延长气田强封堵聚磺钻井液封堵效果影响的因素及效果评价_侯彬彬.pdf

2023 年 第 7 期 化学工程与装备 2023 年 7 月 Chemical Engineering&Equipment 85 延长气田强封堵聚磺钻井液封堵效果影响 的因素及效果评价 延长气田强封堵聚磺钻井液封堵效果影响 的因素及效果评价 侯彬彬，董丽娜（陕西延长石油（集团）有限责任公司延长气田采气二厂，陕西 榆林 718500）摘 要：摘 要：本文探究了强封堵聚磺钻井液对延长气田区块地层的封堵效果。通过研究膨润土含量、砂床颗粒粒径及厚度、封堵剂种类对强封堵聚磺钻井液封堵效果的影响，确定了膨润土含量增加会增强其封堵效果，但不能过高，否则会降低封堵性；砂床颗粒粒径越小和越薄越容易封堵；封堵剂类别差异影响其封堵效果，且含量越高封堵效果越好。现场试验结果表明：强封堵聚磺钻井液封堵性能明显优于一般聚磺钻井液，且对延长气田靖边区块具有较好的适用性，对井壁具有较好的保护作用，并降低了井径不规则率，减少了井漏情况，降低了井下事故率。关键词：关键词：聚磺钻井液；强封堵聚磺钻井液；延长气田；靖边；封堵效果 伴随着气田的不断开发，地层、地理环境的不同，衍生出了分散、不分散、聚合物、钙处理、盐水、油基、低固相、合成基、气基及环保型等钻井液体系1-6,各有优缺点。延长气田区块构造位置位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡，经过多年的实践经验及探索，结合了聚合物与磺化钻井液的优点，开发了聚磺钻井液体系，其具有抗高温、抗膏盐污染、抗塌、高钻速、利于井壁稳定7-9的优点，得到了广泛应用。但随地层构造越加复杂的情况，尤其对于刘家沟等易漏地层，常规聚磺钻井液在防塌方面明显处于劣势，防塌效果明显不足，严重制约了油气勘探开发，解决防塌成了关键的核心问题，故本文研究了强封堵聚磺钻井液体系，而影钻井液体系的主要因素还是各类钻井液助剂，主要包括降滤失剂、增粘剂、减阻、抑制剂、润滑剂、乳化剂、粘土类、封堵剂等10-12。各类助剂的互相作用会影响其封堵效果13，本文主要以常规聚磺钻井液为基础，探究了封堵效果影响的因素，优选出较为合适的强封堵钻井液体系，并进行了室内和现场应用的应用效果评价。1 钻井液原材料 1 钻井液原材料 聚丙烯酸钾 KPAM（山东阳谷金堤化工有限公司，增粘剂）、磺化沥青粉 FT-1（山东阳谷金堤化工有限公司,堵漏、防塌、润滑、减阻、抑制等多功能的有机钻井液处理剂）、磺化酚醛树脂 SMP-1（山东巨鑫达化工科技有限公司，钻井液降滤失剂）、降滤失剂 NPAN（石家庄华莱鼎盛科技有限公司）、磺化褐煤树脂 SPNH（昆明金思达科技有限责任公司）、高黏羧甲基纤维素 CMC-HV（河南省恒信阳光实业有限公司、增粘剂）、超细目碳酸钙 QS-2（濮阳中原三力实业有限公司，封堵剂）、黄原胶 XCD（通辽市黄河龙生物工程有公司，增粘剂）、ZHFD（山东阳谷金堤化工有限公司、封堵剂）、NaOH（山东滨化东瑞化工有限责任公司）、聚胺类抑制剂Dynahib（山东阳谷金堤化工有限公司）、PH2（石家庄华莱鼎盛科技有限公司，封堵剂）、DCT-1（石家庄华莱鼎盛科技有限公司，封堵剂）。2 封堵效果影响的因素 2 封堵效果影响的因素 2.1 膨润土含量对封堵效果的影响 如表 1 所示，当膨润土含量为 4%时，40-60 目砂床封堵性能测试结果为全失，当膨润土含量增加到 6%时，钻井液砂床滤失量为 13.2mL/30min，清水砂床 10min 后失水量为全失。当膨润土含量增加到 7%时，钻井液砂床滤失量为14.6mL/30min，清水砂床 10min 后失水量为全失。提高膨润土含量可以改善钻井液封堵性能，6%和 7%膨润土钻井液的封堵性能优于 4%膨润土钻井液，但膨润土含量不能过高，否则封堵效果反而会下降14。因此本次试验选取 6%膨润土钻井液较为合适。表 1 膨润土含量对封堵效果的影响 Tab.1 The influence of bentonite content on plugging effect 表 1 膨润土含量对封堵效果的影响 Tab.1 The influence of bentonite content on plugging effect 序号 钻井液砂床滤失量，mL 清水砂床失水量，mL 5min 10min 15min 20min 25min30min5min10min15min20min 25min30min1#全失 2#8.2 9.3 11.2 12.1 12.7 13.2 27 55 全失 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.09586 侯彬彬：延长气田强封堵聚磺钻井液封堵效果影响的因素及效果评价 3#8.5 9.9 11.2 12.8 13.9 14.6 35 70 全失 注：表中钻井液均经过 80/16h 热滚，钻井液配方：(1#.4%；2#.6%；3#.7%X%膨润土浆+0.5%NPAN+2%SPNH+1%SMP-1+0.2%KPAM+2%FT-1）2.2 砂床颗粒粒径及厚度对封堵效果的影响 三种砂床条件的测试结果见表 2。