桃平1井钻井液技术.pdf

第 2 9卷 第 6期 2 0 1 2年1 1 月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLET1 0N FLUI D V_0 1 ． 2 9 NO． 6 NO V ．2 01 2 【 经验交流 】 桃平 1 井钻井液技术 李宝军， 贾俊， 张建斌 ， 陈恩让， 赵海峰 川庆钻探钻采工程技术研究院，低渗透油气 田勘探开发国家工程实验室，西安 李宝军等 ． 桃平 1井钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 6 7 9 8 1 ． 摘要桃平 l井是中石油 2 0 1 1 年部署的3 0口重点风险气探水平井之一，为长庆油田第一口下古马五 5无导 眼风险气探水平井。该井为苏里格下古水平井最简化的井身结构，斜井段裸眼长达 3 9 5 0 m ；自造斜点开始全井段 使用哈里伯顿 F E WD，大斜度井段需要穿越 多套煤层，存在许多钻井液难题。通过在斜井段使用复合盐聚磺钻井 液体系，有效地控制了 “ 双石层”的垮塌，避免了P DC钻头泥包 ；首次试验了防塌封堵剂 G 3 1 4 一 F D J ，突破 了原 有苏里格下古水平井大斜度井段安全穿越煤层必须保证密度在 1 _ 3 0 g ／ c m 以上的共识，以 1 ． 2 3 g ／ c m 低密度安全穿 越太原、本溪组多个大段煤层，避免了因密度高引起刘家沟二次漏失 ； 水平段使用无土相暂堵钻井液体系，具有 良好的润滑性，保证了水平段的快速钻进和筛管安全顺利下入，创造 了长庆苏南区块多项最优指标。 关键 词 气井 ； 水平 井 ；井眼稳定 ； 煤层 防塌 ； 聚磺钻 井液 ；防塌封堵剂 ；复合盐 中图分类号 T E 2 5 4 - 3 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 20 6 ． 0 0 7 9 ． 0 3 1 地质 工程概 况 桃平 1 井位于内蒙古 自治区鄂托克前旗城川镇 乌定什边村，上部为造浆较强的棕红色泥岩和灰色 泥岩夹灰绿色砂岩为主 ，下部为深灰色泥岩与灰 白 色砂岩，水平段产层为白云岩。该井井身结构为 3 4 6 ． 0 mm 7 3 0 m ； 2 4 1 ． 3 mm 3 2 5 0 m 直 西2 1 5 ． 9 mm3 9 5 0 m 斜；西1 5 2 ． 4mm5 5 2 0 m。 2 钻 井液技 术难 点 1 P DC钻头泥包。“ 双石层 ”为不成岩 的软泥 岩， 易于水化分散， 使井眼内泥质或固相含量大增， 在滑动钻进中这些固相易吸附于钻头表面 ，造成钻 头泥包。 2井壁不稳 定。大井斜段 的山西组和本溪组 存在多套煤层 ， 由于煤层裂缝发育 、 脆性大 、 强度低 ， 裂缝相互交叉切割 ，形成 复杂的裂缝系统使煤层有 易碎的特点，容易发生坍塌，造成井下复杂事故。 3井漏 。上部刘家沟地层存在裂缝 ，承压能 力低 ，但为 了防止下部 “ 双石层 ”和煤层坍塌 ，近 年来一般采用较高密度钻井液 煤层需要的钻井液 密度在 1 ． 3 0 g ／ c m 以上 成为共识 ，容易发生恶性 漏失 ，处理时间过长导致钻井液性能不稳定 ，造成 其它井段井壁失稳。 4滑动钻进托压。井壁上形成岩屑床 ，或钻 井液 中劣质固相不能及时清除， 导致黏度切力过高 ， 泥饼粗糙 ，摩擦阻力大造成滑动托压 。