S／D-1井聚合物饱和盐水钻井液技术 -.pdf

第 2 2卷 6期 2 0 1 0年 6月 中国煤炭地质 C0AL GE0L0GY oF CHI NA V0 1 ． 2 2 No ． 6 J u n ． 2 0 1 0 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 6 7 4 1 8 0 3 ．2 0 1 0 ． 0 6 ． 1 8 文章编号 1 6 7 4 1 8 0 3 2 0 1 0 0 6 0 0 7 0 0 4 S ／ D 一 1井聚合物饱和盐水钻井液技术 赵 岩 ． 仲 玉芳 ． 王卫民 1 ． 河北省煤 田地质局第二地质队 ， 河北 邢 台 0 5 4 0 0 0 2 ． 河北省煤田地质局 ， 河北 石 家庄 0 5 0 0 8 5 摘要 S ／ D 一 1 井盐岩层埋藏深度在 2 5 0 0 m以下， 在上覆岩层压力、 构造应力和井温的影响下 ， 存在着诸 多问题 ， 如岩 层容易发生蠕变， 造成孔内事故以及盐层溶解 、 塑性变形 ， 硬石膏吸水膨胀 造成井 眼失稳 ， 盐 、 石膏对钻井液 性能破 坏等 。 通过分析 比较 ， 研制出一套适合盐岩地层 的钻井液体系 ， 并针对取心与无心钻进 等不 同情况， 研制出不 同的钻 井液配方。 实践证明 ， 该钻井液体 系具有 良好 的抗盐污染和较强的防塌能力 ， 在控制好钻井液密度、 黏度 、 切力 、 滤失 量等性能的前提下 ， 能够达到顺利钻穿盐岩层 的目的。 关键词 盐岩井； 饱和盐水 ； 钻井液体 系 中图分类号 P 6 3 4 ． 6 4 文献标识码 A S ／ D- 1 W e l l Po l y me r S a t u r a t e d Br i n e Dr i l l i n g Fl u i d Te c h n i q u e Zh a o Ya n ，Z ho n g Yu f a n g a n d W a n g W e i mi n 1 ． T h e S e c o n d E x p l o r a t i o n T e a m， He b e i B u r e a u o f Co a l Ge o l o g i c a l Ex p l o r a t i o n ， Xi n g t a i ， He b e i 0 5 4 0 0 1 ； 2 ． He b e i B u r e a u o f C o a l G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n ， S h i j i a z h u a n g ， H e b e i 0 5 0 0 8 5 Ab s t r a c t T h e b u rie d d e p t h o f s a l t b e d i n t h e S ／ D一 1 w e l l i s b e l o w 2 5 0 0 m．Un d e r t h e i mp a c t s f r o m o v e r b u r d e n p r e s s u r e ，t e c t o n i c s t r e s s a n d w e l l t e mp e r a t u r e ， ma n y p r o b l e ms h a v e e x i s t e d ，s u c h a s s t r a t a e a s y t o c r e e p i n g s l o wl y c a u s e d d ri l l i n g a c c i d e n t a n d s a l t b e d d i s s o l u t i o n ，p l a s t i c d e f o r ma t i o n ，a n h y d ri t e i mb i b i t i o n c a u s e d we l l u n s t a b l e ，s a l t a n d g y p s u m d e mo l i s h p e rf o r ma n c e s o f d r i l l i n g fl u i d e t c ． Th r o u g h a n a