兴9断块深井钻井液技术.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 Vl0 l | 2 7 NO． 1 J a n ．2 Ol 0 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 0 0 1 ． 0 0 4 7 0 3 兴 9断块深井钻井液技术 刘亚元， 罗仁文， 奚海霞， 王俊星， 杨钢铁， 汪琳 渤海钻探第二钻井工程公司泥浆技术服务中心，河北廊坊 摘要兴 9断块完钻井深为 4 2 0 0 ～ 4 5 0 0 m，属于冀中北部地 区断层发育的典型区域，由于构造应力的作用， 该地区泥页岩地层裂缝十分发育，在钻进过程极易发生井塌、井漏，造成井下复杂事故。针对该区块地质特征和 井下实钻情况，采用有机硅氟聚磺钻井液。经现场应用表明，有机硅氟聚磺钻井液在井壁稳定、井眼净化、润滑 防卡、防漏堵漏 、高温稳定 性等方面都有 着 良好的应用效果 ，且 钻井液性能稳定 、易于维护和处理 ，特别是全 井 没有明显的垮塌和大段井壁失稳，钻进顺利 ； 在定向井施工中，根据井下具体情况加入 R T - 9 0 5 1润滑剂，使用复 合润滑技术 ，使托压现象大为减轻 ，加快 了钻井速度 的提 高，缩短 了钻 井周 期。 关键 词有机硅 氟聚磺钻 井液 ；防塌 ；防漏 ； 抗温 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 1地质工程概况 兴 9断块 沙三上 、中段 9 0 0 ～ 3 1 5 0 m 地层 以 灰色泥岩 、浅灰色粉砂岩 、泥质粉砂岩 、浅灰色细 砂岩为主 ，可钻性好 ，造浆严重 ，井壁上易黏附钻 屑而发生缩径。沙三下段 3 1 5 0 - 4 5 0 0 m 地层 岩 性为深灰色泥页岩、灰色细砂岩 、杂色砾岩 、灰黑 色泥岩 ，其 中的深灰色泥页岩为伊蒙混层 ，吸水膨 胀后极易发生垮塌 ，造成大段井壁失稳 ； 砾岩地层 孔隙发育，易漏。兴 9井一开用 3 7 4 mm钻头钻 至井 深 9 5 0 m，下 人 2 7 3 ． 1 mm表 层套 管 ； 二 开 用 西2 4 1 ． 3 mm钻头钻至井深 3 9 5 0 ～ 4 2 0 0 1 T I ，下入 西1 7 7 ． 8 mm技术套管 ； 三开用 西1 4 9 ． 2 mm 钻头钻 进至完钻井深，裸眼或下人 西1 1 4 _ 3 mm尾管完钻。 2 钻井难点分析 2 ． 1 井壁坍塌严 重u 。 通过以往钻井实践证实 ，兴 9断块 的井在钻遇 沙三段下部地层 井深 3 2 0 0 i n以下 时易出现井 壁剥落或垮塌现象 ，特别是在钻井液应用不得 当的 情况下会造成井壁严重坍塌，造成长井段划眼及断 钻具 、卡钻等事故 ，分析其原 因有 以下几个方面 。 1 由于构造应力的作用，使该地层泥页岩裂缝 非常发育 ； 钻井过程中钻井液在压差的作用下 ，其 滤液迅速渗入裂缝 ； 由于泥页岩吸水后 的水化膨胀 作用产生较大 的膨胀压 ，进而破坏 了原有井壁 的支 撑平衡 ，导致井壁岩石剥落甚至垮塌。 2 该段沉积的岩性属伊蒙混层 ，在接触钻井液 滤液后 ， 产生不同的膨胀压 ， 致使泥页岩产生裂缝 ， 降低了泥页岩 自身的胶结强度。 3 钻井液使用不合理直接导致井壁垮塌 ，如钻 井液的抑制能力弱、封堵造壁性差 、滤失量大 、紊 流冲刷井壁、密度过高或过低等。 4 工程施工过程 中的质量控制好坏 ，如井眼轨 迹 的反复变化，会使钻具碰撞井壁导致井壁失稳 ， 也因轨迹变化使得井壁岩石的支撑力减弱 ，导致井 壁失稳 ； 定点或短距离范围内长时间循环 ，会使钻 头水 眼周围对井壁产生较大 的液流冲击作用 ，使得 本身应力 、裂缝发育的不稳定地层失稳垮塌 ； 起下 钻具 、开泵过猛 ，都将使井眼内产生巨大的压力激 动 ，导致井壁失稳。 