印尼KSO Benacat区块低密度微泡沫钻井液技术
苏乐1, 郭磊2, 刘兆华2    
1. 中海油田服务股份有限公司油田化学事业部印尼作业公司, 雅加达 40115;
2. 中海油田服务股份有限公司油田化学事业部油田化学研究院, 河北三河 065200
摘要: 印尼KSO Benacat区块属于低压低渗地层,前期采用常规钻井液钻进发生多次井漏,并引起卡钻,造成很大的经济损失。为解决现场存在的此类问题,使该区块后续钻井施工能顺利进行,以表面活性剂JM为发泡剂,生物聚合物PF-XC为稳泡剂,配制了低密度微泡沫钻井液。由室内试验可知,微泡沫钻井液的稳泡时间可达96 h,岩屑滚动回收率可达94.0%,渗透率恢复率可达92.4%。2口井的现场试验表明,该钻井液可以有效减少井下故障、显著提高机械钻速,还有利于保护储层,可大大降低由钻井液侵入对油气层的损害。研究表明,研制的低密度微泡沫钻井液能够满足印尼KSO Benacat区块的现场钻井要求,并对同类地层的安全快速钻进具有借鉴意义。
关键词: 微泡沫钻井液    发泡剂    稳泡剂    井漏    卡钻    KSO Benacat区块    
Low-Density Micro-Foam Drilling Fluid Technology Deployed in Benacat Block, Indonesia
SU Le1, GUO Lei2, LIU Zhaohua2    
1. Devision of Oilfield Chemical, PT. COSL INDO, Jakarta, 40115, Indonesia;
2. Research Institute of Oilfield Chemistry, China Oilfield Services Limited, Sanhe, Hebei, 065200, China
Abstract: The KSO Benacat Block of Indonesia can be classified as a low-pressure low permeability formation with incidents involving lost circulation that have happened frequently during drilling with conventional drilling fluid, which has led to pipe sticking and significant economic losses.To solve such problems and ensure proper implementation of the drilling program, the surfactant, JM, as foaming agent and PF-XC as a foam stabilizer have been deployed to make formulate micro-foam drilling fluids.In addition, lab tests and field tests have been conducted to determine performances of the fluid.Lab tests showed that the newly developed drilling fluids have a foam stabilizing time of 96 h, roll recovery and permeability recovery rate were 94.0% and 92.4% respectively.Field test results indicated that the micro-foam drilling fluids could effectively reduce the downhole problems, significantly improve drilling rates, protect the reservoir and minimize damage in oil and gas reservoirs.It can be concluded that the micro-foam drilling fluids could meet the requirements of drilling operations in KSO Benacat Block, Indonesia, and could provide technical references for drilling operations in similar formations safely and quickly.
Key words: micro-foam drilling fluid    foaming agent    foam stabilizer    lost circulation    sticking    KSO Benacat Block    

印尼KSO Benacat区块的油气储层属于低压低渗地层,压力系数极小,当量钻井液密度只有0.7~0.8 kg/L。该区块BD-193井在使用常规PLUS/KCl钻井液钻进过程中多次发生井漏,而且由此引发了卡钻,处理井漏和卡钻不但延长了钻井周期,造成钻井成本增加,还会对储层造成了很大程度的损害。与常规钻井液相比,微泡沫钻井液因为能够满足保护储层和安全施工的双重要求[1, 2, 3],在低压低渗或压力衰歇地层的应用越来越广泛。为此,笔者通过优选发泡剂和稳泡剂,配制出适用于印尼KSO Benacat区块的低密度微泡沫钻井液,并在BD-195井和SWD-15井进行了现场试验,2口井顺利钻至设计井深,钻井过程中未发生井下故障,且机械钻速得到显著提高,表明该钻井液完全满足该区块低压低渗地层安全快速钻井的需求。

1 微泡沫钻井液配方优选

微泡沫钻井液一般以低固相水基聚合物钻井液为基液,然后加入优选的发泡剂和稳泡剂。因此,配制微泡沫钻井液的关键是筛选出满足要求的发泡剂和稳泡剂[4]

