糖甙钻井液井况下的固井技术.pdf

文章编号 1000 - 73932007 06 - 0013 - 03 糖甙钻井液井况下的固井技术 3 肖 伟 孙 刚 方满宗 许伟汉 中国海洋石油油田服务股份有限公司油田化学事业部,广东湛江 524057 摘要南海北部湾海域涠洲组硬脆性泥页岩地层水敏性极强,以前使用常规水基钻井液钻井,经常发生井壁坍 塌、 卡钻等复杂事故。在2007年进行的WZH6 - 9 - 3探井作业中,选用了一种新型的水基钻井液S MB糖甙钻井液 体系,该钻井液不但具有优良的抑制性和润滑性,而且还能满足环保排放的要求,非常适合水敏性地层的钻井作 业。虽然, S MB钻井液体系具有很多优点,但是其主要成分“ 糖甙 ” 对固井水泥浆却有很强的缓凝作用,这给后续的 完井作业,特别是固井带来了非常严重的影响。在这口探井的 “244. 48 mm油层套管固井中,针对上述固井难点, 通过大量的室内试验研究,筛选出了受糖甙钻井液影响小的水泥浆体系,并研制开发了一种专门针对糖甙钻井液 的新型前置冲洗液。该井段固井施工顺利,固井质量优良,完全满足测试要求。 关键词水敏性地层;糖甙泥浆;水泥浆;缓凝;冲洗液;固井质量 中图分类号 TE25 文献标识码A 南海北部湾海域蕴藏着丰富的油气资源,但该 区块涠洲组地层存在断层多、 地层破碎和微裂缝发 育等复杂地质情况,特别是WⅡ 段和LⅡ 段泥页岩 地层具有极强的水敏性。常规水基钻井液钻井,经 常发生井壁泥岩水化坍塌,造成卡钻、 埋钻具等井下 复杂事故。迄今为止,只有白油基钻井液才能有效 的克服上述问题,但是油基钻井液使用成本高,环保 要求严格,钻井过程产生的钻屑需要进行回收处理, 费时费力又费钱,因此,为了今后油田的开发和环保 需要迫切需要寻找一种既经济、 又环保的水基钻井 液作为替代。 研究表明,钻井液与泥页岩地层发生物理化学 作用而引起的泥页岩水化是井眼失稳的主要原因, 因此,最大限度地抑制泥页岩水化是解决井眼失稳 的根本途径之一。其实,早在1995年J. P. Simpson 等人便推出了一种新型水基钻井液处理剂 葡萄 糖甙。室内试验表明,使用该处理剂调配的新型钻 井液体系,可以很好地抑制泥页岩的水化,具有防塌 能力强,流变性好,抗温、 抗盐、 抗钙、 抗钻后污染能 力强,润滑性好,易生物降解,对储层伤害小,成本适 中等特点,石油界普遍认为其会成为一种发展前景 广阔的油基钻井液替代品。 1 固井难点 2006年,在南海北部湾海域进行的WZH6 - 9 - 3探井,就采用了一种使用糖甙的新型水基钻井 液 S MB钻井液。S MB糖甙钻井液体系即MEG Methylglucoside,甲基葡萄糖甙硅酸盐钻井液体 系,其主要成分是MEG和硅酸盐。MEG是聚糖类 高分子物质的单体衍生物,加入钻井液中可以形成 半透膜,降低水的活度,有利于减少钻井液和地层中 水的运移,保持井壁稳定,且具有良好的抑制性和润 滑性,但是,其对固井水泥浆却有很强的缓凝作用。 同时,含有硅酸根离子的钻井液滤液在井壁表面和 进入泥页岩地层裂隙以后,可以迅速与地层流体中 的pH值小于9的高硬度孔隙水中的高价重金属离 子 Ca 2 、Al 3 、Fe 3 、Mg 2 接触生成凝胶状物质和 新盐沉淀物,而覆盖于岩石表面并堵塞孔隙,从而封 堵泥页岩孔隙和微裂缝,保持井壁稳定。 渤海海域曾有几口探井也使用过糖甙钻井液。 钻井过程非常顺利,井径也很规则,电测取资料都非 常顺利,但最终固井质量却不理想。后来,经过认真 研究分析认为,造成固井失败的主要原因是由于当 时对MEG的缓凝作用认识不足,没有意识到糖甙钻 第29卷 第6期 石油钻采工艺 Vol . 29 No. 6 2007年12月 O I L DR I LL I NG 二是在水泥浆前尽 量把要封固井段的糖甙钻井液中的游离态的MEG 或虚滤饼清洗干净,减少直至消除MEG对水泥浆的 影响。在室内研究中,主要就是从这两方面来进行 研究。 2. 1 水泥浆体系的筛选 水泥浆体系室内研究筛选主要围绕在南海北部 湾海域成熟应用的水泥浆体系展开。通过大量的筛 选试验发现, PC - G71 PC - G80 PC - G34体系 组合具有相对较高的抗MEG污染能力,并且与筛选 出的PC - S23隔离液相容性较好。水泥浆污染后 抗压强度情况见表1。 表1 水泥浆被MEG钻井液污染后的强度变化MPa 水泥浆体系 80℃ 24h 纯水泥浆 80℃ 48h 3 S MB 钻井液污染 PC - GR611. 030 PC - G7116. 550 PC - G808. 280 PC - G71 PC - G80 PC - G34 16. 6517. 66 2. 2 清洗液的研制 研究人员对清洗液的试验评价方法进行了一定 的革新探索,改变过去把滤饼试样浸泡在清洗液中 静止观察的做法,借助旋转黏度计旋转模拟井内流 体流动的情况下来测试清洗液的清洗效果,并用这 种方法完成了新型清洗液的清洗效果评价。 研究初期,主要针对常用的清洗液体系,在室内 进行了清洗评价。试验发现,目前常用的PC - W21 清洗液,即使在较高浓度25 和长时间清洗 10 min以上的情况下,对糖甙钻井液所形成的滤饼也 无法有效清除。根据糖甙钻井液滤液偏碱性的特 点,研究中又尝试采用盐酸等酸性物质来进行清洗 测试,结果发现在较高浓度25 酸性溶液环境下 和清洗时间10 min左右,就可以清洗掉糖甙钻井液 的致密滤饼。但是强酸性环境对水泥浆和套管寿命 都有非常大的影响,也不符合海上作业的安全、 环保 要求。但酸性液体可以清除糖甙钻井液滤饼,对清 洗液的研制开发指明了方向。 结合前期的筛选试验成果,在相关单位的联合 攻关下,很快就研制出了能有效清除糖甙钻井液滤 饼、 对水泥浆强度影响小又环保的新型清洗液。通 过小样测试和中期优化、 完善,最终研制出YA - 13L新型的糖甙钻井液清洗液。其清洗试验结果见 表2,表3为大样污染试验结果。 