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强封堵油基钻井液在歧北页岩油先导试验井的应用

马红 庄涛 文飞 王磊磊 李晓晨 陈安亮 王禹

马红,庄涛,文飞,等. 强封堵油基钻井液在歧北页岩油先导试验井的应用[J]. 钻井液与完井液,2025,42(5):631-639 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.05.009
引用本文: 马红,庄涛,文飞,等. 强封堵油基钻井液在歧北页岩油先导试验井的应用[J]. 钻井液与完井液,2025,42(5):631-639 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.05.009
MA Hong, ZHUANG Tao, WEN Fei, et al.The application of an oil-based drilling fluid with strong plugging capacity in pilot test shale oil wells in Qibei area[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(5):631-639 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.05.009
Citation: MA Hong, ZHUANG Tao, WEN Fei, et al.The application of an oil-based drilling fluid with strong plugging capacity in pilot test shale oil wells in Qibei area[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(5):631-639 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.05.009

强封堵油基钻井液在歧北页岩油先导试验井的应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.05.009
基金项目: 天津市科技计划项目“非常规和深层油气资源开发钻井液关键技术研究”(19PTSYJC00120)。
详细信息
    作者简介:

    马红,高级工程师,1984年生,2011年毕业于南开大学物理化学专业,现在从事钻井液技术研究工作。E-mail:mahong08@cnpc.com.cn。

  • 中图分类号: TE254

The Application of an Oil-Based Drilling Fluid with Strong Plugging Capacity in Pilot Test Shale Oil Wells in Qibei Area

  • 摘要: 大港油田歧北页岩油已探明的未动用页岩油储量仍非常大,且埋深可达4500 m及以上,该油气富集区均分布于沙河街储层,黏土含量高且层间孔隙微裂缝发育,易发生井壁失稳起下钻阻卡。为解决上述技术难题,该区块3口先导试验水平井首次设计使用油基钻井液进行施工,引入2%纳米胶乳、2%复配粒径碳酸钙和2%氧化沥青,运用颗粒级配,研究并形成了一套强封堵油基钻井液体系。在现场应用过程中,该油基钻井液体系750 mD砂盘滤失量可降至0.8 mL,封堵了地层微裂缝,减少滤液对地层侵入,强化了井壁稳定性。其中QY6-31-2井钻井周期为40.98 d,刷新集团公司6501~7000 m钻井周期最短记录,创大港油田(水平井)页岩油完钻井深最深(6558 m)等5项指标,保证了先导试验井顺利施工。

     

  • 图  1  页岩岩样的扫描电镜图

    图  2  沙一段/沙三段岩心在清水中浸泡10 h后

    图  3  沙一段/沙三段岩心在白油中浸泡10 h后

    图  4  强封堵油基钻井液在170℃老化72 h后静置不同时间的沉降稳定性

    图  5  强封堵油基钻井液的TSI随时间的变化趋势

    图  6  相同压力下钻井液的AVYP随温度变化趋势

    图  7  相同温度下钻井液的AVYP随压力变化趋势

    图  8  温度/压力同时升高钻井液的AVYP变化趋势

    表  1  岩样的孔隙率及孔径测定( GB/T 21650.1—2008)

    岩样 平均孔隙率/% 平均孔径/μm
    1# 79.032 10.255
    2# 81.117 8.522
    3# 71.010 1.589
    4# 75.271 0.125
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    表  2  全岩矿物组成和黏土矿物组成

    全岩矿物组成/% 黏土矿物组成/%
    石英 长石 方解石 白云石 黄铁矿 黏土矿物 伊利石 蒙脱石 伊蒙混层 高岭石 绿泥石
    26.24 8.02 21.25 13.49 3.01 27.99 37.70 0.00 56.07 0.4 5.83
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    表  3  不同封堵剂的粒径测试(GB/T 19077—2016)

    封堵剂 D10/μm D50/μm D90/μm
    纳米胶乳 0.112 0.168 0.242
    氧化沥青 1.067 10.350 100.8
    微硅粉 7.429 33.70 105.700
    聚氨酯纤维 7.113 47.810 163.100
    纳米聚酯 0.357 0.618 6.190
    纳米聚合物 0.066 0.113 0.203
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    表  4  在油基钻井液中加入不同封堵剂的性能

