HJS-1井钻井液技术的研究与应用.pdf

第 2 5卷 第 4期 2 0 0 8年 7月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LL I NG FLUI D COMPLETI ON FL UI D Vo 1 ．2 5 NO ． 4 J u l y 2 0 0 8 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 4 0 0 4 9 0 4 H J S 一 1井钻井液技术的研究与应用 张景 阳 储 书平 杨 华刚 吴再绪 江苏油 田钻井处 ， 江苏江都 摘要 在 HJ 1井的相邻地 区钻井过程 中钻遇高压水层 、 水化分散能力强的含膏泥岩、 复合 盐岩层 、 易漏灰 岩 等多套复杂 层系 ， 井壁 失稳导致 了复 杂事故 的发 生。使用 聚合 物钻井液 、 K C I 聚合 物钻井液 、 超 高密度 盐水钻 井 液、 聚合醇环保欠饱和盐水钻井液 等多套体 系， 满足 了钻井施 工、 地 质录 井的需要 。现场应 用表 明， K C I 聚合 物钻 井液抗盐膏能力强； 超高 密度 盐水钻 井液性 能稳定 ， 有 效防止 了盐层 的塑性蠕 动， 井眼稳定 ； 聚合 醇环保 欠饱和 盐 水钻井液， 有效地保护 了油气层。该 区使用环保 型水 基钻 井液顺利 完成 了全 井施工， 达到 了地质勘探 目的。 关键词 超高 密度盐水钻井液 抗盐 井 眼稳定 防止地 层损 害 中 图 分 类 号 TE2 5 4 ． 3 文 献 标 识 码 A HJ S - 1井 是 中国石 化集 团国 际石油 勘 探 开发 有 限公 司 阿尔 及 利 亚 分 公 司 Ha d j i r a项 目部 在 Ou e d My a 盆 地 4 1 6 a 一 4 1 7区块 部署 的一 口重 点 预探 直 井 ， 完钻井深为 4 2 0 2 m。在相邻地 区的钻 井施 工中， 下 白垩系以上地层采用聚合物钻井液 ， 下白垩 系以 下地层采用油基钻井液。邻井资料显示 ， 8 0 以上 的井存在漏失 ， 在 白垩系含 膏泥岩段卡钻事故频繁 发生 。通过对该区块已钻井的钻井和地质资料进行 分 析研 究 ， 优 选 出 了适 合该 区块 的钻 井 液 和 配套 工 艺技术 ， 使用水基钻井液安全、 优质、 高效地完成 了 该 井施 工_ l ] 。该 井 钻 遇 多 套 压 力 层 系 ， 最 高 钻 井 液密度达到 2 ． 2 1 g ／ c m。 ， 未发生任何井下事故 。 1 地 质 概 况 Ou e d My a 盆地位于阿尔及利亚中一 北部撒哈拉 大沙漠 。4 1 6 a 一 4 1 7区块位于该盆地东北边缘 ， 横跨 Ou e d My a次 盆 、 Ha s s i Me s s a o u e d 隆 起 和 T o u g - g o u r t 低 隆起 3个构造单元 。Ou e d My a盆地是 在 前寒武系结 晶基底上发育起来的古生界一 中生界叠 加盆地 。古 生界 、 中生 界 和 新 生 界 沉积 地 层 平 均 厚 度为 5 0 0 0 m， 基底 为前寒武系的花 岗岩和变质岩。 该 区地质构造复杂 ， 存在高压盐水层 、 石膏和膏 泥岩、 盐岩及红色泥岩 、 欠压实泥岩等易垮塌和易缩 径地层 ； 盐上层为正 常压力系统 ， 平 均压力 系数 为 1 ． 0左右 ， 盐中和盐下层为异常高压系统 ， 最大压力 系 数分别为2 ． 0 和1 ． 5 左右。 