LG地区超深井钻井液技术.pdf

天然气工业 2 0 0 9 年 1 O 月 L G地 区超深井钻 井液技术 李晓 阳 张 坤 吴先 忠 晏 凌 陈怀高 王 多金 中国石油 天然气集 团公 司川庆钻探工程公 司 李晓阳等． I G地 区超深井钻井液技术． 天然气工业 ， 2 0 0 9 ， 2 9 1 0 6 2 6 4 ． 摘 要 通过 分析 L G地 区的地质特 点和钻 井工程措施要 求， 针 对超 深井钻井液所面临的难 题和挑 战， 建 立和 应用“ 三强” 聚合物钻 井液 、 “ 三低” 防塌钻 井液 、 欠平衡钻井液和抗高温弱凝 胶防卡钻 井液技术 ， 较好地解 决 了长井 段大尺寸井眼的安全 快速钻 井、 气体钻井后替入钻井液的井壁稳定和井眼通畅、 长段 红层泥 页岩井段 防塌 、 欠平衡 钻井和长裸眼小井眼的超深 井高 温防卡等技 术难题 。形成 了 L G地 区的特 色钻井液 技术， 有 力地保 障 了该 地 区的 安 全 快速 钻 井 。 关键词 超深井 气体 钻井 聚合物钻井液 防塌钻井液 欠平衡钻 井液 防卡钻 井液 D0I 1 0 ． 3 7 8 7 ／ j ． i s s n ．1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 0 9 ． 1 0 ． 0 l 9 0 引言 I G地 区广 泛应 用 了气 体 钻 井 和 欠 平 衡 钻井 技 术 ， 实现 了超深 井 的快 速钻 井 。X井 井 深 6 5 3 0 m 钻 井 周期 为 1 4 5 d ， 平 均机 械钻 速 为 6 ． 4 m ／ h ， 定 向井 w 井井 深 为 6 4 3 1 i n ， 钻井 周期 为 1 4 2 d ， 较之 前 的川 渝 地 区碳 酸盐 岩 超 深井 0 ． 9 7 m／ h的平 均 机 械 钻 速 有大 幅 度提 升 ， 创 造 了国 内碳 酸 盐 岩超 深 井 钻 井 速 度的新 纪录 。 l 钻井技术方案及存在 的钻井液技 术 难题 L G地 区钻井 井深 为 6 5 0 0 ～7 0 0 0 r r I ， 钻 探 主要 了解长 兴组生 物礁 和飞仙 关组 鲕 滩 的储 层 分 布及 含 油气性 。钻井 过程 中 ， 尽 量使 用气 体 钻井 技 术 ， 以大 幅度地 提高机 械钻速 。在 不具 备 空气 钻 井 或氮 气 钻 井条件 时 ， 转 化为钻 井 液 钻井 。在须 家 河组 地 层 如无氮 气钻井 条件 ， 则采用 钻 井 液欠 平衡 钻 井 ， 以提 高研磨性 极强 的砂 岩 地层 的钻 井 速 度 。I G 地 区油 气藏埋藏深度、 岩性、 地层 水、 含硫情况 等存 在较大 差异 。该地 区属 于多 压 力 系 统 ， 纵 向上 存 在 多 个 产 层 ， 高 含 H。 S ， 气 体 钻 井 期 间 ， 油 气 、 地 层 水 、 井 壁 失 稳等 因素 导致 井 下 出现复 杂 情 况 ， 钻 井 液 钻进 中井 漏 、 井 涌时有 发生 ， 会严 重影 响 钻井 速 度 。钻 井 中钻 井 液所 面 临 的技 术 难题 有 5个 方 面 一 是 长 段 大井 眼井 壁 稳 定 和井 眼清 洁 问题 ； 二 是气 体 钻 井 后 转换 为钻 井 液 钻 井 时 的井 壁 稳 定 和井 眼通 畅 难题 ； 三 是 长段 红 层 泥 页 岩 的防 塌 问题 ； 四是欠 平 衡 钻 井 液技 术 问题 ； 五是超 深井 长段 小井 眼抗高 温 防卡 问题 。 2 “ 三强’ ’ 聚合物钻 井液技术 “ 三强 ” 聚合 物 钻 井 液 具 有 强 抑 制 性 、 包 被 性 和 封堵性 ， 具 有 很 强 的 防塌 抑 制 能 力 。“ 三强 ” 聚 合 物 钻 井液 能 够 较 好 地解 决 井 壁 稳定 问题 、 钻井 液 密 度 与钻井 速 度之 间 的矛 盾 ， 为红 层 泥页 岩 井段 实 现 “ 以 快制 胜” 的快速 钻井 提供 重要保 证 。 