    封堵剂 PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    FLHTHP/
    mL
    渗透滤
    失量/mL
    0 32 6.5 5.8 5.2
    2%纳米胶乳 32 6.0 3.2 2.8
    2%氧化沥青 35 7.0 3.8 3.2
    2%微硅粉 32 6.5 5.6 5.4
    2%聚氨酯纤维 34 7.0 5.4 5.2
    2%纳米聚酯 34 7.0 5.0 4.8
    2%纳米聚合物 35 7.5 4.8 4.4
    0.5%碳酸钙(600目)+
    0.5%碳酸钙(800目)+
    1%碳酸钙(1250目)
    33 6.5 3.4 3.0
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    表  5  在油基钻井液中加入不同封堵剂的性能对比

    封堵剂 PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    FLHTHP/
    mL
    渗透滤失量/
    mL
    4%纳米胶乳FDJ 32 6.5 2.8 2.6
    6%纳米胶乳FDJ 31 6.0 2.6 2.4
    4%氧化沥青 35 7.0 3.6 3.0
    6%氧化沥青 36 7.0 3.2 2.8
    4% 碳酸(600目∶800目∶1250目=1∶1∶2) 34 6.5 3.2 2.8
    6%碳酸钙(600目∶800目∶1250目=1∶1∶2) 35 7.5 3.0 2.6
    4%纳米胶乳FDJ+2% 氧化沥青 33 6.0 2.6 2.4
    3%纳米胶乳FDJ+2% 氧化沥青+1%碳酸钙(600目∶800目∶1250目=1∶1∶2) 35 7.0 2.4 2.0
    2%纳米胶乳FDJ+2% 氧化沥青+2%碳酸钙(600目∶800目∶1250目=1∶1∶2) 36 6.5 1.6 1.0
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    表  6  强封堵油基钻井液的抗温性能

    实验
    条件
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    ES/
    V
    FLHTHP /
    mL
    65℃ 37.0 4.5 3.0/4.5 1130
    150℃、16 h 36.0 6.5 4.5/6.5 1312 1.6
    160℃、16 h 33.0 4.0 4.5/7.0 1327 1.8
    170℃、16 h 37.0 3.5 4.5/7.0 1346 1.8
    170℃、24 h 34.0 3.5 5.0/7.5 1355 2.0
    170℃、48 h 33.5 3.0 4.5/7.5 1302 2.2
    170℃、72 h 32.0 3.0 4.5/7.0 1247 2.2
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    表  7  强封堵油基钻井液封堵滤失量测试

    渗透率 不同时间(min)的FL/mL PPT/
    mL
    瞬时滤失量/
    mL
    静滤失速率/
    mL/min1/2
    1 5 7.5 15 25 30
    400 mD 0.0 0.0 0.2 0.2 0.3 0.4 0.8 0.0 0.146
    750 mD 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.0 2.0 0.0 0.365
    2 D 0.3 0.8 1.0 1.2 1.6 1.8 3.6 0.4 0.584
    5 D 0.6 0.9 1.2 1.3 1.6 2.1 4.2 0.6 0.657
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    表  8  常规油基钻井液封堵滤失量测试

    渗透率 不同时间(min)的FL/mL
    PPT/
    mL
    瞬时滤失量/
    mL
    静滤失速率/
    mL/min1/2
    1 5 7.5 15 25 30
    400 mD 0.0 0.3 0.7 1.0 1.1 1.3 2.6 0.2 0.438
    750 mD 0.2 0.4 1.0 1.4 1.5 1.8 3.6 0.4 0.584
    2D 0.2 0.8 1.6 2.0 2.8 3.1 6.2 0.2 1.095
    5D 0.6 1.2 1.9 2.4 3.0 3.4 6.8 0.8 1.095
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    表  9  钻井液的高温高压流变性能(ρ=1.7 g/cm3