兴 9井在井深 1 7 6 5 n l 处 钻井液密度为 1 ． 2 5 g ／ c m 、黏度为4 0 s 出现井壁坍塌，断钻具事故 ； 兴 9 - 1 井在井深 3 3 1 3 m处 钻井液密度为 1 ． 3 0 g ／ c m 、 黏度为 3 5 s 出现井塌 ，因此将钻井液密度提至 1 ． 5 0 g ／ c m ； 兴 9 - 5井在井深 3 0 0 0 1T I 处出现掉块 ，起下 钻遇 阻，划眼过程 中井壁垮塌严重 ，因此将密度提 第一作者简介 刘亚元，工程师，技术专家，1 9 6 1 年生，1 9 8 5年毕业于华北石油学校泥浆专业，一直从事钻井液现场 管理工作 。地址 河北省廊坊市万庄渤海钻探第二钻井工程公司泥浆技术服务中心 ；邮政编码 0 6 5 0 0 7；电话 0 3 1 7 2 5 5 0 8 4 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 0年 1月 至 1 ． 4 8 g ／ c m ； 兴 9 ． 2 x井在井深 3 2 0 0m时出现掉块 ， 反复划眼、填井侧钻 2 次 。 2 ． 2 易发生井 漏 兴 9 ． 2 x 井钻至井深 3 9 0 6 ． 9 7 1 T I 处 钻井液密度 为 1 ． 6 0 g ／ c m 、黏度为 6 6 S ，发现钻井液失返，采 用堵漏浆和静止等方法进行堵漏 ，漏失 5 1 2 ． 5 9 IT I 钻井液。兴 9 ． 7 井钻至井深 4 0 0 6 m时发生井漏 钻 井液密度为 1 ． 4 3 g ／ c m 、黏度为 8 3 S ，漏速较 大， 降低钻井液排量 ，用堵漏浆堵漏 、静止 ，堵漏成功， 漏失 1 0 2 1 T I 钻井液； 兴 9 ～ 4 x 井在 3 9 4 1 ～ 4 0 6 7 m井段， 漏失 1 4 2 ． 1 I n 钻井液，钻井液密度为 1 ． 4 1 g ／ c m 、黏 度为 8 6 S ； 兴 9 - 8 X井在 3 9 0 1 ～ 3 9 3 5 m井段 ，漏失 7 5 m 钻井液， 钻井液密度为 1 ． 4 5 g ／ c m 、 黏度为 8 0 S 。 2 ． 3 井底温度高 兴 9井在井深 3 3 9 3 m处温度达 1 2 9。 C，且为 确保破碎地层的正常钻井施工 ，要求钻井液具有高 膨润土含量 、高密度、高黏度 、高切力、低滤失量 等特点 。 2 ． 4 存有卡钻风险 该断块 由于地层倾角大，井斜不易控制，需要 频繁调整井斜方位，产生了扭 曲的井眼轨迹 ，致使 钻具与井壁的接触面积增加 ； 同时钻具在其重力的 作用下紧贴井壁，压差卡钻现象十分明显。其次 ， 由于沙三段地层脆硬 、可钻性差 、钻井周期长 ，频 繁地起下钻使井眼曲率较大的井段易产生键槽 ，造 成起下钻困难 ，甚至发生键槽卡钻 。兴 9 - 2 x 井在井 深 2 9 3 0 m侧钻后，钻至井深 3 2 9 0 m处 钻井液密 度为 1 ． 5 2 g ／ e m ，黏度为 9 0 s 起下钻过程中发生阻卡 现象，被迫在 1 6 5 0 ～ 1 7 4 0 m 和 3 1 9 0 - 3 2 9 0 m造斜 段反复划眼，加长 了钻井液浸泡地层的时间 ，使造 斜段出现键槽 。兴 9 ． 7 井在井深 3 4 0 9 m 钻井液密 度为 1 ． 3 8 g ／ c m ，黏度为 6 0 S 起钻换钻头时遇卡严 重 ，其原因是在 2 7 1 5 ～ 2 7 5 6 1T I 井段形成 了键槽。 