在该 区块 已钻ME K一 1 、 ME K 一 2 、 D KR 一 1 、 AG D- 1 、 MB D- 1等井 ， 在钻井施工 中都发生了不 同程度 的漏失 ， 主要是侏罗系的统里 阿斯 阶组 的碳 酸盐 岩 和三叠 系 的灰 岩 。 2 室 内实验 2 ． 1 超高密度盐水钻井液的膨润土容量限 卅] 在基浆 膨润土浆 0 ． 3 F A3 6 7 4 S MP 2 P S T0 ． 4 ％MV C MC3 5 Na C I 中加 入 不 同 量 的膨润 土进 行其容 量 限实验 ， 结果 见 表 1 。从 表 1 可以看出， 钻井液密度分别在 1 ． 8 0 、 2 ． 0和 2 ． 1 0 ～ 2 ． 3 0 g ／ c m。时 ， 膨 润土容量分别小 于 3 2 、 2 5和 2 O g ／ L， 钻井液的流变性处于可控范 围。结合中 国其 它油 田应 用情 况 ， 对 于密 度 为 1 ． 2 ～ 1 ． 4 、 1 ． 4 ～1 ． 6 、 1 ． 6 ～ 1 ． 8 、 1 ． 8 ～ 2 ． 0 、 2 ． 0 ～2 ． 3 g ／ c m。的盐 水 钻 井 液 ， 膨润土的推荐加量分别为 4 5 ～6 0 、 3 5 ～5 0 、 2 0 ～ 3 5、 1 5 ～2 5 、 1 5 ～2 0 g ／ L。 2 ． 2 润滑剂的优选 为增强高密度聚磺钻井液的润滑防卡性能和抑 制性能 、 调整好钻井液流动性能 ， 在高密度聚磺钻井 液 中加 入 甲基 硅 油 HYDR O L UB F。不 同 甲基硅 油 加量对 高密度聚磺钻井液性能 的影响结果见表 2 。 由表 2可以看 出， 甲基硅油 能有效地降低钻井液 的 摩阻系数、 黏度和切力 。 第一作者简 介 张景 阳， 工程师 ， 钻 井液公司副经理， 1 9 7 3年 生， 1 9 9 6年 毕业于 大庆石 油学院精 细化 工专业 ， 长期从 事钻 井液技术的研究与应用工作 。地址 江苏省江都 市江苏 油田钻 井处钻 井液公 司； 邮政 编码 2 2 5 2 6 2 ； 电话 0 5 1 4 8 6 7 6 0 9 5 4 ； E ma i l z h a n Ny 7 3 g ma i l ． c o rn。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 7月 表 1 钻井液的膨 润土容量限实验 注 当钻井液密度为 1 ． 9 0 、 2 ． 1 0 g ／ c m。 、 膨润土容量分 别 为 3 2 、 2 5 g ／ L时 ， ∞ 6 o o 无读数 。 表 2不同 甲基硅油加量对钻井液性能的影响 注 *为加入 2 的机油 。 2 ． 3 降滤失剂优选 室 内对 S MP I I、 P AC 的 降滤 失 性 能 进 行 了评 价 ， 结果见表 3 。从表 3可以看 出， 单一 的 S MP或 P AC不能满足高 密度盐水钻井液降滤失 的要求 ， 2 者复配使用可以控制滤失量 。钻井液配方如下 。 1 5 膨 润土 0 ． 5 ％MV C MC 2 F T 一 3 8 8 2 1 2 5 Na Cl 3 2 1 9 ／ 5 S MP I I 4 2 2 S M P 一 Ⅱ 5 2 0． 5 PAC 6 2 0 ． 7 9 ／ 5 P AC 7。 2 1 ． 0 PAC 8 2 1 ． 0 9 ／ 6 P A C3 S MP 一 Ⅱ 表 3 降滤 失剂的优选实验 注 *测定条件 为 1 2 0 C， 2 4 h 。 2 ． 4 防塌剂的优选 将 F H一 9 6和聚 合醇 类 防塌 剂 相 结 合 ， 利用 它 们 不同的防塌机理 ， 通过协同作用， 有效提高钻井液的 防塌能 力 。 