l y t i c a l c o mp a ri s o n ，a s e t o f d ri l l i n g fl u i d s y s t e m h a s d e v e l o p e d ，i n a l l u s i o n t o d i ff e r e n t c o n d i t i o n s o f c o rin g a n d f u l l h o l e d ri l l i n g ， d e v e l o p e d d i f f e r e n t d ri l l i n g fl u i d f o r mu l a e ． P r a c t i c e s d e mo n s t r a t e d t h a t t h e d ri l l i n g fl u i d s y s t e m h a s g o o d s a l t p o l l u t i o n r e s i s t i n g a n d s t r o n g a n t i - c a v i n g a b i l i t i e s ．Un d e r t h e p r e c o n d i t i o n o f p r o p e rl y c o n t r o l l e d fl u i d d e n s i t y ，v i s c o s i t y ，s h e a ri n g f o r c e ， f i l t r a t i o n l o s s ， c a n a c c o mp l i s h t h e t a r g e t o f t o p e r f o r a t e s a l t b e d s mo o t h l y ． Ke y wo r d s r o c k s a l t w e l l ； s a t u r a t e d b ri n e ； d ri l l i n g fl u i d s y s t e m 鄂尔多斯盆地不仅含有丰富的油气资源 ， 而且 盆地东缘奥陶系中还含有丰富的石盐资源 ． 是我 国 主要 的含盐 盆地之 一 。本 区构造 简单 ， 断层 稀少 ， 石 盐资源丰富， 埋藏深度适中 ， 是理想的石盐开采利 用矿 产地 。 1 钻 孔设计及技术难点 1 ． 1钻孔设 计 S ／ D 一 1 井位 于榆林 市榆 阳 区 ，设 计孔 深 3 0 0 0 m f 表 1 1 该孑 L 要求孑 L 口至 O m 顶界无心钻进 ；自O 2 m 顶 界 O 2 m 石盐 矿 层 以上 6 0 m 处 ， 孑 L 深 2 4 8 0 m 至 钻人 O 2 m 亚段 3 0 m 为 取心 钻进 孔 深 2 7 2 2 m ； 自 O 2 m 亚段顶界以下 3 0 m至孑 L 底无心钻进。 作者简介 赵岩 1 9 8 4 一 ， 男 ， 主要从事钻探技术 、 钻井液管NT_ 作 。 收 稿 日期 2 0 1 0 0 3 0 9 责任编辑 樊小舟 由于周围没有临近井的资料 ， 要保证取全取准 盐岩层资料 ， 为解释和认识地层奠定基础 ， 因而要 取心完毕将孔深延伸至3 0 0 0 m。 1 _ 2技 术难 点 S ／ D 一 1 井盐岩层埋藏深度在2 5 0 0 m以下， 受 上覆岩层压力 、 构造应力和井温 的影响 ， 容易发生 蠕变 ． 造成孑 L 内事故。 ②盐层溶解 、 塑性变形及硬石膏吸水膨胀所带 来的井眼失稳及盐 、 石膏对钻井液性能的破坏。 ③高矿化度条件下泥浆流变性调整和钻屑的 携带。 ④ 以泥岩为胎体 自由水在沉积过程 中未能完 全运移出去 ， 以“ 软泥 ” 的形式深埋于地层 中， 蠕变 速率高 ， 造成缩径， 起下钻困难 。 ⑤盐岩溶失后， 由盐岩胶结的粉砂岩、 泥岩、 硬 石膏团块散落 ， 夹在盐岩层 中的薄层粉砂岩 、 泥膏 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 期 赵 岩 。 等 S ／ D 一 1井聚合物饱和盐水钻 井液技术 7 1 表 1 S／ D一1井 地质 分 层 及 岩 性 情 况 Tab l e 1 S ／ D-1 we l l g e o l o g i c a l d i v i s i o n a nd l i t h o l o g i c c ha r a c t e r s 地层 底 界埋深／ m 岩性 盐 上下 失去 承托 后垮 塌 。 