双靶点大斜度延伸井水基钻井液技术.pdf

第 2 6卷 第 4期 2 0 0 9年 7月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LLI NG F LUI D COM P LETI ON FLUI D Vo1 ． 26 No． 4 J u l y 2 0 0 9 文 章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 4 0 0 7 8 0 3 双靶点大斜度延伸 井水基钻 井液技术 陈文俊 何 兴华 刘 绍元 罗立公 胜利石油管理局钻井工程技术公司 ， 山东东营 摘 要 老斜 4 5 4井是位于胜利桩西地 区的一 口双靶点、 大斜度评价井。该井完钻井深为 3 7 9 0 m， 垂深为 2 9 4 0 ． 2 m， 水平位移为 1 2 3 8 ． 4 m， 造斜点井深为 2 3 1 2 ． 8 4 m， 全井最大井斜为 7 8 ． 8 3 。 。针对该 井地层特 点， 采 用 了聚合醇强 抑制水基钻井液 ， 其具有 良好的流变性 ， 润滑 防卡 性， 抑制、 携岩 能力强， 有效预 防 了井壁失稳 ， 满足 了大斜度延伸井 的钻 井要求。在应用过程中得到 以下经验 在钻遇严 重造 浆地 层 时， 高分 子量聚合物絮凝包被 剂与 固控设备 的配合 使用 ， 对钻井液流变性能的稳定起着决定性作用； 在大斜度长裸 眼段施工 中必须 坚持短程起下钻 ， 及 时修整井壁， 以 钻井液的净化保优化 。该井钻 井液工艺技术为桩西地 区大斜度延伸井实现安全 、 快速施工提供 了参考 。 关键 词 大斜度井 ； 聚合 醇钻 井液 ； 井 眼稳定 ； 井眼净化 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 1 地 质 工 程 概 况 1 ． 1 地质 概况 老斜 4 5 4井 位 于 渤 中 坳 陷 埕 北 凹 陷 南 部 斜 坡 带 ， 钻 探 目的是 向东扩 大 老 4 5 1 井 区沙 河 街 组含 油 气 范 围 。该 井馆 陶组 以上地层 成岩 性差 ， 泥岩 性软 ， 蒙脱 石含 量 高 ， 造 浆 严 重 ； 东 营 组 上 部 地 层 以细 砂 岩 、 粉砂岩 为 主 ， 下 部 地 层 为 灰色 、 深 灰 色 泥 岩 和 油 页岩 ， 易产 生 剥蚀 掉块 ； 沙 河街 组 地 层 倾 角 大 ， 主 要 由灰 绿 色泥岩 、 灰 质 油 泥 岩 、 灰 色砂 岩 、 灰 褐 色 油 页 岩 和细砂 岩 、 粉砂 岩 组 成 ， 不 整合 面 、 断层 面 附近 易 漏失 ， 泥 岩段 易掉块 、 坍 塌 。 1 ． 2工 程概 况 该井 完钻 井深 为 3 7 9 0 m， 垂 深 为 2 9 4 0 ． 2 m， 水 平位 移为 1 2 3 8 ． 4 m， 造 斜点 井深 为 2 3 1 2 ． 8 4 m， 全 井最 大井 斜 为 7 8 ． 8 3 。 。第 一 靶 垂 深 为 2 7 0 0 ． 0 0 m， 闭合 距 为 3 5 2 ． 4 3 m， 第 二靶垂 深 为 2 9 1 0 ． 0 0 m， 闭合距 为 1 1 5 2 ． 4 2 m。井 身结 构 为 ／ J 4 4 4 ． 5 mm 3 4 7 m 3 3 9 ． 7 mm3 4 5 ． 7 m ， 水 泥 返 至 地 面 ； 3 1 1 ． 2 mm2 8 4 8 m 2 4 4 ． 5 mm2 8 4 2 ． 9 m ， 水 泥返 至井深 7 0 0 m； 2 1 5 ． 9 mm3 7 9 0 m。 2 钻 井液技术难 点 2 ． 1 井眼稳定性 老斜 4 5 4井位 于黄河 入海 口附近 的滩海 地 区 ， 整个 造斜 段都 在东 营组 ， 地层 胶结 疏松 ， 蒙脱石 含量 高口 ] ， 加上 斜井段 钻 屑反 复研磨 的程 度高 ， 易引 起造 浆严 重 ， 导致 钻井液 中的无用 固相 含量 高 。