2． 4． 1 FH． 9 6 1 F H一 9 6的防塌 机理 。沥 青类 物质 含 有不 溶 于 水的沥青颗粒 ， 并且有一定的软化点 ， 随着温度 的升 高变得有韧性 ， 能发生塑性变形 ， 在一定压差作用下 被挤入页岩微裂缝 、 孔隙和层 面中， 与泥饼一起有效 地封堵地层微裂隙， 降低钻井液滤液的侵入量， 阻止 页岩沿微裂隙及层面滑动产生剪切破坏 ， 起到 降滤 失 、 提高页岩胶结 强度 的作 用， 从 而稳定 井壁。此 外 ， 沥青 还覆 盖在 井 壁上形 成一 层 致 密 的薄 膜 ， 加 固 井 壁 ， 阻止 钻井 液 冲蚀井 壁 。 2 抑制性能 。在浓度为 1 的防塌剂溶液 中加 入 5 0 g钻 屑 粒 径 为 2 6 ． 0 ～ 2 6 ． 5 mm ， 在 9 O℃下 热滚 1 6 h后 ， 测 得 钻 屑 在 淡 水 、 F T 一 3 8 8 、 S o l t e x 、 KAHm 、 B wT 一 1 、 O S AM K、 F H一 9 6溶 液 中 的 回收 率 分 别 为 3 9 ． 0 9 ／ 5 、 5 2 ． 1 、 5 3 ． 5 、 5 9 ． 4 9 ／ 6 、 6 9 ． 5 、 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5 卷 第 4期 张景阳等 HJ S 一 1井钻井液技术的研 究与应用 5 1 7 2 ． 0 和 8 8 ． 2 。由此 得 知 ， FH 一 9 6抑 制 泥 岩水 化 膨胀 和分散 的能力最 强 。 2 ． 4 ． 2聚合醇 F X R H 聚合醇类 处理剂 能优先 吸附于钻具 和页岩 表 面 ， 形成 表面 憎水 膜 ， 阻 止 泥 页 岩 的水 化分 散 ， 从 而 稳定 井壁 ， 改 善泥饼 的 润滑性 ； 并 能 有效 地 控制 压 力 传递。特别是 其在与氧化沥青 类处 理剂协 同作用 时， 可有效地提高其抑制黏土水化的能力 ， 同时有效 地 封堵 微裂 缝_ 3 q] 。聚合 醇加 量分 别 为 0 、 1 、 2 、 3 、 5 时 ， 钻屑 在聚 合物 钻井 液 中的 回收率 分别 为 4 5 ． 5 ％ 、 6 5 ． 2 、 6 8 ． 7 、 7 3 ． 1 9 ／ 5 、 7 8 ． 2 ； 在 聚 磺 钻 井液 中的 回收率分 别 为 5 6 ． 4 、 7 1 ． 6 、 7 8 ． 4 、 8 2 ． 9 、 8 6 ． 5 。由该 结 果可 知 ， 随聚 合 醇加 量 的增 大 ， 2种 钻井 液均 呈现 出较 好 的抑制 性能 。 2 ． 5 钻井液基础配方 超高密度盐水钻井液基础配方如下。 3 膨 润 土 3 5 ％ Na C 1 0 ． 3 F A一 3 6 7 1 P AC 1 CMS 0 ．4 MV CM C 4 S MP 一 Ⅱ 2 抗高温剂 P S T2 ％QS 2 F X RH重晶石 由于高密度盐水钻井液 中的 自由水 含量很少 ， 液相 中处理剂的浓度相对较高， 一般情况下 ， 干粉处 理剂应配成胶 液， 充分 溶解 后再加 入。高密度盐水 钻 井液 可用 3 S o l t e x和 2 ～ 3 QS 一 2调 节 固体 颗粒的级配 ， 强化泥饼质量 ， 提高泥饼的可压缩性。 同时可 以混 入 少 量 表 面 活 性 剂 来 改 善 泥 饼 的 润 滑 性 。采 取适量 补 充预水 化 膨润 土浆 的措 施 或 加入 生 物聚 合物 ， 以改 善钻 井 液 携 屑能 力 。