-35#柴油基钻井液体系的研究及应用

秦波波,叶礼圆,石水健,周博,陈姜,苗志鹏

(1.荆州市学成实业有限公司,湖北 荆州 434023;2.中石化华东石油工程有限公司江苏钻井公司,江苏 扬州 225000)

大庆油田为开发页岩油,在松辽盆地北部部署了页岩油1号试验区,该地区目的层为青山口组,地层岩性纹层状页岩、粉砂质纹层状页岩,且存在大段硬脆性泥页岩,考虑到施工及井下安全,该地区水平段采用柴油基钻井液进行施工。但是由于该地区冬天气温较低,最低温度可达到零下30 ℃,所以该井钻井液体系设计为-35#柴油基钻井液体系。-35#柴油由于其中含有大量的抗凝剂,所以导致其乳化相比于白油和0#柴油更困难,为此,我们在室内自合成的主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂,优化选出相应的有机土、降滤失剂、封堵剂等,开发出一种适应于大庆区块的-35#柴油基钻井液体系。该体系于2021年1月在GY1-Q2-平1井三开水平段钻进中进行应用,在应用过程中表现出了良好的乳化性、稳定性、低温流变性等,使得该井顺利完钻,为该地区的后续水平段钻进提供了良好的技术基础[1-5]。

1 体系的优选

笔者根据-35#柴油的特点,在室内开展了主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、降滤失剂、封堵剂等关键处理剂的研究,在此基础上,通过优化主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、有机土、降滤失剂等处理剂及加量(主乳化剂为烷基环烷酸,辅乳化剂为油酸酰胺,均为荆州市学成实业有限公司自研发得到),得到-35#柴油基钻井液体系基本配方,根据大庆地区页岩油地层及地质情况,确定体系配方油水体积比为80∶20,密度为1.7 g/cm3。

1.1 主辅乳化剂的优选

由表1可以看出,随着主乳化剂含量的提高,体系的破乳电压逐渐升高,当其质量含量大于3%后,变化很小。当质量含量大于3%后,破乳电压略有增加,滤失量降低幅度不大,黏度大幅度上升,综合考虑下主乳化剂的最佳质量含量为3%。

表1 主辅乳化剂加量的优选

当辅乳化剂不断增加时,体系的破乳电压基本不变,体系的黏度缓慢降低,滤失量略微增大,综合考虑辅乳化剂的最佳质量含量为1%。

综上所述,油基钻井液体系中主乳化剂的最佳质量含量为3%,辅乳化剂的最佳质量含量为1%。

1.2 有机土的优选

从表2可以看出,OF120、OF150由其配制的油基钻井液体系,热滚前后破乳电压低、滤失量大,0F120的增黏能力偏弱,OF150号增黏能力较好,但是滤失量都较大;GF-2增黏效果较好但破乳电压较低;GF-5号,破乳电压高,增黏提高体系的表观黏度较好,但是动切力和静切力较低,且滤失量较大;135S的破乳电压高,增黏效果好,且其动切力和静切力较高,还具有良好的降低滤失量的能力,说明135S在该体系中应用效果最好,与该体系具有良好的配伍性能。

表2 有机土种类优选

由表3可以看出,随着有机土加量的提高,体系的黏度和切力不断增大,破乳电压不断增加,失水不断降低,但质量含量超过2.5%以后,破乳电压和失水变化不大,而黏切上涨迅速,所以有机土最佳质量含量为2.5%。

表3 有机土加量优选

1.3 降滤失剂的优选

从表4实验结果可以看出:三种降滤失剂对体系的破乳电压和黏度均无明显的影响。但150#的效果最好,所以最佳的降滤失剂为150#。

表4 不同降滤失剂对体系性能的影响

1.4 封堵剂的优选

由表5实验结果可以看出:随着封堵剂加量的提高,体系的破乳电压逐渐降低,黏度影响不大,滤失量显著降低,当加量达到1%失水不再变化,所以体系的封堵剂最佳加量为1.0%。

表5 封堵剂加量优选

1.5 小结

综上所述,最终的-35#油基钻井液体系配方为240 mL-35#柴油+质量分数为2.5%有机土+质量分数为3%主乳化剂+质量分数为1%辅乳化剂+质量分数为0.5%润湿剂+质量分数为2%CaO + 60 mL CaCl2盐水(CaCl2质量分数为25%)+质量分数为2%降滤失剂+质量分数为1%封堵剂+重晶石(加重至1.7 g/cm3)。

