CB5—2井钻井液技术.pdf

第 2 7卷 第 1 期 2 0 1 0年1月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLET1 0N FLUI D V0l _ 2 7 NO ．1 J a n．201 0 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 0 0 1 0 0 7 9 ． 0 3 C B 5 2井钻井液技术 吴满祥 ， 王海燕 ， 杨斌 ， 穆杨琼杰 1 ． 川庆钻探工程有限公司工程技术研究院，西安 ； 2 ． 长庆油田公司第七采油厂，西安 摘要根据长北气田整体开发方案的要求，采用双分支水平井开采方式，在一个井眼中钻 2个分支各为 2 0 0 0 m 的双分支井。C B 5 2井是长北区块 的一口开发井，主要钻井 目的是开发山西2气层，设计该井最低产量能达 到 8 0 1 0 m3 ／ d ，试产 井 口压 力为 1 3 MP a 产 量为 1 1 01 0 m3 ／ d ，投产后产 量为 1 2 0 1 0 m3 ／ d 。主要 介绍用 于 C C B5 2井斜井段的强抑制性双钾盐聚合物钻井液和用于水平段的无固相低伤害暂堵钻井液。该井在二开大井斜段 很好地解决 了刘家沟组地层 的严重漏失和煤层稳定 问题 ；三开水平段所使用 的无固相低伤害 暂堵钻 井液性 能稳定 、 密度低 、失水低 、润滑防卡性能 良好 、暂堵效果 显著 ，能有效地保护储层。 关键词双分支水平井 ； 抑制性钻井液 ； 无固相钻井液 ； 临时性封堵 ；井眼稳定 ；防止地层损害 中图分类号 T E 2 5 4 ．3 文献标识码 A C B5 ． 2井 位于 长庆油 田陕北 气 田鄂 尔 多斯盆 地 ，该 地区刘家沟组 地层极易 发生井漏 ，石千峰 组和石河子组 简称 “ 双石层” 1 地层极易水化膨胀 、 坍塌 ， 造成井壁失稳等井下复杂情况。针对此问题 ， 室内实验主要 以抑制性 、润滑性能及流变性能为评 价指标 ，研选了强抑制性双钾盐聚合物钻井液 [ 1 - 2 1 。 该钻井液具有很强 的抑制性 ，成功的抑制 了“ 双石 层” 的水化膨胀。 同时 ，C B 5 2井 钻遇易漏 的刘家 沟组地层时向井浆 中加入随钻堵漏剂 ，成功的预防 了该地层 的井漏 ，三开为保护储层 ，使用了低伤害 无固相 的暂堵钻井液 ， 降低了钻井液对储层 的污染。 1 C B 5 2井地层特性 C B 5 2井表层黄土层欠压实，胶结性差 ，极易 发生漏失和窜漏现象 ； 直罗组地层 同时存在缩径与 垮 塌。刘家沟组地层漏失严重 ，密度控制范 围小 ， 很容易发生漏失。石千峰组和石河子组地层泥页岩 吸水膨胀 ，易导致井 眼缩径 、起下钻遇阻 ，严重时 发生井壁坍塌 ，引起卡钻等井下事故 ，甚至导致井 眼报废。山西煤层由于具有各向异性的层理和纹理 结构 ，抗拉强度较弱 ，易导致井壁坍塌。 2 钻井技术难点 1 缩径与垮塌 同层 的安全稳定 问题。直罗组地 层存在井壁垮塌 、缩径 ，延安组和延长组地层存在 缩径问题 ，并且都是在大井眼中，环空上返速度远 不能满足形成紊流 、冲刷井壁 以扩大井径 。钻井液 要兼顾解决缩径和防止坍塌 ，其性能参数的控制难 度大。 2 1 长裸眼、长浸泡时间的井壁稳定问题。二开 井段长达 2 9 0 0 m 以上 ，易垮塌的 “ 双石层” 和山西 煤层全部暴露在这一井段 ，并且 3 1 1 ． 1 mm钻头 在该地层是滑动增斜钻进 ，钻速慢 ，钻井周期长 ， 地层长时间浸泡于钻井液中，井壁容易垮塌。 3 1 长裸眼井段 的润滑降摩阻问题。二开井段石 盒子组上部地层泥岩易造浆 ，使钻井液的黏度 、切 力升高，固相含量不易控制 ，含砂量高 ； 为提高防 塌能力 ，对钻井液进行适量加重 ，使其 固相含量更 高 ， 润滑性降低， 摩阻和扭矩增大 ， 不利于井下安全。 4 1 西3 1 1 ． 1 mm井 眼 的有 效 携 屑 问 题。“ 双 石 层”的井径扩大率一般都大于 1 5 ％，个别地方大于 2 0 ％，在坍塌层段施 工过程中，容易导致井眼进一 步的扩大 ，形成大肚子井眼，增加了岩屑的上返难 度 ，特别易在大斜度井段形成岩屑堆积 ，产生阻卡 ， 严重影响井下安全。 