采用相同钻井液配方配制的钻井液，能有效封堵厚度为 3cm（100g）/40-60 目石英砂砂床；而对于厚度为 6cm（200g）/20-40 目石英砂砂床，该钻井液基本达到了有效封堵，砂床滤失量为4.8mL/30min，清水砂床失水量为 6.4 mL/30min。但封不住厚度为 3cm（100g）/20-40 目石英砂砂床，几分钟时间内钻井液全部失掉（大约 80 mL），必须进一步优选封堵剂。进一步说明了砂床颗粒粒径越小及越薄，越容易封堵。表 2 砂床颗粒粒径及厚度对封堵效果的影响 Tab.2 Influence of sand bed particle size and thickness on plugging effect 表 2 砂床颗粒粒径及厚度对封堵效果的影响 Tab.2 Influence of sand bed particle size and thickness on plugging effect 条件 钻井液砂床滤失量，mL 清水砂床失水量，mL 5 分 10 分 15 分 20 分 25 分 30 分 5 分10 分15 分 20 分 25 分30 分1#0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 1.1 1.4 1.8 2.5 2#全失 全失 3#1.6 2.4 3.0 3.6 4.2 4.8 4.4 4.8 5.0 5.2 5.8 6.4 注：1.钻井液配方：6%预水化膨润土浆+0.5%NPAN+2%SPNH+1%SMP-1+0.2%NaOH+0.2%KPAM+0.3%CMC-HV+1%QS-2+0.1%XCD+0.5%Dynahib+2%FT-1+1%PH2+2%DCT-1；2.砂床条件下：1#砂床为 3cm（100g）40-60 目石英砂；2#砂床为 3cm（100g）20-40 目石英砂；3#砂床为 6cm（200g）20-40 目石英砂。2.3 封堵剂种类对封堵效果的影响 2.3.1 QS-2 加量对钻井液封堵性能的影响 从表 3 可知，随着 QS-2 加量增加，砂床滤失量和失水量都在减少，说明可提高钻井液封堵性能，结合实际，我们选取 QS-2 加量为 2%较为合适。在基础浆中加入 QS-2，20-40目砂床封堵性能测试结果为全失，说明 QS-2 对 20-40 目砂床封堵效果差，几乎不起作用，具体见表 4 数据。表 3 QS-2 加量对 40-60 目砂床封堵效果实验数据 Tab.3 Experimental data of plugging effect of QS-2 dosage on 40-60 mesh sand bed 表 3 QS-2 加量对 40-60 目砂床封堵效果实验数据 Tab.3 Experimental data of plugging effect of QS-2 dosage on 40-60 mesh sand bed QS-2 钻井液砂床滤失量，mL 清水砂床失水量，mL%5 分 10 分 15 分 20 分 25 分 30 分 5 分 10分15 分20 分 25 分30 分0 33 38.3 40.4 41.7 43.4 46.1 全失 1.0 22 23.2 23.7 24.2 24.6 25.1 1.5 2.43.2 4.3 4.9 5.9 1.5 11.8 12.8 13.7 14.5 15.4 16.2 1.5 2.13.1 4.5 4.7 5.7 2.0 8.9 9.6 10.5 11.6 12.1 12.4 1.6 2.63.4 3.9 4.3 4.8 注：钻井液配方：6%膨润土浆+0.5%NPAN+2%SPNH+1%SMP-1+0.2%KPAM+2%FT-1+0.3%CMC-HV+0.2%烧碱+0.1%XCD+X%QS-2。