密 度 为 2 ． 2 O ～ 2 ． 3 0 g ／ c m。的钻井 液 ， 膨润 土 含量 一般 应 控制 在 1 5 ～ 2 O g ／ L为宜 ， 并 且膨 润 土 必 须经 预 水化 后 再 加 入 到钻井 液 中 。 3 现 场 应 用 3 ． 1 工程简况 在 HJ S 一 1 井使用水基钻井液顺利钻穿了高压水 层、 含膏泥岩、 复合盐岩层 、 易漏灰岩等 多套 复杂层 系， 未发生任何井下事故 ， 满足 了钻井要求 ， 达 到了 地质勘探 目的。井身结构见表 4 。 3 ． 2 钻井液施工工艺 3 ． 2 ． 1 一 开 0 “ 3 5 2 ． 0 0 m 该 井段 灰 岩裂缝 发 育 ， 易 发生 漏 失 ， 钻井 液 消耗 量较 大 ， 采 用 聚 合物 钻 井 液 钻 进 。严 格 控 制 钻 井 液 密度 ， 用 Na HP AN、 C MS胶液 调节 钻井 液流 变性 及 控制钻井液中膨润 土含量 ， 间断使用高黏度稠浆清 扫井眼， 通过提高钻井液封堵能力 、 保证井眼通畅和 降低井筒中钻屑浓度 ， 防止井漏。 表 4 H J S ． 1 井井身结构 导 管8 6 3 ． 6 0 4 7 ． 8 7 6 2 ． 0 0 4 5 ． 8 0 一 开 6 6 0 ． 4 O 3 5 2 ． 0 5 0 8 ． 0 0 3 0 7 ． 。 0 二 开4 4 4 ． 5 0 1 2 4 5 ． 0 3 3 9 ． 7 0 1 2 4 3 、 。 0 三 开 3 l 1 ． 1 5 2 7 6 6 ． 0 2 4 4 ． 4 7 2 7 6 3 ． 8 1 四开 2 0 9 ． 5 5 3 7 1 7 ． 0 1 7 7 ． 8 0 3 7 1 5 ． 0 2～2 6 0 8 ． 4 7 五 开 1 4 9 ． 2 2 4 2 0 2 ． 0 1 0 7 ． 9 5 3 5 8 1 ． 6 2 ～4 2 0 2 ． O 0 3 ． 2． 2二 开 3 5 2 ～ 1 2 4 5 r n 该井 段 主要 为 大 段 的碳 酸 盐 岩 和 硬 石 膏 地 层 ， 易漏失 ， 白垩系的森诺阶组和赛诺曼阶组含硬石膏 ， 森 诺 阶组碳 酸盐 岩 层 易 发 生 盐 溶 ， 采 用 聚 合 物钻 井 液 钻进 。用 F A 一 3 6 7和 Na HP AN 胶 液 调 整 钻 井液 性能。钻至硬石膏地层 前提高钻井液 的 p H 值 ， 然 后加入 Na 。 C O。 和 Na HP AN进行处理 ， 以提高钻井 液 的抗 钙能 力 。为 防止 井 漏 ， 在钻 井 液 中加 入适 量 QS 一 2和 S o l t e x改善泥饼质 量， 提 高钻井液封堵 能 力 。尽 量在 低 密度 、 低黏 度 、 低 切 力 和低 固相钻 井 液 条件下钻进施工 ， 控制机械钻速 ， 在保证携砂的情况 下 控 制排量 。 3 ． 2 ． 3三开 1 2 4 5 ～2 7 6 6 r l 1 该井段白垩系含有 高压水层 ， 白垩系的阿尔 比 阶组和纽姆康阶组以泥岩、 细砂岩为主 ， 夹 白云岩和 硬石膏； 侏 罗系 的麻姆 阶组 和道 格 阶组 以泥岩 、 灰 岩、 白云岩为主， 侏罗系里的阿斯 阶组上部地层 主要 为硬石膏段， 采用聚合物钻井液和 KC 1 聚合物钻井 液 。钻 井 液 密 度 调 至 1 ． 2 0 g ／ c m。 ， 使 用 F A一 3 6 7和 Na HP AN胶 液调 整 钻 井 液 的 性 能 后 钻 进 ， 钻 至 井 深 1 2 9 1 I n出水 ， 出 水 量 为 1 2 0 I n 。 ／ h ， 将 密 度 提 至 1 ． 3 0 g ／ c m。 ， 恢 复正 常 。钻 进 过 程 中 加 大 主 聚 物 的 量 ， 配合适量 的 KC 1 以提高钻井 液的抑制性 ； 同时 在 钻井 液 中加入适 量 防塌 剂 KL G、 OS AM K 和 S o l t e x改善 泥饼 质量 ， 采取 有效 封堵 和增强 抑制 性相 结 合 的方法 ， 减 少 滤液 进 入 地层 ； 控 制 泥 岩 、 泥 灰 岩 吸 水 膨胀 、 造浆 。 3 ． 2 ． 4四开 2 7 6 6 ～3 7 1 7 m 该井 段 的重点 为 防止大 段盐 岩层 对 钻 井 液 的污 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 7月 染、 盐岩的溶蚀和塑性蠕动以及 白云岩、 灰岩地层易 漏 ， 采用超高密度盐水钻井液钻进 。维护措施如下。 1 取井浆进行高密度盐水钻井 液转化试验 ， 确 定 各类 处理 剂 的加量 及加入 顺 序 。 2 四开 前 根 据 试 验 数 据 ， 在 地 面 预 先 转 化 2 0 0 m。 钻井液 。转化 时加入 聚合物胶液稀释三开钻井 液， 再按顺序加入所需的各种处理 剂， 待溶解后 ， 加 入 Na C 1 至饱和 ， 再将钻井液加重至所需 的密度 ， 并 控制 膨润 土含 量在 2 5 g ／ L左 右 。 3 用预先转化好 的钻井液替换井浆 ， 将井筒 内 钻井液回收至储备罐 。由于替换过程 中混入 了部分 井浆 ， 替换完后， 继续加入 Na C 1 ， 再将钻井液加重至 所需 的密度， 充分循环 ， 钻井液性能调整均匀符合设 计要求后四开钻进 。转化后钻井液性能见表 5 。 表 5 转 化 后 钻 井液 性 能 P FV PV YP FL K C1 一 九 g ／ c m。 S mP a S Pa mL P a S mg ／ L 2 ． 05 1 04 44 l 1 ． 0 4． 9 0． 74 0 ．3 3 1 36 7 00 2 ． 02 1 01 43 9． 5 5． 0 0． 76 0． 27 1 49 7 00 2 ．0 3 9 7 40 7． 0 4． 9 0． 80 0． 18 1 49 7 00 2 ．0 4 6 9 40 7． 5 4． 8 0．7 9 0． 2 O 1 56 4 47 2 ．0 6 7 2 41 7． 0 4． 9 0． 80 0． 19 1 7 0 67 0 2． 0 6 6 3 42 8． 0 4 ． 9 0．7 9 0． 21 1 81 33 7 4 控制膨润土含量为 2 0 g ／ L， 采取等 浓度等体 积的处 理 方 法进 行 维 护。钻进 中用 C MS 、 P A C、 S MP等 护胶 ； 加 大 S P NH、 S MP 一 Ⅱ等抗 温、 抗盐材 料用 量 ， 严 格控 制钻 井液 高温 高压 滤 失量 ， 改 善 泥饼 质量 ， 增 加体系抗温 能力 ； 加 大 F A3 6 7用量 ， 配合 C OATE R提高钻井液体系的抑制性 。 5 钻开盐岩地层后， 根据盐岩 的蠕变情况， 调整 钻井 液密 度 。通 过 防塌 剂 与 高 聚物 、 磺 化 处 理剂 的 协 同增 效作 用 ， 有效 地稳 定 了井壁 ， 改 善 了钻 井 液 的 润滑 能力 ， 增强 了钻 具在 井 眼 内工 作 的安全 性 。 6 采用 双 级离 心 机 ， 避 免 重 晶石 被 离 心 机 大量 清除 ， 通过 中速离心机回收重晶石后 ， 用高速离心机 清除钻井液中的低密度固相 。 