DF2井水平井钻井完井液技术.pdf

第 2 5卷 第 6期 2 0 0 8年 1 1月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LL I NG F LUI D COM PL ETI ON FL UI D Vo 1 ． 2 5 NO ． 6 Nov ．2 0 08 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 6 0 0 7 4 0 3 DF 2井水平井钻 井完井液技术 袁立鹤 中石化股份公司华北分公 司勘探开发研究院 。 河南郑州 摘要D F 2水平井是在鄂 尔多斯盆地 大牛地气 田施 工的一 口重点开发准备 井。 由于 D F 2井穿 越煤层 、 井径 大、 水平井段长 、 实施 了复合导 眼、 井 眼轨迹调整 频繁 等。因此， 分析 了前期在 山 1气层 已实施 的水平 井 D P 1和 D F 1井存在 的问题 ， 优化 了DF 2井井身结构 ； 为 了避免煤 层垮塌 ， 在进入 山西 组前将钻 井液 密度调 整到 1 ． 2 O g ／ C1 2 2 3 ，在斜井段实施了复合导 眼， 调整 了 A 点靶前距 ， 有效 降低 了 D F 2井钻 遇煤层段长 ； 造 斜 A 点之前采用双保天 然高分子钻井液， 水平段采用无土相 漂珠钻井完井液 ， 成功解决 了大井眼、 复合导眼 的井 眼净 化和 造斜段煤层垮塌 问题 。D F 2井 的成功实施为在该地 区进行大规模开发提供 了宝贵经验和技术支持 。 关键词 水平井 双保钻井完井液 无土相漂珠钻 井完井液 防止地层损害 井眼稳定 大井眼 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A D F 2井是在鄂尔多斯盆地大牛地气 田施工的 一 口重点开发准备井， 主要 目的层 为二叠系山 1气 层 ， 目的是利 用水平井 钻井 方式扩 大泄气 面积 ， 了解 山 1 气层 自然产 能。由于 D F 2井穿 越煤层 、 井径 大 、 水 平段 长 、 实施 了复合 导眼 、 井 眼轨 迹调整频 繁 、 工艺复杂 ， 因此在造斜 A点之前采用双保天然高分 子钻井液， 满足了大井眼 、 复合井 眼的携岩要求 ， 顺 利穿过煤层段 ； 水平段采用无土相漂珠钻井完井液 ， 较好 地保护 了储层口 q] 。 1 前期水平井存在 的问题 前期在 山 1气层 已实 施 的水平 井为 DP 1和 D F 1 井 ， 在实施 过程 中存在 的主要 问题如 下 。 1 山西组煤层 的垮塌。DF 1井因造斜段穿越 长 的煤层段 累计 煤层 为 4 3 m， 单 层最 厚 为 2 5 m ， 施工 中发 生煤 层 垮 塌 ， 填 井 侧 钻 ， 后 期 施 工 垮 塌 频 繁 ， 导致 通井 不 正 常 ， 钻 具 遇 阻 、 遇 卡 、 憋钻 、 憋 泵 现 象 时常发 生 ， 下套 管前共 通井 9次 ， 第 一主井 筒钻 遇 煤层 发生垮 塌埋 钻事 故 ， 分 支井 也 因井壁 垮 塌 无法 完 成施 工 。 2 完井方式不确定性。D P 1和 D F 1井采 用先 期裸眼完井， 在 自然产能达不到配产要求时， 采用套 管射孔完井。在 1 5 2 ． 4 0 mm 水平井眼 中需要 下 r ／ J 1 1 4 ． 3 0 mm 尾 管 。 目前 小 井 眼 实施 压 裂 改 造 在 工具上有一定的局限性， 配套工具不完善。 3 氮 气泡沫循 环介质 下常规 地质导 向受限。 D F 1 井采用氮气泡沫为循环介质， 常规地质导向不 能传输信 号， 为 了有 效 控制 井 眼 轨迹 ， 采用 E M MWD 电磁测量 工具 。 2 D F 2井 方案 优化 根据前期水平 分支 井存在的问题对 DF 2井 施工方案进行了优化。 1 井身结构优化。为了减少套管磨损 ， 满足井 下工具的要求 ， DF 1井设计靶前距为 4 2 0 m， 造斜段 穿越的煤层段较 长， 发生煤层垮塌事故 ； D P 1井靶 前距为 2 3 0 m， 不利于水平段的延伸。因此 ， 将 D F 2 井靶前距调整到 3 5 0 m。