I G地 区第 二 次 开 钻 井 段 使 用 4 4 4 ． 5 mm 钻 头 ， 最长 裸 眼井 段 为 1 0 0 0 m， 地 层 以泥 岩 和砂 岩 为 主 ， 钻 井 中钻井 液 环 空返 速 低 ， 同 时 4 4 4 ． 5 mm 钻 头破 岩能力 较弱 ， 导致 地层 浸 泡 时 问长 ， 这些 都 会 对 井 眼条件 和钻 井 周 期 造 成严 重 影 响 。L G 地 区 已钻 的 9口井 中， 有 6口井 在 第 二 次 开 钻 采 用 了“ 三强 ” 钻井 液 。通过 应 用 “ 三 强 ” 聚 合 物 钻 井 液 ， 充 分 发 挥 了“ 以快制 胜” 的特性 ， 实 现 了井 壁稳 定 ， 同时钻 井 液 密 度始 终控 制 在 L 0 5 g ／ m。以下 ， 保证 了获 得 高 的 机 械钻 速 ， 还 减少 了井漏 。通 过 优 化 钻井 液 流变 性 ， 配 合适 当 的钻 井 液 排 量 ， 有 效地 解 决 了大 井 眼携 砂 问题 ， 实 现 了井 眼 的通 畅 ， 使 钻 井 作 业 得 以顺 利 进 *本文受到中国石油 天然气集 团公 司“ I G地区安全快速钻井重大现场试验项 目” 编号 0 7 02 0 3 0 2 0 6 的资助 。 作者简介 李 晓阳， 1 9 6 5年生 ， 高级工程师 ； 1 9 8 6 年毕业于原西南石油学 院应用化学专业 ； 长期从 事钻井液技术研究工作 。 地址 6 1 0 0 5 1 四川省成都 市府青路一段 3 号 。电话 0 2 8 8 6 0 1 3 7 5 7 。E ma i l l i x i a o y a n g O 7 9 O s i n a ． c o m 6 2 第 2 9 卷第 1 O 期 天然气工业 行 。6口井 的钻 探表 明 ， 该 井 段平 均 机 械 钻 速达 4 ～ 6 m／ h ， 仅用 7 ～ 9 d就 完 成 了 近千 米 的钻 井 作 业 任 务 ， 实现 了 4 4 4 ． 5 mm 井 眼深井 安 全快 速钻 井 。 3“ 三低 “ 防塌钻井液和润湿反转技 术 1 气体 钻井条 件下井 眼状况 分析。气体钻 井 中 ， 由于 地层 和井 壁受 应力 的不 同 ， 与 钻井 液 钻 井 相 比 ， 井 壁岩 石 更 容 易 出现 破 碎 、 垮 塌 ， 出现 井 壁 不 稳 定 现 象 。气 体 作为循 环 介质 所 钻 成 的井 眼 与 常 规钻 井液 条件 下所 钻成 的井 眼 相 比存 在 许 多 差别 。一 是 在 近井 壁 周 围形 成 更 大 的 应 力 释放 缝 ， 气 体 钻 井 流 体 液柱 压 力 极 低 ， 井 眼周 围地 层 岩 石 应 力 得 到 充 分 释放 ， 加 之空 气锤 和钻 头及 钻 具 的机 械 震 动 ， 在 井 壁 上形 成更 多 的应力 释放 缝 或加 剧 了井壁 周 围微 裂 缝 的 发育 ； 二是 井壁 更容 易发 生 应 力 失稳 ， 井 径 扩 大 率 较大和形成“ 葫芦串” 井眼； 三是无外来流体侵入 ， 地 层 岩石 干燥 ， 无 水 化 现 象 产 生 ； 四是 井 壁 无 滤 饼 ， 替 入钻井液之初液体将非常容易地侵入井壁岩石。气 体 钻 井 后 替 人 钻 井 液 ， 极 易 引起 岩 石 吸 水 膨 胀 、 分 散、 并大幅度地降低岩石剪切强度 ， 从而引起井壁严 重 失稳 ， 形成 厚滤 饼发 生 阻卡 或 卡 钻 ， 形成 “ 砂 桥 ” 划 眼或卡 钻 ， 以及 出现井 漏 等一 系列 井下 复 杂情 况 。 2 润湿反转技术 的应用 ， 为气体钻井后替入钻 井 液 的井壁 稳定 打 下基 础 。地层 岩 石 在 表 面 性 质上 是 强 亲 水性 的 ， 而 替 入 钻 井液 后无 法 阻止 钻 井 液 液 相对地层侵入 。