纳米乳液体系在海南钻井中的应用 纳米乳液

来源:自然科学 发布时间:2019-05-22 05:38:16 点击:

  摘要: 纳米乳液是以非离子表面活性剂和石蜡等为主要原材料合成的胶体体系,乳液在水中易分散,流动性好,实验表明,纳米乳液钻井液体系,具有良好的抑制防塌、润滑保护油气层的能力。该技术在花东4-1X井中进行了应用。结果表明,应用纳米乳液钻井液体系钻井过程中能降低摩阻和扭矩,同时纳米乳液抑制粘土矿物水化膨胀和分散能力,对保持井壁稳定起到了一定的作用,保证了电测、下套管顺利,有效地保护了油气层。
  关键词: 纳米乳液;润滑剂;抑制性;稳定性
  
  1.概况
  
  花东4-1X井是位于海南省澄迈县老城镇孟乐村以南约850米处,三维地震剖面IN-1002/CR-1390线交点上,是福山油田凹陷花场构造花东4块高点上的一口生产井。该井的钻探目的是旨在进一步认识花东地区北边块花东4断块流三段上亚段油气层分布规律以及进一步落实该块油气水关系。该井一开用φ444.5mm钻头钻至198.41米,φ339.7mm套管下至196.41米;二开用φ311.1mm钻头钻至2200米,φ244.5mm套管下至2198.64米;三开用φ215.9mm钻头钻至4095米,φ139.7mm套管下至4085米完井。
  
  2.钻井技术难点分析及钻井液体系选择
  
  (1)一开0m~200m井段为望楼港组浅灰色泥岩夹层生物碎屑岩和生物碎屑灰岩,注意防漏和防塌是重点;(2)二开200m~2200m井段主要岩性为砂砾岩、砂岩与泥岩互层,钻井液应具有较强的造壁性、抑制性和封堵能力,形成致密内泥饼,如何采取适当的排量和粘度,防止泥岩地层造浆和砂砾岩地层缩径为本段地层的重点;(3)三开2200m~4095m井段主要是涠洲组和流沙港组,其中流沙港组的流二段地层主要为硬脆性泥岩,易剥落掉块,要求钻井液具有较强的防塌能力和抑制能力。钻遇油层前100m左右,调整钻井液达到设计要求的指标,采取有效措施保护油气层。主要重点是如何解决好流沙港组地层硬脆性泥岩垮塌,注重做好油气层保护工作。
  针对海南省澄迈县花场区块地层特点,选用分段钻井液体系必须具备以下特点:(1)具有良好的流变性能和较强的携岩能力,能够满足快速钻井的需要;(2)具有较强的抑制性、防塌性,能更好的解决井壁稳定问题;(3)有较低的API滤失量、薄而致密的泥饼、良好的护壁能力和润滑防塌性能及良好的油气层保护性能。根据以上所述对钻井液体系进行了优选:一开0m~200m,膨润土钻井液;二开200m~2200m,聚合物膨润土钻井液,下部井段2200m~4095m,聚磺纳米乳液钻井液体系。
  本井纳米乳液钻井液体系配方:3%~4%膨润土+1%~2%NaOH+0.4%PAM+3%高温高压降失水剂+3%~5%防塌剂+0.5%纳米乳液。
  
  3.纳米乳液在现代钻井完井液中的功效
  
  纳米乳液是一种透明/半透明(50mm-200mm)或乳白色的乳状液(约500mm),也被成为微小乳状液、超细乳液、乳胶液、不稳定乳液、亚微米乳液等。在钻井完井液中引入纳米材料可以解决很多目前亟待解决的问题,因为纳米材料的引入可以改善钻井完井液的性能,这包括:提高热火稳定性,从而改善钻井完井液的总体稳定性;改善钻井完井液的流变性;提高泥饼的致密性,改善泥饼的厚度;提高钻井完井液的润滑性,减少钻具的磨损,降低起下钻的磨阻。应用纳米乳液钻井液穿过油气层时,通过在近井壁处形成渗透率极低的屏蔽带,有效阻止钻井、完井液中的固相颗粒和滤液进入地层深部,避免钻井液对油气流通道的永久性堵塞,起到了良好的油气层保护作用。同时由于暂堵剂是石蜡,易于反排,因此不会对油层造成伤害。
  3.1纳米乳液的润滑性能
  配制一定浓度的基浆,按一定比例加入纳米乳液,用高温高压粘附仪,在一定的温度下进行测定,由公式:f=M×0.845×10-2可以计算出粘附系数f,随着纳米乳液加量的增加粘附系数不断减小,当至加量增加至1.0%时,粘附系数接近零,随着温度的升高,纳米乳液的润滑性能有所增强,实验结果见表1、2。
  