1.1 发泡剂的优选

发泡剂一般为表面活性剂。表面活性剂分为阴离子、阳离子、两性离子和非离子等4种类型。这4种类型表面活性剂作为发泡剂各有优点也都有不足。一般质量较好的发泡剂由不同类型的表面活性剂按照一定质量比配制而成。选择发泡剂的基本原则为:1)活性大,发泡能力强;2)泡沫致密、细小、均匀,具有较高的表面黏度和机械强度,稳定性强;3)有一定的抗污染能力,与地层水的配伍性好,遇到地层水性能稳定;4)基液用量少,来源广;5)抗温能力强。

常温下在室内对FBJ、GM-1、JM和SALS等4种发泡剂按Waring Blender法[5]进行了发泡性能评价(所用仪器为一台高速搅拌器,试验时在量杯中加入100 mL水,然后加入0.5 g发泡剂后在11 000 r/min转速下搅拌1 min,测发泡体积,至底部出液达到50 mL的所耗时间为半衰期),结果见表 1

表1 不同发泡剂的发泡性能 Table 1 Performances of different foaming agents
发泡剂发泡体积/mL半衰期/min发泡情况
FBJ45054
GM-138045
JM560106较细
SALS53088

表 1可知,在常温条件下,JM和SALS具有较好的发泡能力,而且半衰期较长。但通过抗温试验发现,发泡剂SALS的抗温能力只能达到85 ℃,而JM的抗温能力则可以达到150 ℃。由于KSO Benacat区块的井底预测温度达103 ℃,因此最终选用JM作为微泡沫钻井液的发泡剂。该发泡剂由阴离子表面活性剂(氨基酸)和两性离子发泡剂(椰子油)按一定质量比配制而成。

1.2 稳泡剂的优选

微泡沫钻井液是热力学不稳定体系,微气泡很容易由于重力排液而破裂。微气泡的破裂与液膜表面黏度有很大关系,表面黏度较大,液膜不易受外力作用而破裂,液膜的排液速度和气体穿过液膜的能力均较低,从而使微泡沫钻井液的稳定性较好[6]。一般情况下,选用相对分子质量大的网状结构化合物作为稳泡剂,因为高分子化合物既能稳定泡沫又能改变基液的流变性,增大基液的聚结阻力。

在室内综合评价了生物聚合物PF-XC、羟甲基纤维素PF-CMC和聚阴离子纤维素PF-PAC(LV)等3种稳泡剂的稳泡效果,结果见表 2。评价体系为水+0.3%稳泡剂+0.5%发泡剂(KSO Benacat区块技术标书规定的稳泡剂评价体系,要求半衰期长于150 min)。

表2 不同稳泡剂的稳泡性能 Table 2 Performances of different foam stabilizers in foam-stabilization
稳泡剂发泡体积/mL半衰期/min
PF-XC610182
PF-CMC550125
PF-PAC (LV)570140

表 2可以看出,在3种稳泡剂中,PF-XC的稳泡效果最好,满足半衰期长于150 min的要求,因此选择PF-XC作为微泡沫钻井液的稳泡剂。

1.3 微泡沫钻井液配方

微泡沫钻井液的基本组成为基液+发泡剂+稳泡剂+降滤失剂+增黏剂。经过调整和优选,最终形成的微泡沫钻井液配方为:基液+1.0% PF-PAC (LV)+0.3%JM+0.5% PF-XC+2.0% PF-SAT。其中:基液采用3.0%预水化膨胀土浆[7];PF-PAC (LV)为降滤失剂,JM为发泡剂,PF-XC为稳泡剂和增黏剂,PF-SAT为井壁稳定剂。

在室内采用3 000 r/min的搅拌速度配制微泡沫钻井液,在49 ℃(120 ℉,国际通用测量水基钻井液流变性能的统一温度)下测定了其主要性能:密度为0.93 kg/L,表观黏度为35 mPa·s,塑性黏度为24 mPa·s,动切力为11 Pa,滤失量为4.8 mL,润滑系数为0.15,岩屑滚动回收率为92.6%,岩心渗透率恢复率为91.6%。

2 微泡沫钻井液性能评价

按上述微泡沫钻井液配方配制钻井液,并对其稳泡性、抑制性、抗温性及储层保护性等进行了评价。

2.1 稳泡性评价

稳泡性(泡沫稳定性)是泡沫流体的主要性能,指的是泡沫存在时间的长短。泡沫稳定性关系着钻井的安全,因为在正常钻进过程中泡沫的生成和破裂基本平衡,泡沫能保持基本稳定,但当停止循环时钻井液的性能就会随着泡沫破裂发生较大变化[8]。在室内测定了钻井液静置不同时间后的性能,结果见表 3