如果最初侵入的液相物质能够改变 井壁 岩 石 的润 湿 性 ， 使 之 在 最 初 阶段 使 岩 石 由 亲 水 性改 变为 亲油 性 ， 发 生 “ 润 湿反 转 ” ， 其 “ 憎水 性 ” 将 一 定程 度 阻止 钻 井 液 水 基 液 相 与 岩 石 表 面 的接 触 ， 同 时增 大岩 石微 裂缝 的毛细 管 吸水 阻 力 ， 从 而 、 减 少 最 初液 相 接触所 发 生 的水 化 膨胀 程 度 和 因 液相 侵 入 微 裂缝 引起 的力 学 传 递 ， 则 井 壁 岩 石 强 度 在 未 形 成 滤 饼前 不 会有 大 的降 低 。润 湿 反 转技 术 在 L G 地 区进 行 了初 步 应 用 。一 是 使 用 专 门 的 “ 润 湿 反 转 剂 ” ， 在 替 入 钻 井 液 前 注 入 一段 润 湿 反 转 隔离 液 ， 改 变 近井 壁 周 围 的岩 石 表 面 性质 ， 防 止 气 液 转 化 时 泥 页 岩 吸 水膨 胀垮 塌 。经 在 2口井 的 应 用 ， 收 到 明显 效 果 。 同时 ， 润湿 反转 技 术 作 为 主 要 技 术 在 “ 三 低 ” 防 塌 钻 井液 中进 行应 用 ， 收到 了显 著效 果 。 3 “ 三低 ” 钻井 液技 术 集 成 攻 克 I G 地 区 气 液转 换 难题 。“ 三 低 ” 钻井 液 是 在 力 学 平 衡 的前 提 下 ， 通 过减 少泥 页岩 地层 吸水 量 尤其 是 形 成滤 饼 前 的吸 水 量来 阻 止地层 水化 膨胀 。该体 系 一 是 引入 了润 湿 反 转防塌技术 。二是 引入低 渗透 防塌技术 ， 使替 人 的 钻 井 液 能 在 较 短 时 间 内填 充 封堵 微 裂 缝 ， 形成 致 密 的疏水 内滤饼 ， 并 在 井 壁 表 面形 成 致密 的疏水 涂 层 ， 实 现钻井 液及 滤 液 对 井 壁 的低 渗 入 。三 是 引入 低 活 度 防塌 技术 ， 保 持 钻 井 液 的活 度 低 于 泥 页岩 活 度 ， 减 少钻井液的水分子进入地层而保持岩石强度的稳定。 4 L G地 区逐 步 实 现 了 气 体 钻 井后 替 入钻 井 液 的井下 安 全 和 井 眼 畅 通 。气 体 钻 井 替 入 钻 井 液 在 L G地 区多 口井 的应用 ， 除 因气 体 钻井 后 期造 成 复杂 和 事 故 被 迫 转 换 钻 井 液 的 井 以外 ， 各 井 钻 井 液替 人 后 井下 正 常 ， 均 很快 恢 复正 常 作业 ， 并 逐 步 缩 短 了通 井 、 划 眼 时 间 。 5 “ 三 低 ” 防塌 钻井 液 保 证 了长 段 红层 的井 壁 稳 定 。I G 地 区 3 1 1 ． 2 mm 井 段 ， 是 红 层 泥 页 岩 夹砂 岩 地 层 ， 存 在 水 敏 性 垮 塌 的 极 大 风 险 ， 由于 最 深 为 3 8 0 0 m的 井深 ， 失 去 了“ 以快 制 胜 ” 的先 决 条件 。该 井段在空气钻井后 替人 了“ 三低 ” 钻井液 ， 继续坚持 固有 的抑 制 防塌技 术 特性 ， 同时 维 持 良好 的流 变性 、 润滑 性 ， 工程 措 施 强 化 、 优 化 钻 井 参 数 ， 实 现 了 井 壁 稳定 和井 眼通 畅 。L G地 区各井 在此 段 的 钻井 中 ， 没 有 出现泥 页岩 垮塌 现 象 。 4欠 平衡钻 井液技术 I G地 区钻 井 液 欠 平 衡 钻 井 主 要 在 须 家河 组 井 段 实施 。 目的是 在 没 有 氮 气 钻 井 的条 件 时 ， 通 过 钻 井液 欠平 衡 提高 须家 河组 强 研 磨砂 岩 地 层 的机 械 钻 速 。欠 平衡 钻井 液 的密 度根 据 地 层 压力 和油 、 气 、 水 显 示情 况具 体 确 定 ， 控 压 为 1 ～4 MP a ， 保 证 以尽 可 能 低 的钻井 液 密度 提 高钻 井速 度 。