表2 清洗液YA - 13L大样清洗S MB钻井液滤饼结果 YA - 13L浓度 / 清洗介质清洗效果 10冷热S MB钻井液滤饼大部分干净 15冷热S MB钻井液滤饼基本干净 20冷热S MB钻井液滤饼干净 表3 清洗液YA - 13L大样与水泥浆相容性测试结果 Y A - 13L∶水泥浆 测试比例 24 h强度 /MPa 流变读数 60030020010063 0∶10021. 431399777562925 1∶9923. 051056856422622 3∶9719. 90905846342317 5∶9521. 08855242302014 2. 3 室内研究结果 室内试验研究表明, YA - 13L对糖甙钻井液滤 饼具有很好的清洗效果,跟筛选的水泥浆体系具有 较好的相容性,并且对水泥浆强度发展影响较小。 3 现场应用 3. 1 基本井况 WZ6 - 9 - 3井是南海北部湾海域涠洲组的一 口评价井。该井 “311. 15 mm井段就是采用S MB 糖甙钻井液钻进。在钻进过程中,起、 下钻不是非常 顺畅。该井段共钻遇7个油层,其中4个好油层, 2 个差油层,油、 水同层1层。最顶部油层位于2160 m左右。电测显示,裸眼井径极不规则,而且普遍偏 大,电测井径情况见表4。 3. 2 固井技术 3. 2. 1 扶正器设计 根据电测井径和油层分布情 况,扶正器重点安装在隔层和水层等必须封固好的 位置。对于关键隔层位置,根据井径变化,定点加装 扶正器,使用止动环固定卡位。其他位置,刚、 弹交 替加装扶正器,全井段共使用44个扶正器。 41 石油钻采工艺 2007年12月第29卷第6期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表4 电测井径数据 电测井段 /m 平均井径 /mm 钻头直径 /mm 井眼扩大率 / 井段长 /m 1590～1610342. 9311. 1510. 2020 1610～1625457. 2311. 1546. 9415 1625～1786368. 3311. 1518. 37161 1786～1789495. 3311. 1559. 183 1789～1975355. 6311. 1514. 29186 1975～2070431. 8311. 1538. 7895 2070～2170330. 2311. 156. 12100 2170～2270381. 0311. 1522. 45100 2270～2313330. 2311. 156. 1243 2313～2580368. 3311. 1518. 37267 2580～2828330. 2311. 156. 12248 3. 2. 2 固井前循环 套管下到位后,固井前,循环 钻井液2周以上才进行固井作业。循环钻井液1周 后,在满足最大岩屑携带能力的要求下,调整处理钻 井液,适当降低钻井液的黏、 切值。由于S MB钻井 液滤饼致密,不易清除,循环过程中,全程保持套管 上下活动,活动范围4～5 m。 3. 2. 3 前置液设计 根据固井全过程压稳平衡的 设计原则,结合该井滤饼较难清除的实际,采用高黏 度稠隔离液驱替井壁虚滤饼,并且适当增大了隔离 液后清洗液的用量,以达到更好的清洗、 驱除效果。 实际的清洗液用量如下 1冲洗液 1. 59 m 3 高浓度浓度大于30 YA - 13L清洗液4. 8 m 3 稀释浓度大于20 YA - 13L清洗液;隔离液 9. 54 m 3 PC - S23S加重隔离液 添加一定量的促凝剂 , 密度1. 50 g/cm 3 本井段 完钻钻井液密度为1. 25 g/cm 3 , 漏斗黏度100 s以 上; 2冲洗液 7. 95 m 3 稀释YA - 13L清洗液7. 95 m 3 钻井水。 3. 2. 4 水泥浆设计 为提高水泥浆的抗MEG污染 能力,确保顶部油层的封固质量,固井水泥浆采用了 非常规倒置的双凝水泥浆浆柱结构设计。底部快凝 水泥浆密度1. 92 g/cm 3 ,顶部慢凝水泥浆密度1. 95 g/cm 3。电测显示该井段井底温度 112℃,固井循环 温度按照85℃ 设计。另外,由于井径不规则,设计 采用慢速顶替水泥浆。电测后将稠化时间适当加长 以满足塞流慢替的要求。水泥浆性能见表5,表中 抗压强度的测试条件为100℃、24 h。 表5 水泥浆性能 水泥浆 静止 温度 /℃ 循环 温度 /℃ 稠化 时间 /h FL /mL 自由液 / 抗压 强度 /MPa 慢凝浆11285528. 00. 0417. 93 快凝浆112854. 528. 00. 0420. 30 3. 3 顶替措施 套管下到位后,以2500 L /min左右的排量循环 井眼2周,循环的过程中,边循环,边上下活动套管。 顶替初期,采用2500 L /min的排量顶替,水泥浆在 出套管鞋前3. 18 m 3 左右降低排量至728 L /min,顶 替到还剩最后3. 18 m 3 降低排量到364 L /min顶 替,直至碰压。 3. 4 固井质量 固井后,候凝30 h,电测SBT。固井质量测试结 果为主要测试油层与相邻油层和水层之间均封隔 良好,但最顶部差油层与其上水层之间无封隔能力, 与其下的水层之间无封隔能力。由于顶部差油层不 进行测试,因此,该井段的固井质量,完全满足要求。 4 结论 1筛选的水泥浆体系具备一定的抗糖甙钻井 液污染的能力,现场应用表明基本达到了封固要求, 但还未能完全克服糖甙钻井液的影响。 2新型冲洗液YA - 13L可以满足固井时清除 糖甙钻井液滤饼的要求,与水泥浆相容性良好。 3在糖甙钻井液井况下固井,水泥浆的稠化 时间可以适当缩短,稠化时间为可泵时间附加30 min左右为宜。 4要完全克服糖甙钻井液对固井的影响,还 需要进一步加强研究,开发配套的水泥浆体系才能 从根本上解决问题。 参考文献 [1] 刘崇健,黄柏宗等编著.油气井注水泥理论与应用 [M ].北京石油工业出版社, 2002. [2] 刘大为等编著.现代固井技术[M ].辽宁辽宁科学技 术出版社, 2001. 