3 2 5五开 3 7 1 7 ～4 2 0 2 m 该井段为主要 目的层段， 保护好油气层是重点。 三叠系和志留系的棕红色、 深灰色、 深红色泥岩易垮 塌。该井段钻进复式井眼， 对钻井液的携岩效果要求 较高 ， 采用聚合醇环保欠饱和盐水钻井液钻进。①开 钻前彻底清理循环系统积砂 ， 用离心机尽量除去钻井 液中劣质固相及重晶石， 然后用 C a C O 3 将钻井液密度 调整 到 开 钻 要 求。② 使 用 KL G、 F X R H、 S o l t e x 、 N a Hm、 Q S - 2 将井浆转换成聚合醇环保欠饱和盐水钻 井液， 以提高封堵能力 ， 达到完井液要求 。③加大抗 温、 抗盐材料 的用量， 严格控制钻井液的高温高压滤 失量， 增强体 系抗温能力。④用生物聚合物 0P T A Z A N提 高钻井 液 动 切力 ， 增 强 钻 井 液 的悬 浮 携 带 能 力， 间断使用高黏度稠浆清扫井眼使钻进正常。 4 认 识 1 ．研制的高密度盐水 钻井 液和 聚合醇 环保 欠 饱 和盐水 钻井 液 既 满 足 了 钻 井施 工 需 要 ， 又 达 到 了 地质勘探 目的和保护环境的要求 。 2 ．高密度饱 和盐水钻井液 的膨润 土含量必须 严格控制。密度为 2 ． 2 0 ～2 ． 3 0 g ／ c m。的钻井液 ， 膨 润土含量应控制 1 5 ～2 0 g ／ L为宜。 3 ．针对盐岩层井段 的塑性蠕动， 定期加入一定 量等密度欠饱和盐水钻井液 ， 以使盐层能部分溶解。 4 ．超高 密度 盐 水 钻 井 液 性 能 维 护 的 关 键 是 控 制钻井液中的低密度 固相 ， 使用 双级 离心机处理钻 井 液 ， 中速 离心机 用 于 回收重 晶石 ， 高 速 离心 机 用于 清除低密度 固相， 有效控制低密度 固相含量 。 参 考 文 献 [ 1 ] 周进 ， 王宏 ， 陈林 ， 等．却 勒 构造 高 密度欠 饱 和盐水 钻 井液技术． 钻井 液与完井液 ， 2 0 0 3 ， 2 0 5 3 8 4 0 [ 2 3 陈迎伟 ， 李 占英．克拉 2 0 2井 高密度 钻井液 技术． 钻井 液与完井 液， 2 0 0 0 ， 1 7 5 4 4 4 5 [ 3 3 王书琪．J I I 东高密 度钻井 液 改造 成完 井 液 的技 术． 钻 井液 与完井液 ， 1 9 9 4 ， l 1 1 4 6 5 1 [ 4 3 邓兴德 ， 闰加 毅 ， 迟军 ．高密 度钻 井液 与井 下 复杂． 钻 井 液与完井 液 ， 1 9 9 6 ， 1 3 4 4 6 4 7 [ 5 3 陈小 明， 徐常生 ， 赵顺 亭 ， 等．白 5 6深井 高密度钻 井液 技术． 钻采工艺 ， 2 0 0 2 ， 2 5 5 1 2 1 4 [ 6 3 贾朝敬 ， 郭 京华 ， 庄义 江．文 东地 区深井 高密度钻 井液 技术． 断块 油气 田， 2 0 0 1 ， 8 3 6 1 - 6 2 [ 7 3 王慧利 ， 芦永霞 ， 袁立 鹤．新 疆麦 盖堤地 区高密度 钻井 液技 术． 钻井液与完井液 ， 1 9 9 7 ， 1 4 2 3 2 3 4 [ 8 3 蒲小林 ， 黄林 基 ， 罗兴 树 ， 等．深 井高 密度 水基 钻井 液 流变性 、 造壁性 控制原理． 天然气 工业 ， 2 0 0 1 ， 2 1 6 4 8 5 1 收稿 日期 2 0 0 7 1 2 2 8 ； HGF 0 8 4 A7 ； 编 辑 张炳 芹 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m