2 钻井液的选择与应用 2 ． 1选择 原则 井眼稳定是安全钻井的重要条件 ，选择适合该 区井下条件的聚合物， 增强钻井液的封堵能力 ， 降低 钻 井液滤 失量 ，以确保 井壁 的稳 定 和形成 规则 的井 眼 。 ① 由于大段的膏岩 、 盐岩 中夹杂着薄层的泥岩 ， 必须有效抑制其水化分散 ， 否则 ， 会使膏岩 、 盐岩失 去支撑而造成井壁坍塌。通过加入强抑制性处理剂 以确保钻井液体系的强抑制性和封堵能力 ，保持 井 眼稳 定 。 ②选择具有良好的抗高温、抗盐污染能力的降 滤失 剂 ， 严 格控 制钻 井液 的滤 失量 ， 确保 形成 优质 泥 饼 。 ③控制适当的含盐量是非常重要的。如果含盐 量太 低 ，则 会造 成地 层 中 的盐 溶解 ，影 响岩 心采 取 率 。 从而形成大肚子井眼 ； 相反 ， 就会容易出现重结 晶现象而造成缩径卡钻。因此 ， 应保证钻井液 C l 一 的 质量 浓度在 1 8 0 0 0 0 ～ 1 9 5 O 0 0 m g ／ L ，确 保 能够形 成 规 则 井 眼和钻 井作 业 的顺 利进 行 。 ④在盐膏层钻井过程中， p H值往往会不断地下 降。因此 ， p H值的控制对于盐膏层钻井显得尤其重 要 。在现 场维 护过 程 中 ， 应根 据 p H 值 变化 ， 及 时 补 充 火碱 。 ⑤控制好盐岩、 膏岩对钻井液的污染。 处理时应 及时补充纯碱。 ⑥保证钻井液优良的润滑性。 2 ． 2处 理剂选 择 根 据 S ／ D l 井 所在 地 区的地 层特 点 和本井 的钻 探要求 ，对国内目前常用的几种高分子丙烯酸处理 剂 、 润 滑剂 、 磺 化 酚醛 树 脂 类 及 淀粉 类 等 2 O多种 处 理剂进行室内筛选 ，认为用下面几种处理剂可以达 到所需 的性 能 。 ①高粘聚阴离子纤维素 P A C H V 。它能有效 地 抑 制 泥页 岩 水化 、 膨 胀 、 分 散 ， 包 被 岩 屑 ， 提粘 ， 起 到良好 的护壁堵漏 、稳定井壁作用 ，具有较强的抗 盐 、 抗 钙能 力 ， 同时在 高 温下性 能稳 定 。 ②磺化酚醛树脂 S MP 一 2 。具有较强的抗盐污 染能力 ， 在降低高温 、 高压 、 失水和稳定钻井液性能 上 又有 独特 的优 点 。 N a C 1 。 能有效提高水相矿化度及滤液黏度， 减 少泥 、 页岩水化膨胀压力 ， 使滤液不致渗入更深地层 去 。 K C l 。对含水敏性粘土矿物的页岩具有较强 的抑制水化脱落作用 ， 并提供防塌用的 K 。 ⑤防塌润滑剂 F T 一 3 4 1 。 在提高钻井液润滑性的 同时， 可增加泥饼在高压下的可压缩性 ， 从而起到封 堵 微裂缝 作 用 。 ⑥丙烯酸类处理剂。 除具有包被 、 抑制分散作用 外 ． 还可以提高剪切稀释效果 ， 保证在停泵或井下复 杂时， 将钻屑能及时悬浮并携带上来。 2 ． 3现场 应用 为防止盐层蠕变和溶蚀而造成的缩径和坍塌等 复杂情况的发生 ， 要求使用高密度饱和盐水钻井液， 抑 制盐岩 溶解 ，保 证钻 井液 与地 层达 到力学 和化 学 上 的平 衡 ， 使井 壁 达 到稳 定 。在 2 5 0 0 m 配置饱 和盐 水钻井液替代普通钻井液。以保证取心作业J z ． N进 行 。 2 ． 3 ． 1取 心 { 24 8 0 ～ 27 2 2 m 取心 作 业 之前 换 用 复合 盐 饱 和 盐水 钻 井 液 ， 此 钻井液 由 N a C 1 和 K C 1 及 聚合物处理剂配置而成 。 其配方 如 下f 表 2 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 2 中 国 煤 炭 地 质 第2 2 卷 表 2 钻井液配方及性 能指标 Ta b l e 2 Dr i l l i n g fl ui d f o r mu l a e a n d p e r f o rm a n c e i nd i c e s 取心 钻进井 段 以控 制适 当的粘切 为主 ，加强井 眼净化 增加润滑剂含量， 提高润滑防卡能力 。 为了抑制钻屑的分散 ． 