因此 ， 控 制 上部地 层造 浆 ， 确保 上部 大 井 眼 稳 定是 保 证 后 期 顺利 施工 的前 提 。 老斜 4 5 4井斜 度 大 ， 最大 井 斜 超 过 7 5 。 ， 大 斜度 井段 较长 ， 水 平位移 较 大 。从 力学 方面 考虑 ， 上覆 地 层 压力 的径 向分力 及各 向同性 的岩石 向井 内的侧 向 力很 大 ， 井壁 极易 失 稳 垮 塌 ； 从 化学 方 面 的因 素看 ， 斜 井段 暴露 在钻井 液 中 的面 积 较 大 ， 钻井 液 浸 泡 时 间长 ， 滤 液渗 入地 层 的量多 ， 引起 井壁 失稳 的可能 性 增 大 。 2 ． 2 井眼净化性能 在 大 斜度 井 段 由于钻 具 长 期贴 于 下井 壁 ， 增 加 了井 眼 中钻 屑 的清洗 难度 ， 易形 成不 稳定 的岩 屑床 ， 加上 钻具旋 转 时 的研磨 效应 ， 钻 屑被 反 复 碾压 而 破 碎 ， 大量 的钻 屑微粒 } 昆入 钻 井 液 中造 成 固相 含量 升 高 ， 使 井下 摩擦 阻力 和旋 转扭矩 增 大 ， 井 下变得 比较 复杂 ] 。因此 ， 在大 斜 度 、 大位 移 、 小 排量 、 低 返 速 的条 件下 ， 如何 及 时有效 地将井 底 岩屑携 带 出来 ， 是 大斜 度 、 大位移 井能 否顺 利施 工 的关 键 。 2 ． 3 润滑防卡性能 由于钻具 与井壁 的接触 面积大 ， 摩 阻高、 扭 矩 大 ， 给 钻 井施 工带 来 很 大 困难 。 如 何 加 强 钻井 液 的 第一作者简介 陈文俊， 助理工程 师， 1 9 8 3年生 ， 2 0 0 5年毕 业于长江 大学应用 化学专业， 现在从事钻井液科 研和现场技术 服务工作 。地址 山东省东营市钻井工程技术公司 ； 邮政编码 2 5 7 0 6 4 ； 电话 1 3 9 0 6 4 7 6 7 l 1 ； E - ma i l c w j 1 9 8 3 s l o f ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 4期 陈文俊 等 双靶 点 大斜 度 延伸 井水 基钻 井液技 术 7 9 润滑性、 保证井下安全是该井的一大难点。 按 照 以上原 则 ， 通 过 大量 室 内的实 验 ， 确定 在斜 井 段采 用 聚合醇 强 抑 制水 基 钻 井 液 ， 其 基 础 配 方 如 下 。 4 ～6 膨 润 土 0 ． 1 ％ ～ 0 ． 2 Na CO。 0 ． 3 ～ 0 ． 5 P AM 0 ． 2 ～ 0 ． 5 S J 一 1 2 ～ 3 KF T 2 ～ 3 S MP 一 1 2 ～ 3 S P NH 3 ～5 HAD- 3 低 荧 光封 堵 防塌剂 2 ～ 3 ％ 聚合醇 0 ． 5 ～ 1 ． 0 硅氟 稀 释剂 2 S L NR 纳米 乳 液 1 ～2 石 墨 Na OH 3 钻 井 液现 场处 理 与 维 护 3 ． 1一开 0 ～3 4 7 m 一 开 配浆 开钻 ， 钻 进 中不 断 补 充 清 水 。一 开 完 钻后用 0 ． 5 HV C MC封井 ， 确保下套管作业 的顺 利 。钻 井液 基础 配方 如下 。 5 膨润 土 O ． 1 ～0 ． 2 Na C 0。 0 ． 1 ～ 0 ． 2 Na OH 0 ． 1 ～0 ． 2 oA HV CMC 3 ． 2二开 3 4 7z 8 4 8 m 在钻 至井 深 1 5 5 0 m 前采 用 大排量 清 水快 速 钻 进， 根据地层造浆情况用 0 ． 3 ～0 ． 5 P AM 胶液 维护 ， 保证 清 水 钻进 。钻 至井 深 1 5 5 0 m 处 改 小 循 环 ， 开启 除砂 器 、 离 心 机 ， 先 用 NP AN 调 节 流 型 ， 再 大量补充 P AM 胶液 ， 保证钻井 液中高分 子量聚合 物 含 量 不 低 于 O ． 3 ％ 。 随 着 井 深 增 加 ， 用 P A一 1 、 KF T和 S J 一 1逐渐降低滤失量。