因前期水平井的实施未达 到预期地质效果 ， 要下 1 1 4 ． 3 mm 尾管进行后期 压 裂改 造 ， 对 D F 2井 井 身结 构 进 行 了优 化设 计 ， 做 好 两手 准备 ， 如 果获 得 自然 产 能 且达 到 配 产要 求则 裸 眼完井 ； 如果 自然产 能达不 到配 产要求 ， 为 了避免 小井眼中实施压裂改造在工具上 的局限性 ， 水平段 采用 2 1 5 ． 9 mm井眼。D F 2井一开用 4 4 4 ． 5 mm 钻头钻至井深 5 0 2 m， 下人 3 3 9 ． 7 mm套管至井深 5 0 1 ． 3 1 m； 用 咖3 1 1 mm钻头 导眼复合井 眼 钻至 井深 2 8 5 9 ． 1 6 m， 用 2 1 6 mm钻头钻至井深 3 1 1 6 m， 水泥 回填 至井深2 8 1 6 ． 5 m； 二开用 3 l l mm 第一作者简介 袁立鹤， 工程 师， 1 9 6 8年 生， 现从事钻井完井液研究工作。地 址 河南省郑州市伏牛 南路 1 9 7号 中石化股 份公 司华北分公司勘探开发研 究院钻采所 ； 邮政编码 4 5 0 0 0 6 ； 电话 0 3 7 1 6 8 6 2 9 0 3 7 ； E - ma i l z z y l h h s i n a ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 6期 袁立鹤 D F 2井水平井钻井完井液技术 7 5 钻 头 自井 深 2 8 5 9 ． 1 6钻 至 井 深 3 1 1 1 ． O 0 m， 下 入 2 4 4 ． 5 mm 套 管 至井 深 3 1 0 9 ． 0 1 m； 三 开 用 2 1 6 mm钻头钻至井深 4 0 0 6 ． 6 6 1T I ， 先期裸眼完井 。 2 钻遇煤层措施。为有效避免煤层垮塌 ， 在进 入山西组前将钻井液密度调整到 1 ． 2 0 g ／ c m。 ； 因气 田的非均质性较强 ， 为了卡准储层、 了解煤层的位置 和厚度， DF 2井在 斜井段实施 了复合 导眼， 调整 了 A点靶前距， 有效降低了 D F 2井钻遇煤层段长。 3 优选钻井完井液。A靶点前选用双保天然高 分子钻井液 ， 水平段选用无土相漂珠钻井完井液， 有 效解决了地质导向数据传输问题。 系数 ； 保持钻井液动塑 比约为 0 ． 4 8 P a ／ mP a S ， 保证 有效携岩； 煤层段加入 2 ％单 向压力封 闭剂 ， 有效封 闭煤层裂隙 ； 以带孑 L 径为 0 ． 1 2 5 mm筛 的振动筛为 主， 采用四级固控设备。现场钻井液性能见表 1 。 表 1 二 开钻 井液排量及性能 井深 排量 p F L G e l Y P／ PV m L ／ s g ／ c m mL P a ／ P a P a ／ mP a ． s 。 2 59 6 ．71 5 2 1 ． 09 5． 0 2 ．5～ 3 ．5 0 ．2 86 5 4 2 6 58 ．2 4 45 1 ． 08 5． 4 2 ． 0～ 3 ．0 0．3 7 5 5 4 2 6 9 4．O 0 46 l I O9 5． 0 2． O～ 5 ．0 0． 35 O 5 4 2 7 29 ．5 8 47 1 ． 09 5 ．0 2． 0～ 7 ．0 0． 35 0 5 3 3 钻井液技术难 点 2 7 9 O ． 。 。 l 1 ．1 。 4 ．8 2． 。～ 9 ．。 2 1 6 4 1 大井 眼 和复合 导 眼井 眼 净 化。在 咖2 1 5 ． 9 r f l m井眼钻进时 ， 既需要满足下部井段井壁稳定 ， 避 免过度冲刷煤层 ， 又要保 证上部 3 1 1 mm 井 眼的 有效 携岩 。 2 煤 层垮 塌 。在 钻 开 煤 层 时 ， 因地 层 应 力 释 放 和受外力的影响， 井壁出现垮蹋 ， 再加上钻井液的浸 泡和泥岩物质的水化膨胀裂解 ， 更加剧了煤层 的垮 塌 ， 且该井段井斜为 6 O 。 ～7 0 。 ， 煤层大斜度井段长 ， 所 以能否安全钻穿煤层是二开井段的一个关键技术 瓶 颈 。 4 现 场 应 用 为 了解决大井眼、 复合导眼携岩和煤层段井壁 稳定问题 ， 选用能减少储层损害、 环境污染的双保天 然高分子钻井液。