该井首次在 斜井段使用 F E WD，钻具刚性大 ，比目前常用的定 向组合长了 3 m，造斜率低 ， 地层垂深提前 了 2 0 m， 需要长段滑动 ，更易于拖压。 3 现 场应 用 3 ． 1 一开 井段 0 ～7 3 6 m 钻经层位为流沙层 ，第 四系、白垩系 ，使用低 固相 聚合 物体 系，其基本组成为 2 ％～3 ％ 膨润 土 0 ． 2 ％P AM 0 ． 2 ％K P AM，其 维护 要点 为预 防流 沙层垮塌 ，安全下入套管。为防流沙层垮塌 ，提前 基金项目 长庆气田下古储层水平井、分支水平井钻完井技术研究与应用 川庆公司项目，C Q2 0 1 2 C ． 6 ． 1 ． 3 。 第一作者简介 李宝军， 工程师， 2 0 0 9年毕业于北京石油大学获石油工程硕士学位， 现在从事钻井液技术研究工作。地址 陕西省西安市未央区长庆科技大厦 8 1 3室 ；邮政编码 7 1 0 0 1 8； 电话 1 3 5 7 2 2 3 4 4 8 8； E ． ma i l 7 1 7 4 4 6 5 q q ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 l 1月 配制 9 0 I T I 膨润土浆冲 鼠洞，打导管。井深 1 2 0 1T I 时 由细分散膨润土浆体系逐渐转化为低 固相聚合物 体系。打完表层后配制聚合物稠浆清扫井眼并配制 膨润土浆 6 0 IT I 。 封住全井段 ，表层段套管顺利下人 。 3 ． 2 二开 直井段 7 3 6 ～3 2 5 0 1 1 1 钻经层位为洛河 、安定、直罗、延延长、纸坊 、 和 尚沟 刘 家 沟 、石 千 峰组 未 穿 ，使用 强 抑 制聚合物体系， 基本组成为 0 ． 2 ％P A M 0 ．2 ％K P A M 5 ％Kc l 2 ％ 甲酸钠 。其维护要点为 以直罗 、延长 组防缩 ，刘家沟组防漏和 “ 双石”层防塌为主。 二开时提前配制 3 0 0 1 T I ’ 无 固相聚合物体系，前 期用絮凝剂控制钻屑分散，结合地面大循环，控制 好钻井液性能参数，维持密度在 1 ．0 1 g ／ c m 左右， 保持大的钻井液排量 ，每次起钻前用聚合物稠浆清 扫井底 ，保证井底干净。在易造浆 、易缩径地层钻 进时 ，重点强化抑制性和絮凝 。以 P AM 和 K P AM 为主 ，控制黏度靠下限，出现絮凝效果不好时，加 入无机盐 KC 1 进行辅助絮凝 。 进入石千峰组 距造斜点 5 0 m前 时 ，改为上 罐循环并一次性加入足够的盐，转化为复合盐聚合 物体系。这样做既防止了泥包，又适当提高了液相 密度 ，降低了滤失 ，不影响机械钻速下最大程度减 弱了以往无固相聚合物体系对 “ 双石层 ”的浸泡作 用 ，保证 了井壁稳定 ，为定向造斜前彻底转化体系 做好铺垫和缓冲。 3 ． 3二开斜井段 3 2 5 0 I l l ～ 3 9 5 0 m 钻经层位 为石千峰组、石盒子组 、山西组、太 原组 、本溪组 和马家沟组 ，使用复合盐聚磺钻井液 体系 ，基本组成为 0 ． 3 ％K P AM 0 ． 2 ％P AC ． H V O ． 3 ％ P A C L v 3 ％F T - l 5 ％KC 1 4 ％ 甲 酸 钠 2 ％ 封 堵 齐 0 G3 1 4 ． F DJ 2 ％S MP 2 ％原 油 1 ％润 滑剂。其维 护 要点为 双石层防塌 ，安全穿越煤层 ，防黏卡。