2 性能评价

2.1 与传统油基体系流变性的对比

由表6可以看出:-35#柴油体系随着测量温度的降低,其流变性有一定程度的上涨,但上涨幅度不大,能够满足现场需要。但0#柴油和3#白油基体系,其体系的黏度随着温度的降低,黏度切力均大幅度上涨,表现出-35#柴油基良好的低温流变性,更能适应低温地区钻井施工。

表6 不同温度下-35#柴油、3#白油、0#柴油钻井液流变性

2.2 高温稳定性

从表7可以看出,在150 ℃下分别静置24,48,72,96 h后,其96 h的上下密度差仅为0.02 g/cm3,表现出良好的高温稳定性。

表7 150 ℃下不同静置时间的上下层密度

3 现场应用

GY1-Q2-平1井是大庆油田部署在黑龙江省大庆市杜尔伯特蒙古族自治县境内一口页岩油水平井,设计水平段2 050 m,该井(φ215.9 mm井眼)采用三级井身结构,三开由大庆钻井四公司50028队承钻,钻探的目的层为青一段,页岩为灰色纹层状页岩、粉砂质纹层状页岩、含砂纹层状页岩。由于青一段地层页岩层理和微裂隙发育,钻进过程中极易剥落垮塌,且该井设计水平段长、地层压力高。因此,在实际的钻井施工中存在井壁稳定难度大,井眼清洁要求高,钻具摩阻大和漏失风险高等钻井难点。该井油基施工时间为2021年1月,施工时间段该地区平均气温低于零下20 ℃,可以很好地验证该-35#柴油基钻井液体系的实用性能。

针对上述的钻井难点,在室内研究和技术论证的基础上,三开采用了-35#柴油基钻井液体系进行施工,施工井段为2 264～5 001 m累计进尺2 737 m,实际水平段长2 200 m。不同层段钻井液性能见表8。

表8 GY1-Q2-平1井三开井段油基泥浆性能

GY1-Q2-平1井三开井段实钻结果表明,该-35#柴油基钻井液乳化效果好,破乳电压高,在三开后期,破乳电压稳定在1 000 V以上,性能稳定;具有较低的表观黏度、塑性黏度,较高的动塑比、静切力;具有较低、较稳定的漏斗黏度,表明体系具有良好的流动性能;防塌封堵能力强,滤失量低,井壁稳定,下套管和电测顺利。

GY1-Q3-平4井、GY1-Q2-平2井为同平台的两口井,设计井深分别为4 831,4 810 m,水平段长分别为2 071,2 050 m。

从表9～10可以看出,在GY1-Q3-平4井、GY1-Q2-平2井两口井的应用中,油基钻井液电稳定性好,完钻时破乳电压均在 1 000 V 以上;流变性优良,塑性黏度不超过 45 mPa·s;滤失量低,高温高压滤失量不超过 2.0 mL;施工顺利,井眼稳定,无井下复杂事故发生,机械钻速快,表现出良好的现场应用效果。

表9 GY1-Q3-平4井三开井段油基泥浆性能

表10 GY1-Q2-平2井三开井段油基泥浆性能

4 结论

通过对乳化剂、有机土、降滤失剂、封堵剂的优选得到最佳的-35#柴油基钻井液体系,体系配方为240 mL-35#柴油+质量分数为2.5%有机土+质量分数为3%主乳化剂+质量分数为1%辅乳化剂+质量分数为0.5%润湿剂+质量分数为2%CaO + 60 mLCaCl2盐水(CaCl2质量分数为25%)+质量分数为2%降滤失剂+质量分数为1%封堵剂+重晶石(加重至1.7 g/cm3)。该体系具有良好的低温流变性和高温稳定性。该体系在GY1-Q2-平1井三开成功应用,体系破乳电压高、黏度低、切力高、滤失量低、流动性好,在整个钻井过程中性能稳定,且后期的完井作业均一次完成,表现出良好的性能。且在GY1-Q3-平4井、GY1-Q2-平2井应用情况良好,表现出了优良的性能。