5 1 长水平段储层保护问题。在 山 2 储层有 2个 分支各为 2 0 0 0 m 的水平段 ，施工周期长 ，产层裸 露面积大，浸泡时问长 ，钻井液对产层易造成伤害 ， 第一作者简介 吴满祥，助理工程师，1 9 8 1 年生，现在主要从事钻井液现场技术服务工作。地址 陕西省西安市工程 技术研究院钻井液完井液所 ；邮政编码 7 1 0 0 2 1； 电话 1 3 5 7 2 2 5 8 5 3 5； E ma i l g c y wmx 1 6 3 ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 钻 并 液 与 完 并 液 2 0 1 0年1月 要求钻井液具有好的保护储层作用。 3技 术 思路 和 方案 3 ． 1 解决 地层 缩径和垮塌 解决 “ 双石层” 上部地层的缩径和垮塌主要有以 下途径 一是以划眼和短程起下钻为主 ； 二是增大泥 浆泵的排量， 提高环空上返速度， 形成紊流冲刷井壁， 使井径适当扩大，从而达到解决地层缩径的目的 ； 三 是选用合适的钻井液，控制其性能和强的抑制性 ，形 成致密的泥饼。为此，在 “ 双石层” 上部选用非加重 强抑制性双钾盐聚合物钻井液。 1 钻井液配方及性能。通过现场技术调研和室 内研究，形成了非加重强抑制性双钾盐聚合物钻井 液 1 基本配方如下。 1 f 8 ％～ 1 2 ％ KC 1 0 ． 2 ％～ 0 ． 3 ％ P AM 0 ． 2 ％ 一 0 ． 3 ％ P AC ． HV 0 ． 2 ％～ 0 ． 4 ％ 有机盐抑制剂 Y Z K f 0 ． 2 ％- 0 ． 3 ％ X C D 0 ， 2 ％- 0 ． 3 ％ P AC L V Na OH 该钻井液密度为1 ． 0 5 g ／ c m ，表 观黏度为3 3 mP a S ，塑性黏度为 1 8 mP a S ，动切力为 1 5 P a ，滤 失量为 4 mL，p H值为 1 1 ，静切力为 3 ／ 6 P a ／ P a 。 2 防塌性能。实验采用 C B 5 2 井 “ 双石层 ”上 部地层的 J ， 泥岩作为岩样 ，其在清水和 1 配方钻 井液 中的一次 回收率分 别为 5 9 ． 6 4 ％、9 6 ． 3 0 ％，二 次 回收率分 别为 5 7 ． 2 8 ％、9 5 ． 0 2 ％。由此 可知，该 钻井液的防塌能力强 ，井壁稳定性好 ，稳定时间长， 满足 C B 5 ． 2井表层和二开直井段快速钻进 的要求 ， 能实现井眼稳定 、防止垮塌的目的。 3 ． 2 加重双钾盐聚合物钻井液 为 了解决 C B 5 2井 “ 双石层” 以下大斜度井段 地层 的防塌问题 ，用 Ba S O 对 1 配方钻井液进行 了加重 ，形成了具有强抑制性 、良好润滑性能及流 变性能的加重双钾盐聚合物钻井液。该钻井液的密 度为 1 ． 1 6 g ／ c m ，表观黏度为 3 5 mP a S ，塑性黏度 为 1 8 m P a S ，动切力为 1 7 P a ，静切力为4 ／ 7 P a ／ P a ， 中压滤失量为 4 mL，p H值为 1 1 。 由于 C B 5 2井二开井眼尺寸大 、井斜高达 9 0 。 ， 井深超过 3 0 0 0 m后产生的摩阻非常大 ，钻进 中扭 矩高，所 以实验优选 出了环保型 的植物油润滑剂 DF L - 1 。 D F L 一 1 加量对钻井液性能 的影 响见表 1 。 从表 1 可 以看 出，DF L 一 1 加量为 2 ． 0 ％ 时，钻井液 的润滑系数降低率大于 8 0 ％，且不影响钻井液的其 它性能 ； 在热滚实验后 ，钻井液的润滑系数进一步 的降低， 说明该润滑剂在高温下可进一步分散吸附， 抗温性好。 通过实验发现， 当润滑剂含量达到 2 ％时 ， 尽管钻井液的密度增大 了，但仍然具有很好 的降摩 阻效果 ，满足体系保持 良好润滑性的要求 。 表 1 加重钻井液的润滑性能 3 ． 