表3 微泡沫钻井液稳泡性评价结果 Table 3 Performances evaluation of micro-foam drilling fluids for foam-stabilization
静置时间/h密度/(kg·L-1)表观黏度/(mPa·s)塑性黏度/(mPa·s)动切力/Pa滤失量/mL
240.933524114.8
480.933525104.8
720.943727104.6
960.95362794.6

表 3可以看出,微泡沫钻井液静置96 h后的性能和初始性能基本一致,泡沫没发生变化,仍细小均匀,表明该钻井液的稳泡性能较好。

2.2 抑制性评价

采用印尼KSO Benacat区块BD-193井的岩屑,将其烘干研磨,然后取过200目筛子的岩屑20.0 g制作成岩心,用FANN2100型线性膨胀仪测其在微泡沫钻井液中的线性膨胀率为13.4%(该岩心在清水中的线性膨胀率为67.0%)。另外,筛选出KSO Benacat区块现场6~10目岩屑25.0 g装入盛有300 mL微泡沫钻井液的老化罐中,然后在120 ℃温度下滚动老化16 h,再用40目筛过滤未分散的岩屑烘干后称重,计算其滚动回收率高达94.0%(该岩心在清水中的滚动回收率为8.0%)。线性膨胀率和滚动回收率试验结果充分说明微泡沫钻井液具有较好的抑制性[9, 10]

2.3 抗温性评价

温度对微泡沫钻井液的稳定性有一定影响,随着温度升高,液膜黏度降低,排液速度加快,透气性增强,强度降低,从而导致稳泡性降低。为评价微泡沫钻井液的抗温性能,将微泡沫钻井液在60,80和100 ℃温度下滚动老化16 h,然后在49 ℃温度下测定其性能,结果见表 4

表4 微泡沫钻井液抗温性评价结果 Table 4 Performance of micro-foam drilling fluids and temperature tolerance
温度/℃密度/(kg·L-1)表观黏度/(mPa·s)塑性黏度/(mPa·s)动切力/Pa滤失量/mL
室温0.933524114.8
600.953222105.1
800.963222105.2
1000.963120115.2

表 4可以看出,微泡沫钻井液在60,80和100 ℃温度下老化16 h后,各性能指标均变化不大,这说明微泡沫钻井液具有较好的抗温性能。

2.4 抗盐性评价

正常钻进中,微泡沫钻井液一定会遇到含盐地层水侵入问题的。地层水中含有大量的盐(如NaCl、CaCl2等),易对其性能造成很大的影响,由此造成井下复杂情况,严重时甚至引起井下事故[11]。为此,分别在微泡沫钻井液中加入不同量的NaCl和CaCl2,然后测定其性能,通过分析性能的变化情况,评价其抗盐性能,结果见表 5

表5 微泡沫钻井液抗盐性评价结果 Table 5 Performance of micro-foam drilling fluids for salinity tolerance
加量,%密度/(kg·L-1)表观黏度/(mPa·s)塑性黏度/(mPa·s)动切力/Pa滤失量/mL
NaCl 50.963525104.6
101.00382994.6
151.13393094.4
201.16403284.2
CaCl2 50.953626104.4
100.98393094.2
151.12393094.2
201.14413384.1

表 5可以看出,随着NaCl和CaCl2加量增大,钻井液密度、表观黏度和塑性黏度稍有增大,动切力和滤失量有所降低,但总体变化幅度不大。分析认为,密度、表观黏度、塑性黏度增大是由于这2种盐起到了加重剂的作用,滤失量和动切力变化幅度很小,表明该钻井液具有较好的抗盐性,能够很好地满足现场要求。

2.5 储层保护性评价

为评价微泡沫钻井液对储层的损害程度,根据石油天然气行业标准《钻井液完井液损害油层室内评价方法》(SY/T 6540—2002),用制备的岩心对该钻井液进行了岩心渗透率恢复率试验。试验仪器采用国产JHDS-Ⅲ型高温高压动态失水仪和CLD-Ⅲ型岩心流动试验仪。该试验主要分为动态模拟(作业压差、储层温度和钻井液环空循环梯度)和静态模拟(作业压差和储层温度)2种,在室内采用动态模拟试验来测量岩心被钻井液污染前后的渗透率,从而计算出渗透率恢复率[12],结果见表 6