表 4 QS-2 加量对 20-40 目砂床封堵效果实验数据 Tab.4 Experimental data of plugging effect of QS-2 dosage on 20-40 mesh sand bed 表 4 QS-2 加量对 20-40 目砂床封堵效果实验数据 Tab.4 Experimental data of plugging effect of QS-2 dosage on 20-40 mesh sand bed QS-2 钻井液砂床滤失量，mL 清水砂床失水量，mL%5 分 10 分 15 分 20 分 25 分30 分5 分10 分15 分20 分 25 分30 分0 全失 1.0 全失 1.5 全失 2.0 全失 注：钻井液配方：6%膨润土浆+0.5%NPAN+2%SPNH+1%SMP-1+0.2%KPAM+2%FT-1+0.3%CMC-HV+0.2%烧碱+0.1%XCD+X%QS-2。侯彬彬：延长气田强封堵聚磺钻井液封堵效果影响的因素及效果评价 87 2.3.2 封堵剂(ZHFD)加量对钻井液封堵性能的影响 从表 5 可看出，伴随着 ZHFD 的加入，砂床滤失量与砂床失水量明显呈现降低趋势，当 ZHFD 加量为 4%的含量时，砂床滤失量降为 0 mL/30 min，砂床失水量 2.4 mL/30 min，ZHFD 加量 5%时，钻井液砂床滤失量降为 0mL/30 min、清水砂床失水量 2.0 mL/30 min，但从钻井经济成本考虑，4%已经满足要求，故 40-60 目砂床选取 ZHFD 加量为 4%。20-40 目砂床封堵性能测试数据见表 6。ZHFD 加量 4%时，钻井液砂床滤失量降为 4.2 mL/30 min，清水砂床失水量 4.1 mL/30 min。ZHFD 加量 5%时，虽然钻井液砂床滤失量降为 3.9 mL/30 min、清水砂床失水量 3.5 mL/30 min，但从钻井经济成本考虑，4%已满足要求，故 20-40 目砂床选取 ZHFD 加量为 4%。结合本次封堵剂选择，ZHFD 加量为 4%时，均适合 20-30目、40-60 目砂床。表 5 ZHFD 加量对 40-60 目砂床封堵效果实验数据 Tab.5 Experimental data of plugging effect of ZHFD dosage on 40-60 mesh sand bed 表 5 ZHFD 加量对 40-60 目砂床封堵效果实验数据 Tab.5 Experimental data of plugging effect of ZHFD dosage on 40-60 mesh sand bed ZHFD 钻井液砂床滤失量，mL 清水砂床失水量，mL%5 分 10 分15 分 20 分25 分30 分5 分10 分15 分 20 分 25 分30 分0 11.4 12.814.1 14.615.315.51.51.9 3.2 4.7 5.6 6.6 2 2.1 2.9 3.7 4.5 4.9 5.7 2.22.4 2.9 3.4 3.9 4.1 3 0.3 0.9 1.4 2.1 2.6 3.1 1.21.4 1.7 2.3 2.8 3.4 4 0.1 0 0 0 0 0 1.11.4 1.5 1.6 1.9 2.4 5 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.1 0.7 1.1 2.0 注:钻井液配方：6%膨润土浆+0.5%NPAN+2%SPNH+1%SMP-1+0.2%KPAM+2%FT-1+0.3%CMC-HV+2%QS-2+X%ZHFD+0.2%烧碱+0.1%XCD。表 6 ZHFD 加量对 20-40 目砂床封堵效果实验数据 Tab.6 Experimental data of plugging effect of ZHFD dosage on 20-40 mesh sand bed 表 6 ZHFD 加量对 20-40 目砂床封堵效果实验数据 Tab.6 Experimental data of plugging effect of ZHFD dosage on 20-40 mesh sand bed ZHFD 钻井液砂床滤失量，mL 清水砂床失水量，mL%5 分 10 分 15 分 20 分 25 分30 分5 分 10 分15 分 20 分 25 分30 分0 全失 全失 2 24.5 26.8 28.7 29.6 30.431.1全失 3 13.7 14.4 14.9 15.1 15.716.03.3 3.5 3.7 3.9 4.0 4.6 4 2.4 2.9 3.5 3.5 3.8 4.2 2.4 2.9 3.2 3.7 3.7 4.1 5 2.7 2.9 3.4 3.4 3.6 3.9 2.2 2.5 2.9 2.9 3.0 3.5 注:钻井液配方：6%膨润土浆+0.5%NPAN+2%SPNH+1%SMP-1+0.2%KPAM+2%FT-1+0.3%CMC-HV+2%QS-2+X%ZHFD+0.2%烧碱+0.1%XCD。