3 水平段的钻井液 技术 长北气 田水平 段为 2 0 0 0 m的双分支水平井， 施工时间长 ， 储层保护要求高 ，为此选用了低密度 、 低滤失量、 储层伤害小、易生物降解聚合物、易返 排解堵等特性的无固相低伤害暂堵钻井液。 1 钻井液基本配方及性能。运用正交实验方法 进行高温、高压条件下的各种实验 ，最后得到无固 相低伤害暂堵钻井液 2 的基本配方如下。该钻井 液的密度为 1 ． 0 3 g ／ c m ，表观黏度为 3 9 mP a S ，塑 性黏度为 2 0 mP a S ，动切力为 1 9 P a ，滤失量为 3 ． 6 mL ，静切力为4 ／ 5 P a ／ P a ， p H值为 1 1 ，润滑系数为 0 ． 1 6 2 。优选 D F L ． 1 作润滑剂 。 2 0 ． 5 ％～ 1 ％ 酸溶性暂堵剂 AS P ． 1 2 5 0 0 ． 2 ％ ～ 0 ． 3 ％ XcD 1 ％～ 2 ％ 淀粉类降失水剂AS R一 1 0 ． 2 ％- 0 ． 3 ％ P A C HV 0 ． 2 ％- 0 ． 3 ％ P AC L V Na O H 2 钻井液对储层伤害评价。实验得出，2 配方 钻井液和现场用的无固相低伤害钻井液对山西组砂 岩储层 的伤害率分别为 4 ． 6 ％ 和 5 ． 5 ％，可以看 出， 2种钻井液对山西组气层储层的伤害均很小。 4 C B 5 2井现场应 用 4 ． 1 一开 O 一 6 8 8 ． O 0 m 一 开用 4 0 6 ．4 mn l 钻头钻进 延长层 5 0 1T I 后 ， 下入 3 3 9 ． 7 l l l l n套管 ； 用清水加入少量纯碱 ，大 排量快速钻进。 为使井底清洗干净 ， 储备 3 0 m。 稠浆 ， 每打完 2个立柱后用稠浆扫底一次以确保井底无沉 砂 ； 一开完钻后用稠浆循环扫底，根据振动筛返砂情 况确保井底干净。 下人4 } 3 3 9 ．7 mm套管 固井。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 7卷 第 1 期 吴满祥等 C B 5 2 并钻井液技 术 8 1 4 ． 2 二 开 6 8 8 ． 0 0 - 3 41 0． O 0 m 1 小井斜段 6 8 8 ～ 2 9 0 0 m 。在进入刘家沟组地 层前 1 0 0 m，向非加重强抑制性 双钾盐聚合物钻井 液 中加入 2 ％～ 3 ％ 的随钻堵漏剂 B S T 一 2 、DF A和云 母 。通过降低钻井液密度和加入 随钻堵漏剂，有效 地 防止了刘家沟组地层被压漏，同时又提高 了机械 钻速 ，缩短了建井周期 ，节约 了钻井成本 。该钻井 液 的密度为 1 ． 0 3 ～ 1 ． 0 8 g ／ c m ，黏度为 4 0 ～ 6 0 S ，塑性 黏 度为 1 0 ～ 2 0 mP a s ，动切力 为 6 ～ 1 4 P a ，静切 力 为 3 6 ／ 6 ～ 1 0 P a ／ P a ， 读数为 8 ～ 1 0 ，滤失量为 3 - 6 mL，p H值为 1 0 ～ 1 1 ，黏土含量为 2 0 ～ 3 0 k g ／ m ，含 砂 量为 0 ． 1 ％～ 0 ． 3 ％，固相 含量为 4 ％～ 7 ％，摩擦 系 数为 0 ． 0 2 6 ～ 0 ． 0 5 5 。 2 大井斜段 2 9 0 0 ～ 3 4 1 0 I n 。钻到入窗 口时有 大约 5 m左右的煤层 ，造成起下钻遇阻。整个井段 井斜最终达到 9 0 。 ，摩阻扭矩过高 ，严重影 响了机 械钻速和钻井周期 ，因此在二开斜井段使用 了加重 强抑制性双钾盐聚合物钻井液 ，利用 KC 1 与有机盐 Y Z K的协 同强抑制性 ，有效地控 制了 “ 双石层” 的 水化膨胀和分散 ，以及以往 “ 双石层” 经常出现的钻 头严重泥包现象 ，使得井眼轨迹规则，井径变化率 小 ，起下钻顺利。该钻井液密度为 1 ． 0 8 ～ 1 ． 1 8 g ／ c m ， 漏斗黏度为 5 0 ～ 6 5 S ，塑性黏度 为 1 0 - 2 0 mP a S ， 动 切力为6 ～ 1 4 P a ， 静切力为4 ～ 6 ／ 6 ～ 1 0 P a ／ P a ， 读 数 为 1 2 ～ 1 6 ，滤失量为 3 ～ 5 mL ，p H值为 1 0 ～ 1 1 ，膨润土 含量 为 2 0 ～ 4 0 k g ／ m ，含砂 量 为 0 ． 