该体系主要是利用处理剂的抑制 基团和成膜作用来抑 制泥页岩 吸水 膨胀 以稳定 井 壁； 用重晶石粉将密度提至施工要求 ， 防止造斜段煤 层垮 塌 。钻井 液配 方 如下 。 清水 3 ～4 钠膨 润 土 0 ． 2 ～0 ． 3 Na 。 C O。 0 ．3 ～ 0 ． 5 天 然 高 分 子 包 被 剂 I ND3 O O ． 1 ％ ～0 ． 2 Na OH 0 ． 5 ～ 1 ． 0 天然高分子降滤失剂 NAT2 0 O ． 5 ～1 ． 0 无 荧光白沥青 防塌剂 NF A一 2 5 造斜 段 1 ～2 聚 合醇 P GC S 1 在复合导眼施工时 ， 提高钻井液黏度 ， 特别是提 高低剪切速率下的钻井液黏度 ， 满足 3 1 1 ． 1 5 mm 井眼携岩要求； 用 I ND 3 0提 高钻井液的抑制性 、用 NAT2 0控制滤失量小于 5 mL； 保持适当的切力 ， 增 加钻井液悬浮岩屑 的能力 ； 进入造斜段 前加入 1 NF A 一 2 5 、 2 P GC S 1 、 1 固体润滑剂降低泥饼黏滞 2 91 2． 85 ． ． ． ． 1 ． 1 9 4． 0 3． O～ 8． 0 0． 28 3 8 7 2 97 0． 5 0 34 1 ．2 0 5． 0 4 ．0～ 9． 0 0． 3 23 8 7 3 09 9． 50 36 1 ．2 2 4．2 5 ．O ～ 1 1 ． 0 0． 3 67 l 1 8 3 l 1 6． 00 36 1 ．2 2 4． 4 6 ．0～ 1 7 ． 0 0． 3 71 1 3 12 由表 1看 出 ， 在 3 1 1 mm 井 眼 控 制 钻 井 液排 量为 4 4 ～5 2 L ／ s ， 环空返速为 0 ． 6 9 ～0 ． 7 9 m／ s ； 在 复合导眼钻进时 ， 2 1 5 ． 9 mm井 眼控制钻井 液排 量 为 3 4 ～3 6 L ／ s ， 环 空返 速 为 1 ． 4 ～ 1 ． 5 m／ s ， 避 免 了煤层段 的过度 冲刷 ， 在此排量 下 咖3 1 1 mm 井 眼 环空返速为 0 ． 5 4 ～O ． 5 7 m／ s ， 结合低剪切速率下钻 井液黏度 的控制 ， 满足 了 3 1 1 mm井眼携岩要求 。 进入煤层段时， 提高钻井液密度在 1 ． 2 0 g ／ c m。 以上 ， 保证 了煤层段 的井壁稳定 ； 控制滤失量小于 5 mL， 满足了安全钻井的需要； 保持适 当的切力 ， 使钻 井 液具 有 较好 的悬 浮 能 力 ， 克 服 了加 重 浆 的垂 沉 现 象 ， 有效避免了加重浆在大斜度井眼形成岩屑床 ； 动 塑 比值满足了井底的携岩要求 。 5 储 层 保 护 研究表明， 大牛地气 田储层伤害 的主要 因素是 水锁和碱敏 ， 针对大 牛地 气藏 的地层 特点， D F 2井 通 过 以下措 施减 少钻 井液 对储 层 的伤害 。 1 优选三开钻井完井液。三开水平段使用无黏 土相漂珠钻井液 。该体系密度低 ， 可降低井底压力 、 减少钻井液的侵入 、 减少油气层的伤害、 提高机械钻 速、 消除压差卡钻 ， 降低 了水相圈闭伤害； 具有较强 的抑制性 ， 能减轻黏土矿物的水化膨胀、 减少水敏损 害 ； 降低 钻具 在 井下 的摩 擦 力 。漂 珠 在 井 下具 有 不 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 6 钻 井 液与 完 井 液 2 0 0 8年 1 1月 可压缩性 ， 能保持全井筒液柱 密度的一致性和 良好 的流动性 ， 满足携岩洗井 的要求 ， 能够满足 L WD信 号传输的要求。钻井液配方如下。 2 5 0 m。 清水 3 ． 0 TV 一 2 0 ． 2 ～ 0 ． 3 Na OH 0 ． 3 ～ 0 ． 5 ％ XC 2 ． 0 ～ 3 ． 0 o, 4 HC OOK 0 ．3 ～ 0 ．5 K PAM 1 0 ～ 2 O ％ HGS 6 0 0 0 为了减少界面张力 、 降低液体饱和度、 有效解除 水锁 ， 清除滤饼 ， 选用了保护储层 的完井液 ， 其配方 如下 。 