斜 井段钻进 中坚持以防塌为重点 ， 主要通过调节密度、 增强抑制能力以及配合工程措施共同来解决。严格 控制滤失 ，改善泥饼质量 ，通过混入原油 ，使用水 基润滑剂和封堵剂 G 3 1 4 ． F D J 来提高体系的润滑性。 钻进过程中逐步提高密度 ，以不宜过多增加体 系的固相为基本原则 ，在小井斜段 O ～4 5 。 低密度 1 ． 1 5 g ／ c m 以内 加重主要以复合盐为主， 尽量保证 钻井液的低固相含量， 降低摩擦阻力、 提高滑动效率。 使用复合盐加重并使用 K P AM 胶液处理维护 ， 确保体系中的抑制剂有足够的含量和低固相来预防 “ 双石层”发生钻头泥包，可通过观察筛布黏不黏， 钻屑成不成型，性能稳不稳定来判断体系的抑制性 强弱。 在固相控制上 ，钻井液做到了 1 0 0 ％ 的过孔径 为 0 ． 1 2 5 ～0 ． 1 5 4 mm的筛布。在仅用复合盐加重井 段连续开离心机清除钻屑，在使用重晶石加重后 以 振动筛和除泥器为主，通过清除 ． 加重 一 清除的措 施来调整钻井液 中的固相 比例。 3 ． 4 三开 水平段 3 9 5 0 1 1 1 ～5 2 2 0 i n 钻经层 位为 马五 5 ，使用 无土 相低伤 害暂 堵 钻 完 井液体系 ，基本组成为 0 ． 3 ％P AC L v 0 ． 5 ％ X C D 4 ％ 超 细 钙 AS P 1 2 5 0 2 ％ 封 堵 剂 G3 1 4 一 F D J 1 ％润滑剂。其维护要点为保持 良好 的流动性和润 滑性， 达到快速钻进的目的。 在斜井段原浆 的基础上采用盐 水胶液进行 稀 释，钻进中不断补充 K P AM 和甲酸钠稀胶液 ，增强 体系的抑制能力。水平段托压的主要原因是低密度 固相过高，钻屑不能及时带出形成钻屑床，抑制性 差不能有效地抑制泥岩的水化分散和地层造浆 ，固 控设备差或固控意识不强，不能及时清除进入钻井 液中的低密度 固相。需要提高抑制性来控制泥质含 量高 的地层水化造浆 ，并加入超细钙和磺化沥青 以 形成致密的泥饼 ，同时通过加入润滑剂实现低摩擦 阻力、 低扭矩。水平段 5 0 0I T I 前， 通过低固相低含砂 量。较低 的滤失量和 良好的泥饼来保证润滑性 能 ； 钻进水平段 5 0 0 m后，开始混入原油 ，使含油量达 到 2 ％～3 ％，动塑比始终控制在 0 ． 4 5 ～0 ． 6 P a ／ mP a S 之间，保证 了井眼清洁 ，减少了岩屑床的形成。 4 复 杂情况 的预 防及 处理 4 ． 1 井漏复杂情况 在井深 3 6 2 5 m下钻开泵循环过程中发现井漏 ， 漏速为 5 2 m ／ h ，当时钻井液密度为 1 ． 2 7 ed c m 。经 判断为刘家沟漏失。经过 5次工艺堵漏后效果不明 显 ，累计漏失 8 0 0 1 T I 钻井液 ，最后将 密度降低 到 1 ． 2 2 g ／ c m 缓解了漏失 。 4 ． 2 安全穿越多段煤层 桃平 1 井需要穿越山西太原 、 本溪等多段煤层 ， 按照以往经验 ，需要保持密度在 1 ． 3 0 g ／ c m 才能保 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 6期 李宝军等 桃平1 井钻井液技术 8 1 证井下不垮塌 ，该井在刘家沟发生恶性漏失 ，经多 次承压堵漏 ，元法提高钻井液至此密度 。煤层 由于 具有非均质性和各 向异性 ，存在垂直割理 ，层理节 理及裂缝非常发育 ，在形成井 眼时容易造成解理裂 开。