表6 微泡沫钻井液渗透率恢复率试验结果 Table 6 Test results of permeability recovery rate with micro-foam drilling fluids
岩心号温度/℃气测渗透率/mD渗透率恢复率,%渗透率/mD
污染前污染后
110010.233.212.7986.9
210012.563.563.2992.4

表 6可知,优选出的微泡沫钻井液能够很好地满足保护低渗透油气层的需求。

3 现场试验

位于印尼KSO Benacat区块的BD-195井、SWD-15井,目的层地层压力当量密度只有0.7~0.8 kg/L。因此,为降低钻井过程中井漏发生的可能性,保护油气层,同时降低钻井液密度,提高机械钻速[13, 14],这2口井在钻进储层时试用了微泡沫钻井液。

使用前,现场配制了微泡沫钻井液:配制3.0%膨胀土浆预水化24 h备用,然后依次加入1.0% PF-PAC (LV)、0.3% JM、0.5% PF-XC和2.0% PF-SAT,循环均匀备用。

钻进过程中,适时补充各种处理剂以维持钻井液性能满足设计和钻进要求,尽量将所有处理剂都配制成胶液,然后缓慢加入到钻井液中,以保持钻井液性能稳定,并充分利用搅拌器和水枪保持微泡沫的稳定。

BD-195井和SWD-15井均顺利钻至设计井深,完钻井深分别为1 546.00和1 657.00 m。与采用PLUS/KCl钻井液钻进的BD-193井相比(见表 7),这2口井的机械钻速平均提高29.7%以上,且井壁稳定,未发生井漏,起下钻正常。

表7 311.1 mm井段钻井液性能对比 Table 7 Comparison of drilling fluid performance in well interval of 311.1 mm hole size
井号密度/(kg·L-1)表观黏度/(mPa·s)塑性黏度/(mPa·s)动切力/Pa机械钻速/(m·h-1)
BD-1931.1046.032.014.037.0
BD-1950.9536.524.012.547.0
SWD-150.9638.026.012.049.0
4 结 论