提高流动性和携砂能力 。 同时满足安全施工的要求，每天除补充 4 ％S MP 一 2 、 0 ． 3 ％P A C H V、 0 ． 3 ％K P A M混合胶液 5 ～ 8 m 外 ， 同 H ,／ b 充 5 ％N a C 1 、 2 ％K C ] 混合 液 1 2 m， ，间断 性补 充 F T 3 4 1 改善泥浆的润滑性 ， 保持泥浆 p H值在 8 ～ 1 0 。 2 ． 3 ． 2卡钻处理 本井钻至2 6 0 9 ． 3 2 m， 发生卡钻事故 。分析原因 是 由于井浆含盐量已达到饱和， 地层出现重结 晶， 多 余的盐不能溶解造成的。后经淡水泥浆浸泡解除了 卡 钻事故 。 根据 这次发 生的 卡钻事故 ，为 了现场钻 井施 工 安全。 钻井液每 日将不再补充 N a C 1 溶液， 其配方为 井 浆 4 ％S M P ～ 2 0 ． 2 0 ． 3 ％K P A M 0 ． 2 0 ． 3 ％ P AC HV 0- 3 ％ F T3 41 1 ％一2 ％ KCl 2 ． 3 ． 3无心全 面钻进 2 7 2 2 ～ 3 0 0 0 m 本段的泥浆配方为 井 浆 4 ％S MP 一 2 0 ． 3 ％K P A M O ． 3 ％P A C HV 0． 4 ％ F T3 4 1 2％KC1 在此 阶段 的泥浆维 护应 以控制粘 切为 主 ，加 强 井 眼净 化 ； 增 加 润滑 剂含 量 ， 提高 润 滑 防卡 能力 ； 增 加 防塌剂 的含量 增加短 起下钻 频率 ，及时 修整井 壁 ， 防止岩 屑床 形成 发 现扭 矩增 大 ， 应 立 即上 提划 眼 。 3 钻 井液控制及其效 果 3 ． 1控制措 施 钻进过程中，预先配置好复合有机盐及降失水 胶液， 以便及时维护补充。 钻进时， 根据地层岩性 、 钻 进速度及钻井液性能 ， 采取如下相应维护措施 。 ①视钻井液黏度和切力情况，补充适量的抗盐 粘土和聚合物胶液， 提高黏度和切力 ， 以满足悬浮岩 屑的需求 。 ②盐膏层钻进过程中， 及时补充复合有机盐胶 液 ， 增 强钻 井液 抗钙 、 抗 盐 能力 ， 抑 制 泥岩 的分 散造 浆 ， 保持 钻井液 性能稳 定 。 ③降失水剂 以胶液形式补充 ， 全井 A P I 失水维 持在 5 ML左右。 ④根据起下钻挂卡情况及井漏情况，合理调整 钻井液密度。 3 ． 2控 制效果 由图 l可 以看 出 ， 全 孔井 径在 2 6 0 0 m 左右 浸 泡 淡水泥浆解卡使井径扩大 。 其余井段 ， 井径没有明显 变化 ， 说 明应用 的钻井 液起 到 良好 的作用 。 由 图 2可 以看 出 ，全 井 段钻 井 液 中 C l 一 控 制 在 1 8 0 0 0 0 ～ 1 9 0 0 0 0 mg ／ L ． 避免了 C l 一 过高而引起盐重结 晶造成卡钻 同时也避免了 C 1 一 过低而引起盐 的溶 解 ， 造成 井眼扩 大 、 井壁 垮塌 。 由图 3 可以看出． 全井段钻井液密度控制在设计 的较低范围， 避免了密度过高引起井漏； 同时也避免 密度过低而引起盐层蠕变。 而造成的缩径卡钻事故。 图 1 井 径 变化 图 F i g ur e 1 W e l l d i a me t e r v a r i a t i o n 图 2 钻 井 液 氯 离子 变 化 图 F i gu r e 2 Dr i l l i ng flu i d c h l o rid e i o n va ria t i o n s 图 3 钻井液密度变化图 Fi g ur e 3 Dr i l l i ng flu i d de n s i t y v ar i a t i o n s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6期 赵 岩 ， 等 s ／ D 一 1井聚合物饱和盐水钻井液技术 7 3 4 结论及认识 实践证明，聚合物氯化钾 氯化钠饱和盐水防 塌钻 井液 体 系不 仅 具 有 良好 的抗 盐 污 染 的 能力 ， 同 时具有 较强 的防 塌能力 。 采 用钻 井液 体 系 ， 虽 然有 时 会发生卡钻事故 。但如果能够选用适当的钻井液密 度， 并控制好其黏度 、 切力 、 滤失量等性能 ， 仍能顺利 钻穿盐膏层。由此对该钻井液有如下认识 ①防塌能力强， 井径扩大率小 。 