欠 平 衡 钻 井 液应 具 备 的功 能 。须 家 河 组 地 层 主 要 由砂 岩 夹 泥 岩 、 页 岩 组成 。 因此 ， 钻 井 液 首 先 要 强 化 抑 制 防 塌 性 能 。 为适 应 欠 平 衡 作 业 的需 要 ， 钻 井 液 还 必 须 具 备 强 的 抗 污染 能力 和 防 止 硫 化 氢 的 能 力 ， 具 备 良好 的流 变 性 和脱气 性 能 。为适 应钻 进 和起 下 钻 不 同情 况 的需 要 ， 钻进 时 降低 密度 实 现欠 平衡 钻 进 ， 起 下 钻 时提 高 钻井液密度 ， 以平衡地层压力 ， 满足井控及起下钻作 业 需要 。同时 做 好 压 井 等 井 控 应 急 措 施 和 物 资 、 器 材 的储 备 。 目前 ， 在 3口井 实 施 的钻 井 液 欠 平 衡 作 业 中 ， 井壁 稳定 ， 井 口、 地 面安 全 ， 须 家河 组 地 层 的机 械钻速达到了 2 ～5 m／ h ， 明显高于其他地 区须家河 组 地层 的机 械 钻速 ， 提 速效果 明显 。 5 超 深井小井 眼抗 高温 弱凝胶 防卡钻 井液技术 I G地 区 雷 口坡 组 以下 井 段 有 2 1 5 ． 9 mm 和 63 天然气工业 2 0 0 9 年 1 O 月 1 4 9 ． 2 r f l m两种井 眼 ， 其 钻井 深度 为 7 0 0 0 m 左右 ， 而 1 4 9 ． 2 mm 小 井 眼井 段 为 5 0 0 ～ 8 0 0 m， 井 底 温 度 为 1 5 0 ～1 8 0℃ 。岩性 稳定 ， 石 灰岩 、 白云岩 、 泥 灰 岩 为主 ， 以及岩 盐和石 膏层 ， 岩 石 可 钻性 强 。该 井段 主要 以 P DC 螺 杆 为 主 钻 进 ， 机 械 钻 速 为 6 m／ h 。 钻 井液 面临 的难题 首先是 抗 高温 稳 定性 。二是 井 眼 小 、 裸 眼长 、 压 差 大 ， 防 卡压 力 大 。三 是 存 在 膏 盐 层 和硫化 氢污染 。该段 钻井 液技 术 ， 以抗 高温 入 手 ， 强 化钻 井 液 的 固相 控 制 ， 严格 控 制 钻 井 液 的 膨润 土 含 量 ， 优 选 抗 高 温 处 理 剂 ， 补 充 选 择 低 浓 度 处 理 剂 胶 液 ， 使 之成为 触 变 强 度低 、 抗 污染 能力 强 、 固相 含 量 低 、 流变性好 、 高 温稳 定 性 强 的弱 凝 胶 钻 井 液 体 系 。 同时通 过 增加 钻 井 液含 油 量 、 加 入 乳 化 剂 和 防卡 润 滑剂 ， 使体系的润滑性大大的提高。强化钻井液 的 弱凝 胶和低 黏切特 性 ， 强化 对井 壁 的 冲刷 ， 减 少 了虚 厚滤 饼 ， 保证 了井 眼 的通畅 。 6结 论 与建 议 L G 地 区气 体 钻 井 技 术 、 欠 平 衡 钻 井 技 术 的应 用 ， 大 幅度地 提 高 了钻 井速 度 ， 减 少 了钻 井 过 程 中 的 复杂 情况 ， 钻 井 周 期 明显 缩 短 。“ 三 强 ” 聚合 物 钻 井 上接 第 5 8页 4 认识与建议 1 通过 该 井 综 合 配 套 技 术 的研 究 试 验 ， 初 步形 成 了 I G地 区 安 全快 速 钻 井 技术 体 系 ， 该 地 区部 分 井技术指标也实现了新 的突破 ， 其 中一 口井实现 了 1 4 3 d完钻 。 2 空气钻 井 完应及 时转 换 为钻 井 液 。井 下 出现 油 、 气 、 水显示 ， 已危 及 钻 井 安 全 ， 或供 气 量 不 够 、 井 底 沉砂超 过 2 0 m， 接 单 根 困难 以及 有 阻 卡 现 象 ， 应 及时转 换 为钻 井 液 钻 井 。防 斜 技术 ， 空 气 锤 钻 井 具 有较好 的防斜 效果 ， 应 在 气体 钻井 中加 以推 广 应用 ， 应继续在 3 1 1 ． 2 mm 井段 中推 广应 用钟 摆 、 满 眼钻 具防斜 技术 。