造斜前调整好钻井 液 性能 ， 控 制 黏度 为 3 5 ～ 4 5 S ， AP I 滤 失 量 小 于 1 0 mL， 塑 性黏 度为 1 0 ～ 1 5 mP a S ， 动切 力 为 4 ～ 6 P a ， 静切 力为 2 ～4 ／ 4 ～ 1 0 P a ／ P a ， p H 值 为 8 ～ 9 ， 膨 润 土含量 为 4 0 ～ 6 0 g ／ L， 固相 含量 小 于 1 2 ％ ， 含砂 量小 于 0 ． 3 。同时加 入 1 聚合 醇润 滑剂 ， 提 高钻 井液 的润 滑性能 。 随着斜 井 段 不 断 增 长 ， 特 别 是 井 斜 角 达 到 3 5 。 以后， 钻屑极易在斜井段聚积形成砂桥 ， 大量的钻屑 经钻杆 反复 地碾 磨 破 碎 之后 水 化 分 散 到 钻井 液 中， 造成钻井液黏度和切力高 、 滤失量大 、 泥饼虚厚 ] 。 因此， 工程上保证每钻进 1 0 0 ～2 0 0 m 短程起 下钻 一 次 ， 且每次均拉到造斜点以上 ， 及时修复井壁 ， 破 坏岩屑床的形成。每次短程起 下钻后 ， 大量虚泥饼 和岩屑随之进入钻井液中， 应及时开启除砂 、 除泥器 和离心机 ， 清除有害 固相 ， 控 制含砂量 在 0 ． 3 以 内， 固相含量在 1 2 以内。根据井下摩阻与扭矩情 况 ， 补 充 聚 合 醇 润 滑 剂 ， 增 强 钻 井 液 的 润 滑 防 卡 能 力 。随着 井 深 增 加 和 井 底 温 度 的 升 高 ， 逐 步 加 入 S MP 一 1 、 S P NH， 将井浆转换 成聚磺体 系， 进～ 步降 低滤失量 ， 改善泥饼质量 ， 同时加入 HAD - 3 ， 提高钻 井 液 的封 堵 防塌 能力 。 在二开井段结束前 1 0 0 m， 调整好钻井液性能 ， 控制 黏度 为 5 0 5 5 S ， 滤 失 量 小 于 5 mL， 塑 性 黏度 为 1 5 ～2 O mP a S ， 动 切力 为 5 ～8 P a ， 静切 力 为 2 ～ 4 ／ 4 ～1 5 P a ／ P a ， p H 值 为 8 ～ 9 ， 膨润 土含 量 为 5 0 ～ 6 O g ／ L， 固相 含 量小 于 1 2 ， 含 砂 量 小 于 0 ． 3 。 加入 足 量 的聚合 醇 润 滑剂 和 纳米 乳 液 ， 在增 强 钻 井 液润 滑性 能 的 同时 ， 着 重 提 高 钻井 液 的抑 制 防塌 能 力 ， 防止 中途 完 钻 时 间过 长 造 成 井 壁 失 稳 垮塌 。完 钻后 ， 通 过短 程起 下 钻 措 施 ， 破 坏 岩 屑 床 ， 彻 底 循 环 钻 井 液 ， 保 障井 眼 清洁 ， 用配 制好 的聚合醇 润 滑剂含 量 达 1 的润 滑 防 卡 钻井 液完 全 封 闭 斜 井 段 ， 保 证 电测作业的顺利进行 。在起钻下套管前使用塑料小 球配制润滑防卡钻井液完全封闭斜井段 ， 确保下套 管施 工顺 利 。 3 ． 3三 开 2 8 4 8 ～3 7 9 0 m 该 井段 主要 钻 遇 沙 河街 组 ， 由 于沙 河 街组 地 层 主要 为硬 脆 性 泥 岩 ， 钻 井 液 的 主 要 任 务 为 防塌 、 防 漏 、 防喷 、 防 卡 、 保 护油 气层 ， 以保证 施工 顺利 和井 眼 规则 。 三开前 在 套管 内对 二开 钻井 液进 行 防塌强 化处 理 ， 钻 水泥 塞 时加入 3 ～5 k g ／ m。的 Na C O 。防止水 泥 污染 。 钻 进过 程 中使用 0 ． 3 ％P AM 胶 液 维 护 ， 根 据 钻 井 液 性 能 变 化 情 况 ， 定 期 补 充 S MP 一 1 、 S P NH 和 KF T， 将 AP I 滤 失量 控 制 在 3 mL左 右 ， 高 温 高 压 滤失 量控 制 在 1 O mL以下 。 进入 A 靶 点后 ， 加 大聚 合醇 润 滑 剂 和纳 米 乳 液 的用量， 重点加强钻井液的抑制性 ， 同时提高钻井液 的润 滑 防塌能 力 。 