收稿日期 2007 - 08 - 13 〔 编辑 薛改珍 〕 51 肖 伟等糖甙钻井液井况下的固井技术 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. used.In order to reach well control safety and increase drilling depth further, wellhead system stability of ex2 ploratory well is analyzed.In this paper, research on wellhead system stability of offshore oil self2elevating drilling plat exploratory well is introduced,the matching equipment technology and operation points such aswellhead casing head, offshore water isolation tube, mudline suspension flow, wellhead suspension system,and so on are analyzed and researched by wellhead counterbalance and conventional well struc2 ture, and measures taken to ensure wellhead support flow stable are found. By field example analysis, the relevant technical guidance will be provided for explo2 ration drilling operation in future to reach higher safety effects and economic benefit . Key words mudline suspension; water isolation tube; casing head; wellhead suspension system HU Qin2feng, Drilling Department of Zhanjiang Company, China National Offshore Oil Co. , Ltd. , Zhanjiang 524057, Guangdong, China Cementing technology of glycoside drilli ng fluid under well condition.XI AO W ei, SUN Gang, FANG Man2zong, XU W ei2han. ODPT, 2007, 29 6 13215 Abstract For strong water sensitive of hard and brittle shales of Weizhou for mation in Beibu gulf sea area of the South China Sea, the complicated accidents such as borehole collapse, drill pipe sticking, and so on usually happed before drilling by conventional wa2 ter2based drilling fluids .In 2007, a new type water2 based fluid named S MB glycoside drilling fluids system is selected in WZH62923 exploratory well operation. The new type fluid which is not only of good inhibition and lubricity but also can meet environmental emission requirement is very suitable for drilling operation of water sensitive ation. Although S MB drilling fluid system is of many merits, its main component glyco2 side is of strong retarding effect on cementing slurry, which brings very serious influence for subsequent completion, especially cementing .In cementing with “244. 48 mm casing of this exploration well, in view of the above cementing difficulties, studiesmany labo2 ratories, selected cement slurry system influenced little by glycoside drilling fluid and developed a new type prepositive fluid especially for glycoside drilling fluid.Finally, by the above cementing technicalmeas2 ures,the cementing in the well section has s mooth construction and good cementing quality, meeting test requirements completely . Key words water sensitive for mation; glycoside cement