3 钻井液配方的确定 结合地层特点 以及钻进中存在的问题 ，选用有 机硅氟聚磺钻井液，其配方如下。 f 0 ． 3 ％- 0 ． 5 ％ KP AM 0 ． 5 ％- 1 ． 2 ％ NP AN 2 ％ - 3 ％ S N 1 ％S F -- 2 6 0 2 ％- 3 ％ S MP - - I 1 ％- 2 ％ DC L 1 ％ 2 o／ o 超低 渗 封堵 剂 2 ％ 3 0／ 0 】 液体 润 滑剂 f 5 ％～6 ％ RT - 9 0 5 1 2 ％J YGR。 4现 场 应 用 4 ． 1 一 开 一 开使用密度为 1 ． 0 5 g ／ c m 、黏度为 4 0 - 6 0 S 的 膨 润土浆 1 0 0 ～ 1 2 0 m ，钻进过程 中以 K P A M 为主 处理剂抑制地层造浆 ； 用 N P A N和 S N树脂控制钻 井液滤失量，以形成优质泥饼 ，防止井壁垮塌。 4 ． 2 二开 将一开钻井液加水稀释 ， 加入 0 ． 3 ％- 0 ． 5 ％K P A M 和 0 ． 4 ％～ 0 ． 6 ％NP AN，使膨润土 含量 为 4 0 g m，调 整钻井液其它性能至设计要求后开钻。 1 1 上部地层钻井液维护。将 K P AM、N P A N按 不同比例配成浓度为 l ％～ 2 ％ 的胶液加入钻井液中， 抑制地层泥岩造浆 ，维持钻井液性能的稳定 ，提高 钻井速度 ； 地层造浆作用相对减弱后加人防塌剂 ， 改善泥饼质量降低钻井液滤失量 ，稳定上部井眼。 2 中 下 部 地 层 钻 井 液 维 护。 采 用 KP A M、 NP A N按不同比例配成浓度为 0 ． 5 ％～ 1 ． 0 ％ 的胶液加 人钻井液中，适时加入磺化类处理剂，将井浆转换 为聚磺钻井液 ，以防地层垮塌。使用好三级 固控设 备 ，保持振 动筛 、除砂器使用率为 1 0 0 ％，加重前 后离心机使用率在 9 0 ％ 以上 ，振动筛使用孔径小于 0 ． 1 2 6 mm 的筛布，除砂器使用孔径小于 O ． 0 7 6 mm 的筛布，尽量清除有害固相 ，确保钻井液性能稳定 ， 见表 1 表 1 钻井液性能 3 防塌处理。钻进沙三段下部地层时加人足量 的 K P A M。井深 2 0 0 0 m后逐渐加大防塌剂的用量， 补充 S N树脂和沥青类处理剂，以改善泥饼质量， 形成薄而致密的泥饼 ，保护井壁 ； 严格控制滤失量 小于 4 mL、高温高压滤失量小于 1 0 mL，为进入易 垮塌层做好防垮塌工作 。井深 3 0 0 0 m后由于井斜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 7卷 第 1 期 刘亚元等 兴9 断块深井钻 井液技术 4 9 和方位变化较大 ，易造成憋钻 、卡钻 、起下钻遇阻 卡等复杂情况 ，因此在降低滤失量改善泥饼质量的 同时，要适 当加入优质膨润土浆 ，以提高钻井液黏 度和切力 ，减少对井壁的紊流冲刷 ，并及时悬浮携 砂。工程要确保井筒 压力相 对稳定 ，起 下钻平稳 操作 ，避免造 成过大 的激动 压力 ；采用适 当钻 井 排量 ，避 免紊流 冲蚀破坏井壁 ； 使用钻井新技术 ， 加快钻井速度 ，缩短井 眼浸泡时间。 4 防漏处理。 进入漏层前在钻井液中添加l ％～ 2 ％ DC L 一 1 等纤维类封堵材料和超低渗封堵材料 ，增强 对井壁裂隙和泥饼孔隙的封堵能力 ，预防井漏 。但 钻遇大的裂缝或孔隙产生漏失时 ，视情况采用复合 堵漏剂配成不同浓度的堵漏浆 ，注入漏层静止堵漏 或憋堵 。兴 9 - 6 X、兴 9 ． 8 X和兴 9 ． 4 x井在 二开钻 遇沙三段砾岩地层时均不同程度地发生井漏 ，采用 防漏技术遏制了井漏 。 