使用这种钻井液 可 以有效 的抑 制 页岩水 化分 散和剥 蚀 掉块 。 ② 钻井液易于维护 ， 性能稳定 ， 流变性好 ， 钻进 过 程 中没有性 能 大幅波 动现 象 。 ③ 在钻盐层时 ， C l 一 控制在 1 8 5 0 0 0 m g ／ L左右 ， 可 有效解决盐层的塑性流动和盐岩的溶解 ，确保取心 完整 ， 井下安全。 ④润滑性好 ， 有利于防止黏卡和进行测井 、 下套 管等 特殊 作业 。 ⑤抗污能力强， 可适应高矿化度复杂地层使用。 ⑥滤失量低， 流变性好， 泥饼致密光滑。 ⑦悬浮和携带能力强， 可满足低返速携砂要求。 聚合 物 氯化 钾 氯化 钠 饱 和盐 水 防 塌 钻井 液很 好 的满 足 了钻 井施 工 及 地 质 录井 的要求 ．钻进 、 电 测 、 下套管作业安全顺利 。 采用聚合物饱和盐水防塌 钻井液提高了钻进效率和盐心采取率 ，提前完成了 该 井 的施工 任务 。 参考 文献 【 1 】唐继平 ， 王书 琪． 盐膏层钻井 理论与实践【 M】 ． 北京 石油工业 出版 社 ． 2 0 0 4 ． 【 2 】 周 开吉． 钻井工程设计[ M】 ．北京 石 油大学 出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 3 】中国石 油勘探 与生产分公司工程技术 与监督 处．钻井 监督 上 [ M] ． 北京 石油T业 版社， 2 0 0 8 ． [ 4 ] 徐 同台 ， 刘雨 晴， 苏长明 ， 等． 钻 井液典型技 术应用文集[ M】 ． 北京 石 油 工 、 出 版 社 ， 2 0 0 8 ． 上接第 5 4页 饶 阳凹陷实际应用结果表明，多尺度小波变换 划分层 序 的结果 和传统 人 工划分 结果 基本 一致 。小 波变换划分层序地层 ．可以有效减少层序传统划分 的人为 因素的影响 ， 从而提高层序地层划分的精度。 参考 文献 [ 1 ]李世雄， 刘 家琦． 小 波变换与反 演数学 基础[ M] ． 北京 地质 出版社 ， 1 9 9 4 ． 【 2 ]陈正星．小波分析算法 与应用 [ M] 西安西 安交通大学 出版社 ， 1 9 9 8 [ 3 】王云专， 郑江峰， 孙 立志， 等． 基于小波变换 的加权叠 加[Ⅱ 大庆石油 学 院学报，2 0 0 5 ，2 9 6 9 一 l 1 ． [ 4 ]陈桂 明， 张明照， 戚 红雨． 应用 Ma t l a b语言处 理数字信号与数字 图 象． 北京 科学出版社， 2 0 0 0 ． [ 5 】 邓 自旺， 林振 山， 周 小兰． 西安市近 5 O年来气候变化多时 间尺度 分 析． 高原气象， l 9 9 7 ， 1 6 1 8 1 ～ 9 3 ． [ 6 ] 李 霞， 范宜仁， 杨立 伟等． 测井 曲线 小波变换 特性在层 序地层划 分 中的应用． 大庆石油地 质与开发， 2 0 0 6 ， 2 5 4 1 1 2 一 l 1 5 ． [ 7 】 赵伟， 邱隆伟， 姜在 兴等． 小波分析 在高精度 层序单元划 分 巾的应 用． 中国石油大学学报f 自然科学 版 ， 2 0 0 9 3 3 2 1 9 2 2 ． [ 8 ] 陈茂 山． 测井资料 的两种深 度域频谱分析方法及在层序地层学研 究中的应用⋯． 石油地球物理勘探， 1 9 9 9 ， 3 4 1 5 8 - 6 3 ． [ 9 ] 李江涛， 李增学， 余继 峰， 等． 基 于测井数据小波变换 的层序地层对 比一 以鲁西和济阳地区石炭 、二叠 系含煤地层为例 【 J 】 ．沉积学报， 2 0 0 5 ， 2 3 4 6 4 0 - 6 4 5 ． [ 1 0 】 陈钢花， 余杰， 张孝珍． 基于小波时频分析的测井层序地层划分方 法．新疆 石油地 质 2 0 0 7 ， 2 8 3 3 5 5 3 5 8 ． 【 l l 】李江涛， 余继 峰， 李增学． 基于测井数据 小波变换的层序划分[ J J ． 煤 田地质 与勘探． 2 0 0 4 ， 3 6 4 8 5 0 ． [ 1 2 】雷克辉， 朱 广生， 毛宁波， 等． 在小波时 频域 中研 究沉积旋 回． 石油 地球物理勘探 1 9 9 8 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