大斜度井眼坍塌压力更大，同时煤岩的上部或 下部存在水敏感性强的炭质泥岩或页岩 ，发生坍塌 时也会引起煤层坍塌。有研究指出，井下煤层的坍 塌压力与钻井液抑制性有无直接关系 ，主要依赖于 钻井液的封堵性能。 新型封堵剂 G3 1 4 ． F D J同时满 足以下要求 封 堵 剂在钻 井液 中 自动 高度分散并 长期保持 高分散 度 ；封 堵 剂 在 钻井 液 中的 粒度 中值 在 3 ～ 1 0岬 左 右 ； 封堵 剂 的软化点 与封堵 地层温 度相 当 6 0 、 8 0 、1 0 0 o C 。分 别 在 斜 井 段 不 同井 深 处加 入 了 G3 1 4 一 F DJ ， 对 比前后钻井液性能可以看出 见表 1 ， G 3 1 4 ． F D J 对钻井液性能基本无影响，使滤失量略 有降低，使摩阻系数有所降低。11-2 ] 表 1 斜井段加入封堵剂后钻井液性能 设计 要求煤层 钻井 液密度在 1 ． 2 8 g ／ c m 以上 ， 由于上部刘家沟地层发生井漏 ，地层承压较低 ，需 降低钻井液密度， 通过使用 G 3 1 4 ． F D J ， 提高封堵性， 钻斜井段煤层的钻井液密度降到 1 ． 2 4 g ／ c m ，井壁 稳定性 良好 ，井下安全。 5现 场 应 用效 果 桃平 1 井钻井液性能见表 2 。该井第 1 次在斜 井段使 用 F E WD钻进 ，直 井段 H进 尺达 1 0 0 0 I T I ， 1 3 0 2 m水平段钻井 周期为 8 ． 5 8 d ，水平 段单只钻 头钻进 7 5 3 1 T I ，机械钻速 为 8 ． 6 5 m／ h ， 日进尺突破 2 4 4 m。钻井液使 用 KC 1 和 甲酸钠、工业 盐加 重 ， 抑制性强且无固相，离心机能够连续运转。振动筛 返出钻屑颗粒清晰 ，不糊筛布 ； 起出钻头流道干净 ， 牙齿清晰。 表 2 桃平 1 井钻井液性能 电测井径曲线平直光滑，见图 1 。井径扩大率 低于 1 0 ％ ； 体系的润滑性良好，斜井段钻井液摩擦 系数低于 0 ． 0 5 ，水平段钻井液低于 0 ． o 3 。 8 0 I 7 0 0 1 4 0 0 2 1 0 0 2 8 0 0 3 5 0 0 井深触 图 1 桃平 1 井的电测井径曲线 6认 识 与建议 1 ． 通过在斜井段使用复合盐聚磺钻井液有效地 控制了 “ 双石层”的垮塌 ，避免了 P D C钻头泥包。 2 ． 防塌封堵剂 G3 1 4 一 F DJ 能有效封堵泥岩或煤 层微裂缝 ，降低地层坍塌压力 ，从而实现较低密度 安全穿越煤层泥页岩段 ，提高了机械钻速。该处理 剂 自身具有 良好的润滑性能 ，能够减少润滑剂和原 油的加量。 可考虑在长庆油 田气井水平井推广应用。 参 考 文 献 [ 1 】 刘兆利，李晓明，张建卿，等 ． 无土相复合盐水钻井液 的研究 与应用 [ J ] ． 钻井 液与完井液 ． 2 0 1 0 0 6 3 4 - 3 7 ． [ 2 】 陈在君，刘顶运，李登前 ． 煤层垮塌机理分析及钻井液 防塌探讨 [ J ] ． 钻井液与完井液 ． 2 0 0 7 0 4 2 8 2 9 ． 收稿 日期2 0 1 2 9 2 0 ；H GF 1 2 0 6 F 3 ；编辑付碉颖 替K 兼 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m