3 ～ 5 MS 1 0 ． 3 ～ 0 ． 5 XC 3 ～ 5 ％ HCOOK 5 ～ 8 MS 一 2 4 ～ 5 泥饼 清除剂 储层伤害评价结果表明， 无黏土相钻井液 、 完井 液处理前后渗透率恢复值分别为 6 9 ． 2 8 和 8 7 ， 气体渗透率恢复值达到 8 5 以上。 2 降低钻井液密度 、 滤失量 ， 有利于保 护储层。 D F 2 井水平段通过在钻井液 中添加密度减轻剂、 不 断补充低密度抑制性胶液 、 钻井过程中不断使用 四 级固控设备 、 起下钻期间不停离心机， 尽量降低钻井 液 密度 、 井 底 压 力 ， 减 少 钻 井 液 滤 液 侵 入 地 层 的深 度 。D F 2井 三开 钻井 液密 度较 低 见 图 1 。施 工 中 水 平段钻 井 液密度 控 制 为 0 ． 9 7 ～1 ． 0 5 g ／ c m。 ， 山 1 气层 压 力 系数 为 0 ． 9 6 ， 基 本 实 现 了近 平 衡 压 力 钻 井 。钻井 液 的滤 失 量基 本 保 持 为小 于 6 mL 见 图 2 井深， m 图 1 D F 2 井不 同井深处钻井 液密度变化 井深， m 图 2 D F 2井不同井深处钻井液滤失量变化 3 钻井液中加入抑制性处理剂 ， 抑制地层 中黏 土的水化分散 ； 使用好固控设备及时清除钻井液中 混入的固相， 清除固相对低渗气层喉道的堵塞。 4 钻井液中加入防水锁剂， 减少界面张力、 降低 液体饱和度； 完井液中含有水锁解除剂， 能够有效清 除水锁 、 清除滤饼。DF 2井完钻后 ， 替入 4 0 m。 完井 液， 用完井液浸泡 8 h以上进行后续测试工作 ， 完井 液密度 为 1 ． 0 1 g ／ c m。 。 6 应 用 效 果 D F 2井钻井周期为 1 6 8 ． 5 4 d ， 顺利完井， 井身 质量优质。二开直井段最大井斜为 1 。 ／ 1 4 8 6 ． 9 8 m， 最大全角变化率为 3 ． 5 8 。 ／ 2 5 8 4 ． 1 9 m； 二开平均井 径为 3 3 5 ． 5 mm， 平均井径扩大率为 7 ． 8 1 ， 三开平 均井径为 2 1 6 mm， 平均井径扩大率为 0 ． 0 4 ； A靶 点井斜为 9 0 ． 7 1 。 ， 方位为 2 9 8 ． 9 6 。 ， 水平位移为 3 5 0 m， 纵距为 0 ． 3 5 m， 横距为 2 ． 8 5 m； B靶点井斜 为 8 7 ． 8 。 ， 方位 为 2 9 9 ． 7 0 。 ， 水平位 移为 1 2 5 0 ． 2 m， 二 开 固井质量合格； 。 D F 2井试采一个月 ， 气产量为 5 1 0 m。 ／ d ， 后 期压降速率为 0 ． 0 3 MP a ／ d ， 该井以 4 1 0 r n 。 ／ a建 产。其产量是周围常规直井压裂后产量的 2 ～4 倍 。 D F 2 井在山 1 气层实施水平井钻井方式， 取得 了突 破性 进展 。 7 结论 1 ．对前期在山 1气层 已实施的水平井 D P 1和 D F 1 井存在的问题进行分析， 优化了 D F 2井井身结 构 ； 为了避免煤层垮塌 ， 在进入山西组前将钻井液密 度 调整 到 1 ． 2 0 g ／ c m。 ， 在斜 井 段 实 施 了复 合 导 眼 ， 调整了 A点靶前距 ， 有效降低了 D F 2 井钻遇煤层段 长 ； 造斜 A点之前采用双保天然高分子钻井液， 水 平段采用无土相漂珠钻井完井液， 成功解决了大井 眼、 复合导眼的井眼净化和造斜段煤层垮塌问题 。 2 ． D F 2井的成功实施 为下 步大牛地气 田水平 井规模开发提供了宝贵经验和技术支持。 参 考 文 献 E 1 3 徐 同 台． 水 平井 钻 井液 与完 井 液． 石 油 工业 出版 社 ， 1 99 9， 1 2 37 6 44 1 E 2 ] 鄢捷年． 钻井液工艺学． 石 油大学出版社 ， 2 0 0 1 ， 5 3 7 3 3 87 收稿 日期 2 0 0 8 0 1 2 2 ； HG F 0 8 0 5 N5 ； 编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m