随着 斜 井 段 的 延 伸 ， 上 提 钻 具会 使摩阻、 扭矩不断增长变化 ， 仅仅加入液体润滑剂并 不能有效降低钻具 的摩阻 ， 特别是不能有效降低钻 具 在技 术套 管 内 的摩 阻 ， 因此 加入 了 1 ～2 ％石 墨 类固体润滑剂并配合 1 的聚 合醇润滑剂 ， 以增强 钻井液的润滑性能， 减小套管 内摩阻。同时， 工程上 必须保证每钻进 1 0 0 ～2 0 0 m短程起下钻一 次， 每 次短程起下钻拉到技术套管内， 及时修复井壁， 破坏 岩屑床的形成 。每次短程起下钻后 ， 大量 的虚泥饼 和岩屑进入钻井液 中， 应及时用除砂 、 除泥器和离心 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 9年 7月 机 清除有 害 固相 ， 以钻 井 液 的 净化 保 优 化 。正 常 钻 进 过程 中 ， 用 0 ． 3 P AM 胶 液 维 护 ， 并 根 据 钻 井 液 性 能变 化情况 ， 补 充 防塌剂 、 降滤 失剂 。 进 入油气 层 前 1 0 0 m， 将 钻井 液 密 度 提 高 至 设 计 上 限 ， 增强 钻井 液液 柱对 井壁 的径 向支撑 力 ， 继续 补 充 防塌剂 、 抗 高温高 压 降滤失 剂 、 聚合物 、 润 滑剂 ， 改 善泥 饼质 量 ， 同 时加 入 足 量 的 聚合 醇 防 塌 剂 和纳 米 乳液 ， 强 化 钻 井 液 的抑 制 防 塌 能 力 ， 保 证 井 眼稳 定 。完 钻后 通过 短 程起 下 钻 破 坏 岩 屑 床 ， 彻底 循 环 钻井液 ， 并 开启 离心 机 及 时 除 去井 眼 中返 出的有 害 固相 ， 保证 井 眼 清 洁 。起 钻 电测 前 用 2 左 右 的塑 料球 和 1 的酯 基 润 滑 剂 配 制 润 滑 防 卡 钻 井 液 ， 完 全封 闭裸 眼段 ， 以利 于完 井 电测 、 下 套管 等作业 的顺 利进行 。 老斜 4 5 4 井 钻井 液性 能 如表 1所示 。 表 1 老 斜 4 5 4井 部 分 井段 钻 井 液性 能 斜深 J0 F P y P i n g ／ c m。 s mPa s Pa Ge l FL C。 Pa ／ Pa mL p H Kf 1 6 8 0 1 ． 1 0 3 5 1 0 4 ． 0 z ／ 6 1 0 ． 0 8 ． 0 0 ． 3 0 ． 0 8 7 5 1 8 2 5 1 ． 1 1 3 7 1 0 5 ． 0 z ／ 8 8 ． 4 8 ． 5 0 ． 3 0 ． 0 6 1 2 1 9 3 0 1 ． 1 2 3 7 1 1 5 ． 0 2 ／ 7 8 ． 2 8 ． 5 0 ． 3 0 ． 0 5 2 4 2 1 4 6 l _ 1 2 3 8 1 2 7 ． 0 z ／ 9 6 ． 8 8 ． 5 0 ． 3 0 ． 0 4 3 7 2 3 1 0 1 ． 1 4 4 0 1 4 7 ． 5 3 ／ 1 0 6 ． 0 8 ． 0 0 ． 2 0 ． 0 4 3 7 2 4 6 0 1 ． 1 5 4 0 1 1 6 ． 0 3 ／ 9 4 ． 4 8 ． 5 0 ． 3 0 ． 0 3 4 9 2 5 8 7 1 ． 1 5 4 4 1 2 7 ． 0 3 ／ 9 5 ． 6 8 ． 0 0 ． 2 0 ． 0 3 4 9 2 7 5 2 1 ． 1 5 5 0 1 5 8 ． 0 3 ／ 1 2 6 ． 4 8 ． 0 0 ． 3 0 ． 0 4 3 7 2 8 3 1 1 ． 1 7 4 4 1 2 6 ． 5 3 ／ 1 1 5 ． 0 8 ． 0 0 ． 3 0 ． 0 2 6 2 2 9 5 3 1 ． 1 6 5 0 1 3 6 ． 0 4 ／ 1 6 4 ． 4 9 ． 5 0 ． 2 0 ． 0 4 3 7 3 ． 