3 强封堵钻井液配方 3 强封堵钻井液配方 通过试验筛选最确定强封堵钻井液优化配方为：6%膨润土浆+0.5%NPAN+2%SPNH+1%SMP-1+0.2%KPAM+2%FT-1+0.3%CMC-HV+2%QS-2+0.2%烧碱+0.1%XCD+4%ZHFD 钻井液主要性能见表 7，封堵性能见表 5 和表 6。从以上数据可知此强封堵聚磺钻井液流变性能良好，API 滤失量为 4.0 mL，HTHP 滤失量为 12.4 mL,封堵性强，可有效封堵 40-60 目砂床与 20-40 目砂床。表 7 强封堵聚磺钻井液性能数据 Tab.7 Performance data of strong plugging polysulfonate drilling fluid 表 7 强封堵聚磺钻井液性能数据 Tab.7 Performance data of strong plugging polysulfonate drilling fluid 密度 PV YP YP/PV 初切 终切 FLAPI 泥饼pH FLHTHP泥饼 16h 膨胀率 热滚 回收率 g/cm3 mPa.s Pa Pa Pa mL mm mL mm%1.11 24 7.8 0.292 1.4 4.44.0 0.4 8.512.41.2 4.62 95.4 4 现场试验研究 4 现场试验研究 针对延长气田靖边区域，未避免消除地层、人为等因素的不同，结合929区块及969区块不同地理位置及井型情况，分别选取了 4 口井和 3 口井作为试验研究，7 口井均为定向井。选取 X 963 井场（延 929 区块）和 X 500（延 969 区块）井场作为现场试验基地。其中 X 963 井场位于陕西省榆林市88 侯彬彬：延长气田强封堵聚磺钻井液封堵效果影响的因素及效果评价 靖边县杨米涧乡，X 500 井场位于陕西省榆林市靖边县青阳岔镇。第一阶段：在 X 963-1 井与 X 500-1 两口井上进行试验，采用延长气田常用的聚磺钻井液，钻井液密度依据地层坍塌压力来确定。第二阶段：在 X 963-2、X 963-3、X 963-4、X 500-2与 X 500-3 井上进行试验，采用强封堵钻井液，钻井液密度依据地层坍塌压力来确定。如表 8 所示，在 929 区块，X 963-1 井采用的是一般聚磺钻井液，其中井漏 2 次，漏失 63m3，电测遇阻 1 次，卡钻1 次，气层平均井径扩大率 17.31%，超过规定的 15%。而 X 963-2、X 963-3、X 963-4 井采用强封堵钻井液，只发现 X 963-2 出现井漏 1 次，其他井无任何复杂情况，且气层平均井径扩大率出现明显下降，最好的达到 4.77%。说明强封堵钻井液对延 929 区块具有较好的封堵作用，且利于减少事故，降低气层平均井径扩大率，利于下套管及固井。在 969 区块，X 500-1 井采用的是一般聚磺钻井液，未发现井漏情况，但出现电测遇阻 1 次，气层平均井径扩大率为 9.59%；X 500-2、X 500-3 采用强封堵钻井液，其中 X 500-2出现溢流 2 次，主要是因为山西组、盒 8 气层显示值高，导致出现溢流情况，X 500-3 未出现复杂情况。说明强封堵钻井液对延 929 区块具有较好的减少井下事故作用，一定程度上可降低气层平均井径扩大率。结合 969 区块和 929 区块数据分析，929 区块地层封堵性效果更好，也可降低井下事故风险率，且对井壁具有保护作用，气层平均井径扩大率明显减少，一定程度上为下套管提供了有利条件15，提高了固井成功率。表 8 井下复杂情况及气层平均井径扩大率 Tab.8 Downhole complex conditions and average gas zone diameter expansion rate 表 8 井下复杂情况及气层平均井径扩大率 Tab.8 Downhole complex conditions and average gas zone diameter expansion rate 井号 井区 井下复杂情况 气层平均井径扩大率 井漏 电测遇阻次数 卡钻次数 溢流次数 次数 漏失量,m3 X 963-1 延 929 2 63 1 1 17.32%X 963-2 延 929 1 28 7.5%X 963-3 延 929 0 0 7.41%X 963-4 延 929 0 0 4.77%X 500-1 延 969 0 0 1 9.59%X 500-2 延 969 0 0 2 6.94%X 500-3 延 969 0 0 8.36%5 结 论 5 结 论（1）膨润土含量、砂床颗粒粒径及厚度、封堵剂种类对钻井液的封堵效果有不同影响。