1 ％～ 0 ． 3 ％，固相 含量 为 6 ％～ 1 0 ％，摩 擦 系数 为 0 ． 0 2 6 ～ 0 ． 0 8 8 。根 据 损耗的快慢 ，每 6 h测一次钻井液 中 的含量 ， 及时地补充 。 与以往类似井相 比，CB 5 2井在 “ 双石层” 钻进 过程 中平均机械钻速从 4 ． 4 2 m／ h提高到了 7 ． 8 m ／ h 。 在钻遇煤层前 ，用重晶石提高钻井液 的密度 ，尤其 是在钻遇山西煤层时 ，控制钻井液密度为 1 ． 1 6 ～ 1 ． 1 8 g ／ c m ， 防止缩径 、 坍塌等复杂情况产生。斜井段时， 向钻井液 中加入适量的润滑剂 ，以减少摩 阻。起钻 完井前 ，用稠浆扫底 ，大排量充分循环钻井液 ，保 证 了井底干净 ，确保下套管一次成功 。 4 ． 3 三开水 平段 三开水平段用 2 1 5 ． 9 r n n l 钻 头钻双分支各 为 2 0 0 0 m的水平段 ，裸眼完井 ，使用无 固相低伤害 暂堵钻 井液。施 工 中维持钻 井液性 能 良好 、滤 失 量小于 5 mL、具有 良好 的润滑性 和流变性 、较高 动塑比值和高效 的携屑洗井能力 ，起下钻无一次遇 阻 、遇卡 ，电测和 下套管安全顺 利。该 钻井液 的 密度 为 1 ． 0 4 ～ 1 ． 0 8 g ／ c m ，黏度 为 4 0 ～ 5 5 S ，塑性黏 度为 1 0 ～ 1 8 mP a S ，动 切力 为 6 ～ 1 8 P a ，静切力 为 3 4 ／ 4 ～ 6 P a ／ P a ， 读数为 8 ～ 1 0 ，滤失量为 3 ～ 5 mL， p H值为 l 0 ～ l l ，含砂量为 0 ． 1 ％～ 0 ． 3 ％，固相含量为 4 ％～ 6 ％，摩擦系数为 0 ． 0 2 6 ～ 0 ． 0 7 0 。 5 应 用 效 果 1 二开小井斜段使用非加重强抑制性双钾盐聚 合物钻井液 ，保持 了井眼稳定和钻井安全顺利 。 2 二开大井斜段使用了加重强抑制性双钾盐聚 合物钻井液 ，有效地防止了“ 双石层” 泥岩的水化膨 胀分散，使井壁稳定 ，确保 了 咖2 4 4 mm套管一次 性下到井底 ，固井顺利 。并且通过控制无用 固相含 量 ，改善泥饼质量 ，加入优质润滑剂 D F L 一 1 ，整个 斜井段中，体系的润滑性能好 ，泥饼薄而韧 、光滑， 没有发生起下钻遇阻和遇卡现象 。 3 水平段使用无 固相低伤害暂堵钻井液 ，性能 稳定 ，泥饼薄 ，泥饼摩阻低 ，从而消除了钻具泥包 和压差卡钻的风险 ； 同时该钻井液流变性优 良，动 塑 比值高 ，带砂性能好 ，在井眼轨迹控制呈 w 形 的情况下，起下钻摩 阻小 ，无遇阻 、遇卡现象，井 下安全 ，电测下尾管顺利 。筛管完井初产获高产工 、 l 气流。 6 结论 1 ． 非加重双钾盐 聚合物钻井液能够有效地防止 上部地层的缩径和垮塌 ，并且提高了钻井速度 。 2 ． 加重双钾盐聚合物钻井液具有强抑制性 ，有 效地抑制了 “ 双石层” 泥岩的水化膨胀 ； 通过调节其 密度 ，从力学角度有效地预防了山西煤层的垮塌 ； 还具有 良好的润滑防卡和井眼净化效果 。 3 ． 无黏土低伤害暂堵钻井液具有稳定性好、密 度低 、滤失量低 、润滑防卡性能优良、能有效生物降 解等特J ，能够适应长水平段钻进，同时对气层暂堵 性好，对气层伤害低，是一种新型有效的钻井液。 参 考 文 献 [ 1 ] 徐 同台 ，赵忠举 ． 2 1 世 纪初 国外 钻井液 和完井液技 术 [ M】 ． 北京 石油工业 出版社 ，2 0 0 4 ． [ 2 】 屈无治，孙金声，苏仪脑 ． 快速钻进钻井液技术新发展 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 6 ，2 3 3 6 8 7 0 ． 收稿目2 0 0 9 0 5 1 0 ；H GF 0 9 0 6 N5 ；编辑Y - 4 娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m