4现场应用效果 现场 施 工表 明 ， 聚合 醇 强抑 制 钻井 液 在使 用 过 程 中性 能稳 定 ， 流 变性 易 于 调 整 ， 返 出 的 岩屑 真 实 、 代 表性 好 ， 说 明该体 系 的携 带能 力强 ， 能及 时将 岩屑 带 出 ； 该体 系引 入 了纳米乳 液 和聚合 醇 ， 增 强 了钻井 液 的抑制 防塌 能力 和 润 滑性 ， 成 功解 决 了东 营组 下 部地 层和 沙河街 组 泥 岩 段 易 出现 的掉 块 坍塌 问题 。 从 电测 曲线看 ， 老 斜 4 5 4井 三 开井 段 井 眼扩 大率 为 3 ． 4 ， 且 井径 非常 规 则 ； 在 造 斜 和稳 斜 段 钻 进过 程 中， 未 出现任何 托 压 和压 差 卡 钻 现 象 ， 电 测 、 下套 管 作业及中途测试都非常顺 利， 说明该体 系具有 良好 的抑 制 性 和 润 滑 性 。 老斜 4 5 4井 全 井 钻 井 周 期 为 5 5 ． 1 2 d ， 平 均机 械钻 速为 7 ． 6 m／ h 。 4 结 论 与 建 议 1 ．聚 合醇 强抑 制水基 钻 井液 性 能稳 定 ， 具 有 良 好 的流 变性 、 润滑 防卡 性 和抑 制 性 ， 携 岩 能 力 强 ， 能 满 足桩 西地 区大斜 度延 伸井 钻井 施工 的要求 。 2 ．在 钻遇 严重 造浆地 层 时 ， 高分 子 量 聚合 物 絮 凝 包被 剂与 固控 设备 的配 合 使 用 ， 对 钻 井液 流 变 性 能 的稳 定起 着决 定性作 用 。 3 ． 胜 利桩 西地 区沙 河街 组 地层 以细 砂岩 、 粉 砂 岩 为 主 ， 在该 地层 钻 进 时 钻 屑 易在 套 管 中磨 细后 分 散 到钻 井液 中 ， 造 成 固相 污 染 ， 使 钻 井 液 流 动 性 变 差 ， 从 振动筛 上 看返砂 效果 差 ， 应 及 时调整 钻井 液 的 流变性 能 ， 并适 时开启 除 砂器 和离 心机 。 4 ．在大 斜度延 伸井 施工 过 程 中， 工程 上 必须 坚 持短 程起 下钻 ， 及 时修整 井壁 ， 保持 井 眼规 则 、 清洁 ， 同时使用好固控设备 ， 及时清除有害固相 ， 以钻井液 的净 化保 优化 。 参 考 文 献 陈建华 ．郭 斜 1 1大位 移定 向井钻 井液 技术 [ J ] ． 石油 钻 探技 术 ， 1 9 9 7 ， 2 5 2 2 6 2 7 祖峰．大斜度 双 靶定 向井 钻 井技 术 [ J ] ． 西部 探 矿工 程 ， 2 0 0 3 ， 8 1 2 7 4 7 5 徐 大用 ， 裴道 中， 黄立新．大位 移水平井 常见 问题机理 分析及对策[ J ] ．钻采工艺 ， 2 0 0 1 ， 2 4 5 2 2 2 5 王宝 田， 何 兴华．胜利 油 田大位移 井钻 井液技 术研究 与应用r- J 3 ．钻井液与完井液 ， 2 0 0 6 ， 2 3 2 8 0 8 2 收稿 日期 2 0 0 9 0 1 1 2 ； HG F 0 9 0 4 W1 1 ； 编 辑 汪桂 娟 ] ] ] ] 1 2 3 4 [ [ [ [ 9 2 7 7 7 2 4 6 4 3 3 6 3 2 3 4 4 2 O O 0 O O O ● ● ● ● ● ● 0 O O O O O 2 2 2 3 3 3 ● ● ● ● ● ● O 0 O O O 0 O 5 O 5 O O ● ● ● ● ● ● 9 8 9 8 9 9 8 4 6 O 0 8 ● ● ● ● ● ● 2 2 3 4 2 2 O 2 1 4 2 2 1 l 1 1 1 1 ／ ／ ／ ／ ／ ／ 3 3 3 4 3 3 O O O O O O ● ● ● ● ● ● 6 9 8 9 9 9 4 8 8 O 1 2 1 1 1 2 2 2 6 8 2 8 6 O 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 8 7 l 1 1 1 1 1 ● ● ● ● ● ● l 1 1 1 1 1 O 7 6 2 4 1 9 4 O 1 2 0 0 1 3 4 5 6 3 3 3 3 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m