膨润土含量增加会增强封堵效果，但不能太高，否则会降低封堵效果，本次选择膨润土含量 6%、砂床颗粒粒径越大及越厚，越不容易封堵，封堵剂 ZHFD 封堵效果优于封堵剂 QS-2，确定封堵剂 QS-2 含量为 2%、封堵剂 ZHFD 含量为 4%。（2）该强封堵聚磺钻井液流变性能良好，API 滤失量为 4.0 mL，HTHP 滤失量为 12.4 mL，封堵性强，可有效封堵 40-60 目砂床与 20-40 目砂床。（3）强封堵聚磺钻井液对延长气田靖边区块较为合适，更适合 929 区块地层，可明显加强井壁保护作用及降低井漏情况。进一步减少井下事故及降低气层平均井径扩大率。参考文献 参考文献 1 杨洪波,董洪铎,吴星辉,等.钾钙基盐水钻井液流变性研究J.中国石油和化工标准与质量,2021,41(12):128-129.2 赵雄虎,苟燕.钻井液体系分类方法研究进展J.石油钻采工艺,2004(3):27-29+83.3 黄桃,樊相生,陶卫东,等.超高密度复合盐水钻井液流变性调控及应用J.钻井液与完井液,2020,37(2):153-159.4 黄津松,张家旗,王建华,等.国内油基钻井液研发现状与思考J.化工管理,2020(33):130-133.5 全磊,周书胜,韩银府,等.国内页岩气水基钻井液研究与进展J.辽宁化工,2021,50(5):741-743.6 孙欢,陈华,贾彦强.环保水基钻井液用聚合物M-TSP 的合成与性能评价J.油田化学,2021,38(01):14-18.7 车照轮.关于对聚磺钻井液体系的研究J.石化技术,2015,22(9):90.8 童亮铭,龙飞,王勇强.关于对聚磺钻井液体系的研 侯彬彬：延长气田强封堵聚磺钻井液封堵效果影响的因素及效果评价 89 究J.化学工程与装备,2013(1):19-20.9 王浩,魏艳,赵莹,等.聚磺钻井液体系的研究及应用J.辽宁化工,2017,46(10):994-996.10 王宝田,周晓轩,邱春阳.董 801 井防塌钻井液技术J.四川化工,2021,24(02):34-37.11 汤燕丹.苏北盆地深层硬脆泥岩井壁失稳机理及钻井液对策研究D.中国石油大学(华东),2016.12 吴江虹.一种适用于苏东区块气井钻井液体系的研究与应用D.东北石油大学,2017.13 Cmara P,Madruga L,Marques N,et al.Evaluation of polymer/bentonite synergy on the properties of aqueous drilling fluids for high-temperature and high-pressure oil wellsJ.Journal of 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is to block;The type difference of plugging agent affects its plugging effect,and the higher the content,the better the plugging effect.The field test results show that the plugging performance of strong plugging polysulfonate drilling fluid is obviously better than that of general polysulfonate drilling fluid,and has good applicability to Jingbian block of Yanchang gas field,good protection effect on well wall,reducing the irregular rate of well diameter,reducing well leakage and downhole accident rate.Keyword:Keyword:polysulfonated drilling fluid;strong plugging polysulfonate drilling fluid;Yanchang gas field;Jingbian;plugging effect