    T/℃ P/MPa φ600 φ300 φ200 φ100 φ6 φ3 AV/mPa·s PV/mPa·s YP/Pa
    65 常压 78 53.0 41 28.0 5.5 4.5 39.0 25.0 14.0
    100 30 72 43.0 33 22.0 8.0 7.0 36.0 29.0 7.0
    100 50 86 51.0 39 25.0 8.5 7.6 43.0 35.0 8.0
    100 70 105 60.0 45 28.0 8.0 7.0 52.5 45.0 7.5
    100 90 127 73.0 54 33.5 9.4 8.3 63.5 54.0 9.5
    120 30 62 36.0 24 16.0 5.0 4.0 31.0 26.0 5.0
    120 50 69 39.0 29 19.0 5.5 4.9 34.5 30.0 4.5
    120 70 90 51.0 36 22.5 6.2 5.3 45.0 39.0 6.0
    120 90 100 55.0 41 26.0 6.8 6.0 50.0 45.0 5.0
    150 30 49 28.0 17 12.0 5.0 4.7 24.5 21.0 3.5
    150 50 54 34.0 20 14.0 5.4 5.0 27.0 21.0 4.0
    150 70 62 36.0 24 16.0 5.9 5.5 31.0 26.0 5.0
    150 90 70 40.0 28 19.0 6.5 5.8 35.0 30.0 5.0
    170 30 45 25.5 16 11.0 4.5 3.8 22.5 19.5 3.0
    170 50 52 30.0 20 14.0 4.8 4.7 26.0 22.0 4.0
    170 70 59 34.0 23 15.0 5.3 4.9 29.5 25.0 4.5
    170 90 74 44.0 34 22.0 6.7 6.0 37.0 30.0 7.0
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    表  10  应用井目的层位沙三1C1的基本情况

    井号 井深/
    m
    垂深/
    m
    最大井
    斜/(°)
    水平
    位移/m
    平均机械转速/
    m·h−1
    QY6-31-1 5530 3748.62 83.73 1982 16.03
    QY6-31-2 6558 3894.52 95.56 2510 16.27
    QY6-31-3 6460 3875.85 95.45 2102 14.29
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    表  11  QY6-31-2井的井身结构

    开钻
    次序
    井眼尺寸/
    mm
    井深/
    m
    套管尺寸/
    mm
    套管下深/
    m
    一开 444.5 721 339.7 720
    二开 311.2 3182 244.5 3180
    三开 215.9 6558 139.7 6555
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    表  12  QY6-31-2井现场钻井液性能

    序号 井深/
    m
    ρ/
    g·cm−3
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    ES/
    V
    FLHTHP /
    mL
    PPT/
    mL
    1 3208 1.60 37.5 31.0 6.5 2.0/3.5 869 1.6 1.0
    2 3444 1.60 36.0 30.0 6.0 2.5/4.5 872 1.6 1.0
    3 3829 1.62 36.5 29.0 7.5 3.5/5.0 1013 1.8 1.6
    4 4115 1.64 37.0 29.0 8.0 3.5/5.5 1025 1.8 1.4
    5 4606 1.65 39.5 31.0 8.5 4.0/6.5 968 1.8 1.8
    6 4762 1.65 40.0 32.0 8.0 4.0/6.5 926 1.6 1.4
    7 5230 1.65 41.5 33.0 8.5 4.0/70 910 1.6 1.4
    8 5816 1.65 43.0 34.0 9.0 4.5/7.5 985 1.6 1.4
    9 6127 1.65 44.5 35.0 9.5 4.5/7.5 997 1.4 1.2
    10 6558 1.65 44.5 35.0 9.5 4.5/7.5 989 1.2 0.8
     注:3208~4115 m井段的 FLHTHP在150℃测定,4606~6558 m井段的FLHTHP在170℃下测定;测试封堵滤失量的砂盘均为750 mD。
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    表  13  QY6-31-2井现场气测点火记录

    序号 井深/
    m
    ρ/
    g·cm−3
    ρmin/
    g·cm−3
    点火持续
    时间/min
    作业
    时段
    点火
    次数
    1 4158 1.64 1.63 15 钻进 1
    2 4334 1.65 1.63 15 钻进 1
    3 5620 1.65 1.63 80 起下钻 5
    4 5757 1.65 1.64 18 钻进 1
    5 6558 1.65 1.64 543 起下钻/下套管 12
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    表  14  QY6-31-2井不同井段气体污染后性能(ρ=1.65 g/cm3

    井深/
    m
    ρ/
    g·cm−3
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    ES/
    V
    FLHTHP /
    mL
    PPT/
    mL
    4158 1.65 37.0 29.0 8.0 3.5/5.0 896 1.6 1.0
    4334 1.65 37.5 29.0 8.5 3.5/6.0 996 1.8 1.6
    5620 1.65 41.0 32.0 9.0 4.5/7.0 859 2.0 1.2
    5757 1.65 48.0 39.0 9.0 4.5/7.5 963 2.0 1.4
    6558 1.65 47.5 38.0 9.5 4.5/7.5 1125 2.2 2.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-04-12
  • 修回日期:  2025-05-23
  • 刊出日期:  2025-09-30

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