  3.2纳米乳液的抑制性
  (1)线性膨胀量。称取10g经过处理的钙质膨润土,在压片机上用10MPa压力下维持5min制得样品片,再用20mL所配溶液浸泡,并在NP-01页岩膨胀仪上测定基线性膨胀高度,结果如下:0.5%纳米乳液溶液中,8小时的膨胀高度为2.65mm,而7%KCI为5.82mm。加0.5%纳米乳液的钻井液的抑制粘土膨胀的效果明显好于7%KCI,随着温度的升高膨胀有所降低。
  (2)页岩回收率。页岩回收率实验结果见表3。从表3中可以看出加入0.5%的纳米乳液和7%KCI的页岩回收率接近,1.0%的纳米乳液回收率则高于7%KCI。
  
  研究表明,纳米乳液对钻井完井液的润滑性能改变非常明显,具有很好的抑制性能,而且对其储层保护效果也比较强。
  
  4.现场应用
  
  4.12200m~4095m井段
  此井段是本井的目的层,主要是涠三段和流沙港组。涠三段地层容易在砂岩井段井壁形成虚厚泥饼,导致井眼缩径。而流沙港组易坍塌,改变泥饼质量,减少钻井液向地层渗透,保护好油气层。钻进过程中,除了具有足够的排量之外,钻井液还必须具有良好的携带性和流变性能,否则容易引起钻屑下沉和引起井下复杂情况。现场的施工过程中,在涠三段我们采用低粘、低切钻井液。当钻至流沙港组时,我们在钻井液中加入了3%的降失水剂和5%的防塌剂,控制钻井液的API失水为4ml,在保证了钻井液在层流携砂的前提下,还减少了钻井液对井壁的冲刷。为了保护油气层和增加钻井液润滑抑制性,我们在钻井液中加入了0.5%的纳米乳液并定期加入封堵性处理剂,从而更有效的保护了油气层和增加了钻井液的润滑防塌性。
  
  当钻至井深3683米中靶之后,为了保证井下安全,防止压差掉块和油气浸,我们将钻井液密度提高至设计要求的的1.40 g/cm3。当完钻循环时发现有较好的油气显示,为了更安全的完成测井等后续施工,将钻井液密度提高到1.50 g/cm3,保证了下部施工作业的顺利进行。
  4.2现场应用效果
  纳米乳液的加入,使得花东4-1X井钻井液整体展现出良好的润滑性,较好的抑制性,电测一次性成功,平均井径扩大率5%,下套管作业非常顺畅,固井质量为优。而同井台的花东4井电测时在3200米处就遇阻,通井后才电测成功。
  
  从上表中可以看出,使用了纳米乳液强抑制钻井液体系的花东4-1X井,无论在钻井周期、建井周期、还是电测成功率来比较,效果都明显优于花东4井,而且在钻井施工过程中,起下钻作业也无遇阻、划眼等复杂情况,充分说明纳米乳液体系的钻井液具有较好的流变性能和润滑抑制性。
  
  5.认识与建议
  
  (1) 纳米乳液钻井液体系具有良好的润滑能力,钻井过程中能降低摩阻和扭矩,有效的保证了井下的安全。
  (2) 纳米乳液具有良好的抑制粘土矿物水化膨胀和分散能力,对保持井壁稳定起到了一定的作用。
  (3) 纳米乳液钻井液体系在花东4-1X井的应用达到了控制井径、稳定井壁的效果,保证了电测、下套管顺利,有效的保护了油气层,取得了良好的油气显示。
  
  参考文献:
  [1] 王毅等,纳米技术在钻井完井液中的应用前景[J].钻井液与完井液,2008,25(1):69-71

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