5 防卡处理 。一是合理清除劣质固相 ，形成优 质泥饼 ； 二是确保使用高膨润土含量 、高黏度和高 切力钻进液 的前提下 ，用 NP AN、S F 一 2 6 0调节钻井 液流型，使其具有 良好 的流动性 ； 三是泥饼要致密 ， 从二开预处理开始在钻井液 中加入足量的高 、中分 子量聚合物 ，并分井段加人 S N树脂 、S MP等降滤 失封堵材料 ，确保其有效 含量 达到 2 ％～ 3 ％，使 泥 饼薄而致密 ，减小钻具被泥饼的包角 ；四是在定向 后选用润滑性优 良的 H Y - 2 2 5 、R T - 9 0 5 1 、H Z N． 1 0 2 、 J Y G R多相润滑材料 ，控制泥饼摩擦系数小于 0 ． 1 2 ， 控制好井身质量 ，确保井 眼轨迹平滑 ，减轻钻具在 井内的弯 曲度。 6 抗温处理。井深 2 8 0 0 m视井下温度情况加 入 S MP ． 1 ，将井浆转化为聚磺钻井液 ； 井深 3 0 0 0 1 T I 后，钻井液滤液中的 C a 含量为 3 0 0 mg ／ L ，Mg 含 量为 8 5 mg ／ L ，加入抗温抗盐有机硅氟稀释剂 S F 一 2 6 0 和 NP AN- 2 复配处理，调整钻井液流变参数，防止形 成滞流层虚厚泥饼，同时定期加入纯碱 、烧碱，清除 C a 、Mg 离子，提高钻井液抗温和抗污染能力，确 保形成优质泥饼，降低钻井液高温高压滤失量，在满 足井壁稳定和悬浮携带的前提下，尽量控制膨润土相 含量，防止高温造成其分散、钝化。 5 应 用效 果 在兴 9断块顺利完成 的 6口井表明，采用有机 硅氟防漏 、防塌 、抗温聚磺钻井液在井壁稳定 、井 眼净化 、润滑防卡、防漏堵漏 、高温稳定性等方面 都有 良好的应用效果 ，钻井液性能稳定 、易于处理 和维护 ，特别是全井没有 明显的垮塌和大段井壁失 稳， 钻进顺利。在定向井施工中根据井下具体情况， 加入 R T - 9 0 5 1 润滑剂，使用复合润滑技术使托压现 象大为减轻 ，加快了钻井速度的提高，缩短了钻井 周期 。完成井技术指标见表 2 。 表 2 完成 井技术指标 6初步 认 识 1 ． 兴 9断块深井施工采用的聚磺钻井液具有一 定地抑制性 、防塌性、高温稳定性 、防漏及润滑性 ， 保证 了钻井施工作业 的顺利进行 。 2 ． 兴 9断块在沙三段易垮塌地层主要从泥饼质 量人手 ，在井壁附近形成致密封堵层 ，减少滤液进 入地层 ，确保 了井壁地层 围岩的稳定 ； 合理使用密 度 ，以平衡地层压力 。 3 ． 预防井漏技术有效的遏制 了二开砾岩井段的 井漏 问题 。复合润滑防卡技术可有效防止因地层复 杂 、地层倾角大 、易造斜 ，井眼轨迹不易控制所引 发的托压 、卡钻问题 。 4 ． 抗高温技术保证 了钻井液的高温稳定性 ，并 成功解决 了密度高及 防垮塌处理使用黏度较高情况 下 的流型 调整 。 5 ． 严格控制 固相含量 ，使用好三级 固控设备 ， 合理使用离心机 ； 在较高密度下尽量清除钻屑和有 害固相 ，确保优质固相含量 。 参 考 文 献 【 1 ] 徐同台，陈乐亮 ． 深井钻井液 [ M] ． 北京 石油工业出版 社 ，1 9 9 4 ． [ 2 1 徐同台 ． 井壁稳定技术研究及发展方向 【 J ] ． 钻井液与完 井 液 ，1 9 9 7 ，1 4 3 3 6 3 8 ． [ 3 ] 井壁稳定技术译文集． 中国石油天然气总公司情报研究所． 收稿 日2 0 0 9 0 7 2 1 ；HG F 1 0 0 1 A 7 ；编辑 张炳芹 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m