1) 微泡沫钻井液密度低,可实现近平衡压力钻进,能够很好地解决KSO Benacat区块低压低渗地层钻进过程中的井漏问题,同时可以有效提高机械钻速和保护油气层。

2) 微泡沫钻井液性能稳定,气液不易分离,长时间静置性能不会变化,而且高温下的稳定性较好,能有效抑制黏土膨胀和页岩坍塌。

3) 微泡沫钻井液技术现场施工简单,便于维护处理,经济可行。

参考文献
[1] 郑力会,左锋,王珊,等.国内可循环泡沫类钻井液应用现状[J].石油钻采工艺,2010,32(1):10-16.
ZHENG Lihui,ZUO Feng,WANG Shan,et al.State of the art in the micro-bubble-based drilling fluids in China[J].Oil Drilling & Production Technology,2010,32(1):10-16.
[2] 舒小波,孟英峰,万里平,等.可循环强抑制性稳定泡沫钻井液研究[J].石油钻探技术,2014,42(4):69-74.
SHU Xiaobo,MENG Yingfeng,WAN Liping,et al.Recyclable and highly inhibitive stable foam drilling fluid[J].Petroleum Drilling Techniques,2014,42(4):69-74.
[3] 宋一男,窦亮彬.泡沫钻井液配合生物酶在煤层气钻井中的应用[J].石油机械,2014,42(7):7-11.
SONG Yinan,DOU Liangbin.Application of foam drilling fluid combined with the bio-enzyme in CBM drilling[J].China Petroleum Machinery,2014,42(7):7-11.
[4] 杨虎,鄢捷年,陈涛.新型水基微泡沫钻井液的室内配方优选和性能评价[J].石油钻探技术,2006,34(2):41-44.
YANG Hu,YAN Jienian,CHEN Tao.Lab study and evaluation of a new water-based aphrons drilling fluid[J].Petroleum Drilling Techniques,2006,34(2):41-44.
[5] 李翔,侯永利,张云宝,等.渤海油田泡沫调驱用起泡剂静态性能评价及筛选[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2011,13(6):30-33.
LI Xiang,HOU Yongli,ZHANG Yunbao,et al.Research on the selection and static performance evaluation of foam agents for foam flooding application in Bohai Oilfields[J].Journal of Chongqing University of Science and Technology (Natural Science Edition),2011,13(6):30-33.
[6] 王桂全,孙玉学,李建新,等.微泡沫钻井液的稳定性研究与应用[J].石油钻探技术,2010,38(6):75-78.
WANG Guiquan,SUN Yuxue,LI Jianxin,et al.Stability of micro-foam drilling fluid and its application[J].Petroleum Drilling Techniques,2010,38(6):75-78.
[7] 王富华,梁国昌,郭保雨.用于低压低渗透油气藏的可循环泡沫防塌钻井液[J].钻井液与完井液,2009,26(1):6-8.
WANG Fuhua,LIANG Guochang,GUO Baoyu.A recyclable foaming drilling fluid suitable for drilling low pressure low permeability reservoirs[J].Drilling Fluid & Completion Fluid,2009,26(1):6-8.
[8] 汪桂娟,丁玉兴,陈乐亮,等.具有特殊结构的微泡沫钻井液技术综述[J].钻井液与完井液,2004,21(3):44-52.
WANG Guijuan,DING Yuxing,CHEN Leliang,et al.Aphron-base drilling fluid technology[J].Drilling Fluid & Completion Fluid,2004,21(3):44-52.
[9] 曹品鲁,马文英,张兆国,等.可循环空气泡沫钻井技术在元坝10井的应用[J].石油钻探技术,2011,39(5):49-52.
CAO Pinlu,MA Wenying,ZHANG Zhaoguo,et al.Application of recycling air-foam drilling technology in Well Yuanba-10[J].Petroleum Drilling Techniques,2011,39(5):49-52.
[10] 王希勇,李皋,舒小波,等.泡沫钻井液井壁稳定性评价研究[J].石油地质与工程,2013,27(6):108-111.
WANG Xiyong,LI Gao,SHU Xiaobo,et al.Evaluation study on wellbore stability of foam drilling fluid[J].Petroleum Geology and Engineering,2013,27 (6):108-111.
[11] 张业中,张振华.可循环微泡沫钻井液体系的研制与性能评价[J].江汉石油学院学报,2004,26(2):103-104.
ZHANG Yezhong,ZHANG Zhenhua.Development of a circulating micro-foam drilling system and its performance evaluation[J].Journal of Jianghan Petroleum Institute,2004,26(2):103-104.
[12] 蒲晓林,李霜,李艳梅,等.水基微泡沫钻井液防漏堵漏原理研究[J].天然气工业,2005,25(5):47-49.
PU Xiaolin,LI Shuang,LI Yanmei,et al.Experimental research of the leak resistance and loss circulation control of water-base microfoam drilling fluid[J].Natural Gas Industry,2005,25(5):47-49.
[13] 董震堃,胥虹,聂洪岩,等.微泡沫泥浆在贵州岩溶裂隙地层钻探施工中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2014,41(10):5-8.
DONG Zhenkun,XU Hong,NIE Hongyan,et al.Application of mocro-foam mud for drilling constrction in Karst fractured formation of Guizhou[J].Exploration Engineering(Rock & Soil Drilling and Tunneling),2014,41(10):5-8.
[14] 吕振华,隋跃华,郭建国,等.可循环泡沫钻井完井液在罗151-11井欠平衡压力钻井中的应用[J].石油钻探技术,2000,28(3):27-28.
LYU Zhenhua,SUI Yuehua,GUO Jianguo,et al.Applications of cyclable foam drilling & completion fluids in under-balanced drilling in Luo-151-11 Well[J].Petroleum Drilling Techniques,2000,28(3):27-28.

文章信息

苏乐, 郭磊, 刘兆华
SU Le, GUO Lei, LIU Zhaohua
印尼KSO Benacat区块低密度微泡沫钻井液技术
Low-Density Micro-Foam Drilling Fluid Technology Deployed in Benacat Block, Indonesia
石油钻探技术, 2016, 44(01): 18-22
Petroleum Drilling Techniques, 2016, 44(01): 18-22.
http://dx.doi.org/10.11911/syztjs.201601004

文章历史

收稿日期: 2015-08-07
改回日期: 2015-12-25

相关文章

工作空间