完 善 L G 构 造 深 井 、 超 深 井 安 全 快 速 钻井配套 技术 。气体 钻井 、 P DC钻 头优选 、 优 化强 化 钻井 参 数 等钻 井 新 工艺 新 技 术 的推 广 应 用 ， 大 大 提 6 4 液、 “ 三低” 防塌钻井液和高温弱凝胶防卡钻井液在 L G 地 区的 应 用 ， 针 对 其 特 定 的地 层 情 况 和 工 程 措 施 ， 有 较好 的针 对性 和适用 性 ， 能够 有 效 地提 高 钻井 速度。优质的钻井液性 能， 必须与合适 的工程措施 的配 合 ， 才能实 现井 下安 全 、 井 眼通 畅和快 速钻井 。 参 考 文 献 E l i李皋 ， 盂英 峰 ， 唐洪明 ， 等． 砂岩气藏水基欠平衡钻井逆流 自吸效应实验研究E J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 7 ， 2 7 1 7 5 7 7 ． [ 2 ]李荣 ， 孟英峰 ， 曾琦军 ， 等． 空气钻井替换过程 中井壁稳定 性 问题初探 E J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 6 ， 2 6 增刊 A 8 1 8 3 ． [ 3 ]鄢捷年 ． 钻井 液工艺学 [ M] ． 东营 中国石油大学 出版社 ， 20 06 ． E 4 ]胡俊 ， 鲜 国勇 ， 魏 红燕． 低阻储层 岩石物 性研 究E J J ． 西南 石 油学 院学 报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 4 1 7 - 1 9 ． E s ]何世 明， 何平 ， 尹成 ， 等． 井下循环温度模型及其敏感性分 析 E J ] ． 西南 石油学 院学报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 1 5 7 6 0 ． E 6 J蒲晓林 ， 梁大川 ， 王平全 ， 等． 抑制钻 屑形成泥球 的钻井 液 研究 E J ； ． 西南石 油学 院学报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 2 4 6 4 9 ． [ 7 ]李春霞 ， 黄进军 ， 徐英． 一种新 型高温稳 定的油基 钻井液 润湿反转剂E J ] ． 西南石油学院学报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 5 2 2 2 4 ． 修改 回稿 日期 2 0 0 9 0 7 1 2 编辑钟水清 高了 X井的钻井速度 ， 需要多层次的总结、 完善和提 高 ， 逐 渐 形 成 深 井 、 超 深 井 安 全 快 速 的 钻 井 配 套 技术 。 参 考 文 献 [ 1 ]熊继有 ， 付建红． 井下增压研 究新 进展 E J J ． 天然气 工业 ， 20 03， 2 3 6 91 - 93 ． E 2 3程 常修 ， 曾时 田． 天然气钻井应重点考虑 的几个技术 问题 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 2 ， 2 2 2 5 0 5 3 ． [ 3 ]熊友 明， 岳江河， 邓建 民， 等． A2 6水平井完井产能影响 因 素 分析 E J 3 ． 西南石油 学院学报 ， 2 0 0 2 。 2 4 6 3 6 3 9 ． [ 4 ]王希 勇， 熊继有 ， 孙文涛 ， 等． 新型水力增压实验研 究E J J ． 西南石油学 院学报 ， 2 0 0 2 4 3 7 1 7 3 ． [ 5 ]梁大川． 抗 高温高密度 水基钻井 液体 系研究 [ J ] ． 西南石 油 大学 学 报 ， 2 0 0 8， 3 0 1 1 3 3 - 1 3 6 ． 修改 回稿 日期 2 0 0 9 0 7 0 7 编辑钟水清