强化水基钻井液体系配方，配方如下：1%土浆+0.2%NaOH+10%超双疏+2%仿生固壁剂+0.25%黄原胶+5%GBG+4%白沥青+4%碳酸钙+10%KCl（重晶石加重至 1.45g/cm3），经过 120热滚16h 后测试体系流变性及滤失性见表 1 所示，热滚前后的粘度变化不大，同时高温高压滤失量仅为 8.5mL，滤失量小，滤失形成的滤饼薄而致密，具有良好的滤失性能。表 1 井壁强化钻井液流变性和滤失性评价 表 1 井壁强化钻井液流变性和滤失性评价 状态 AV（mPas）PV（mPas）YP（Pa）YP/PV（Pa/mPas）G10/G10（Pa/Pa）FLHTHP（ml）FLAPI（ml）滚前 44.5 31 13.80 0.45 2/2.5/滚后 53.5 29 25.04 0.86 3.5/5.5 8.5 3.0 4.2 高温抑制性能评价 选取乌石凹陷主要目的层的岩屑进行高温 120的线性膨胀实验，实验结果如图 2 可知，2h 时膨润土在井壁强化体系滤液中的膨胀量为其在清水中的 43.4%，16h 时膨润土在井壁强化体系滤液中的膨胀量仅为其在清水中的31.1%，说明该体系能够有效抑制膨胀性粘土矿物的水化膨胀，从而在钻井过程中有利于防止井壁失稳的发生。同时取乌石主要目的层 1020 目岩屑进行滚动回收率实验，经过12016h 高温滚动后，井壁强化体系滚动回收率达 83%，远远清水滚动回收率为 5%，因此可见井壁强化体系具有较好的抑制性。图 2 井壁强化体系高温线性膨胀实验 图 2 井壁强化体系高温线性膨胀实验 152 王应好：北部湾盆地井壁强化水基钻井液技术研究 4.3 封堵性能评价 使用渗透封堵仪（PPT）评价井壁强化体系的高低压封堵性能，实验所需的滤心介质为流三段地层岩心制成的岩片。根据目的层垂深及高低压差值，可以算出高低压同层情况压力差值大概为 18MPa，将渗透封堵仪（PPT）温度设置成 120，增大压差至 18MPa，经过 2h 实验后，观察无滤液返出，同时渗透封堵仪的岩心薄片泥饼薄而致密。这主要是由于仿生固壁剂通过多点连接成高强度、高韧度、空间受力均匀的叶脉网络结构以及贝壳的多层复合结构，具有良好的封堵效果。4.4 抗污染性能评价 井壁强化体系抗 NaCl、CaCl2污染性能评价如图 3 所示，随 NaCl 加量的增加，高温高压滤失量和中压滤失量均有所上升，结合之前流变性数据，井壁强化体系可抗盐 10%。随CaCl2加量的增加，高温高压滤失量和中压滤失量均有所上升，结合流变性数据，此自主体系在 CaCl2加量 0.5%时粘度性能和滤失性能仍在较为合适范围内，井壁强化体系可抗钙0.5%。图 3 井壁强化体系滤失量随氯化钠（左）和氯化钙加量的变化（右）图 3 井壁强化体系滤失量随氯化钠（左）和氯化钙加量的变化（右）4.5 储层保护性能评价 选取流二段及流三段天然岩心各 1 颗进行岩心污染实验，污染前岩心原始渗透率为 14.8mD、23.4mD，经过井壁强化钻井液体系污染岩心后，测试得到岩心渗透率为12.9mD、20.6mD，经过计算岩心渗透率回复值均大于 85%，可见井壁强化体系具有储层保护效果。5 结 论 5 结 论（1）利用双疏反转剂使岩石表面润湿性由亲水性反转为疏水疏油性，抑制岩石中的粘土矿物表面水化和渗透水化的发生，降低井壁岩石剥落掉块概率，从而稳定井壁。（2）同时利用仿生固壁剂增加井壁岩石颗粒内聚力和胶结力，从根本上解决岩石颗粒间连结力弱易垮塌的问题，有效固化井壁岩石，从而强化井壁。（3）室内研究表明井壁强化水基钻井液技术流变性和滤失性优良，对现场岩屑有较强抑制性，封堵压差可以高达18MPa，同时具有良好储层保护效果，因此在乌石凹陷油田具有较好的应用前景。参考文献 参考文献 1 贾佳,蒋官澄,冯雷.临兴区块新型储层保护钻井液技术研究与应用J.精细石油化工进展.2021,22(6):11-15.2 蒋官澄,毛蕴才,周宝义,等.暂堵型保护油气层钻井液技术研究进展与发展趋势J.钻井液与完井液,2018,35(2):1-16.3 辛忠,张雯斐.超双疏表面的构筑及研究进展J.化工进展,2015,34(2):447-456.4 蒋官澄,倪晓骁,李武皋,等.超双疏强自洁高效能水基钻井液J.石油勘探与开发,2020,47(2):390-398.