slurry; mud slurry;retarding; fluid re2 search; cementing quality XI AO Wei, Oilfield Chemistry Division of China OffshoreOilOilfieldServiceCorp. ,Zhanjiang 524057, Guangdong, China Repa iring completion process of joint operation without pressure.ZUO Feng, ZHANG Zhi . ODPT, 2007, 29 6 16218 Abstract ESP lifting and TCP under balance perforating technology in oilfield repairing completion well are relatively independent and mature technology . Both are relatively separate in previous completion as followsfirstly doing TCP under balance perforating operation, then killing well, finally burro2 wing into electric submersible pump completion.The conventional repairing completion technology inevitably results in certain damage to reservoirs such as long op2 eration time and high cost .In order to solve the con2 tradiction, the new repairing completion technology of ESP lifting and TCP under pressure perforating joint operation is put forward.The technological measures combine the two technologies organically and cancel the inter mediate link of killing well to protect reser2 voirs at most,reduce operation time and cost .The new repairing completion technological measures have applied successfully in well repairing operation of Weizhou oilfield with remarkable effects . Key words ESP; TCP; under pressure perfora2 ting; joint operation; no2killing well; repairing well ZUO Feng, Zhanjiang Company of China National Offshore Oil Corp. Ltd. , Zhanjiang 524057, Guang2 dong, China Application of sidewall stability technology in W eizhou1121 oilfield.L I Yan2jun,XI AO L in,HUANG Y i .ODPT, 2007, 29 6 19221 Abstract Weizhou1121 oilfield,lying in Beibu Gulf Basin in west area of South China Sea, where sidewall instability problem is easier to appear in drill2 ing process, bringing very big risk for drilling process . Therefore, research on sidewall stabilitymechanism for this oilfield is very necessary . W ith the results of re2 search on sidewall stability inWeixinan oilfield group, this paper systematically summarizes sidewall stability mechanism and some specific conclusions on WZ1121 oilfield, includingmicro2crack status, the size and di2 rection of Earth stress,for mation collapse pressure profile following borehole trajectory .Then it proposes corresponding practical technique strategies, mainly including confir ming reasonable drilling fluid density, applying high strength anti2collapse oil2base drilling fluid, opti mizing borehole trajectory,decreasing the 2 ABSTRACTS Vol . 29 No. 6 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.