永1-平1井四开小井眼高密度钻井液技术.pdf

第 2 8卷 第 3期 2 0 1 1 年 5月 钻井液与完井液 DRl LLI NG FLUI D COM PLET1 0N FLUI D V_0 1 ． 28 NO． 3 M a V 201 1 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 3 0 0 8 5 0 3 永 1 ． 平 1 井四开小井眼高密度钻井液技术 邱春阳， 马法群， 郭祥娟， 刘贺， 洪航海 胜利石油管理局钻井丁程技术公司，山东东营 摘要 永 1 平 1 井是永进油 田的第一口超深水平井，完钻井深为 6 1 7 2 ， 5 m。该油田西山窑组地层复杂，泥 岩易掉块，砂岩渗透性强，易发生压差卡钻 ； 小井眼环空压耗大、高密度钻井液的流变性、润滑性和高温下的稳 定性调控难题严重制约工程施工。在钻井施工中采用了阳离子聚磺混油钻井液、高密度流变性和高温稳定性调控 技术以及封堵防塌技术，顺利钻至完钻井深。该井投产后，产液量为 1 8 ． O 1 d 、产油量为 1 2 ． 8 t ／ d 、产气量为 3 4 1 1 m ／ d 。该井的钻探成功为超深、超压油气藏的勘探开发积累了重要经验。 关键词 阳离子聚磺混油钻井液 ；井眼稳定 ；防止地层损害 ； 小井眼 ； 永 1 一 平 1 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 永 1 ． 平 1 井是永进油 田的第一 口超深水平井 ， 该井采用 阳离子聚磺混油钻井液 ，并配合高密度钻 井液 、高温稳定性调控及封堵防塌技术 ，顺利钻至 完钻井深 。该 井三开用 西2 1 5 ． 9 mm钻头钻至井深 5 7 3 0 ． 7 m，井斜 为 6 7 。 ，下人 西1 7 7 ． 8 mm 套管 至 井深 5 7 2 5 _ 3 m 中途完钻。四开采用 西1 4 9 ． 2 mm钻 头钻至井深 6 1 7 2 ．5 m完钻，下人 1 l 4 ．3 m r r l 筛管 至井深 6 1 0 4 ． 2 5 m。四开钻进地层为西山窑组 ，该 地层上部为深褐色泥岩与粉砂质泥岩 ，夹浅灰色泥 质粉砂岩及灰色粉砂岩 ； 下部以浅灰色、棕褐色细 砂岩为主，夹深褐色泥岩 、泥质粉砂岩。 1 钻井液技术难 点 1 ． 1 小井眼高密度钻井液流变性的调控问题 永 l 一 平 l 井四开小井眼定 向钻进时，受井身结 构 的限制 ，钻井液排量小 ，只有 1 1 ～ 1 2 L ／ s 。为了 降低循环压耗，提高钻头水马力，必须降低钻井液 的黏度和切力 ，而钻井液密度高达 1 ． 9 ～2 ． 0 g ／ c m ， 为了防止加重剂沉 降，必须使钻井液具有一定 的黏 度和切力 ，因而调控钻井液的流变性成为难点。 1 ． 2 井壁稳定问题 西山窑组地层压力高、温度高 、应力不均 ，砂 泥岩混层易发生掉块 ，泥岩易垮塌 ，且掉块坚硬 ， 易造成卡钻 ； 加之地层可钻性差 ，导致钻井周期长 ， 钻井液 的长期浸泡、各种工况下 的钻井液液柱压力 变化等因素，严重影响了该段泥岩井壁的稳定。 1 ． 3 润滑防卡问题 西山窑组下部砂岩段渗透性好 ，容易形成厚泥 饼，易发生黏卡。由于前期造斜率较低，四开使用 旋转导 向工具增斜效果较差 ，在后续钻井施工中被 迫使用 2 。 螺杆全力增斜，导致井身轨迹差。随着 水平位移越来越长，钻进过程中的传压 、防黏 、预 防岩屑床的形成等问题非常突出 [ 1 ] 。 1 ． 4 钻井液的稳定性问题 四开井底温度 高达 1 4 0 ～ 1 5 0。 C，钻井液处理 剂在高温下易发生老化 ；由于地层可钻性差 ，钻头 的反复研磨导致低密度固相累积 ； 由于循环排量低 、 循环周 时间长 7 ～8 h ，这些不利 因素使得 维护 钻井液性能的稳定越来越 困难 。 2 钻井液技术思路 2 ． 1 流变性的控制措施 1 控制膨润土含量。钻井液密度为 1 ． 9 0 g ／ c m 第一作者简介 邱春阳，工程师，1 9 7 8年生，毕业于辽宁石油化工大学应用化学专业，现在从事钻井液技术服务工作。 地址 山东省东营市东营区勘探路 3 7号 ； 邮政编码 2 5 7 0 6 4；电话 1 3 9 5 4 6 5 2 9 7 9； E ma i l d r i l l i n g we l l 1 6 3 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年 5月 时， 控制膨润土含量为 2 0 g ／ L； 密度为 1 ． 9 6 g ／ c m 时 ， 控制膨润土含量为 1 8 g ／ L，使钻井液具有一定的悬 浮能力 ，防止重晶石沉淀。 2 优选加重剂。使用重晶石粉作为加重剂， 严格控制重 晶石粉的杂质含量 ， 特别是黏土的含量 ， 以免钻井液陷入 “ 增黏一降黏一增黏”的恶性循环。 3 黏土容量限的设定。在保证钻井液沉降稳 定性 的前 提下 ，钻井液要具有 一定的黏土容量限 ， 使得在劣质固相增加时， 钻井液的流变性仍然较好。 2 ． 2 井壁稳定技术 1 控制钻井液密度在设计上 限，通过径 向支 撑稳定井壁 ； 在保证钻井液悬浮稳定 的前提下 ，尽 量控制较低的黏度和切力，降低环空压耗，减小各 种工程情况引起的压力激动。 2采用 阳离 子聚磺 混油钻 井液。由于钻井液 处理剂带正 电，通 过物理 吸附和强烈 的静 电吸附， 在钻屑和井壁表 面形成阻水膜 皿 ] ，从而阻止水分子 进入其结构内部，实现钻屑及井壁的即时抑制。 3加入沥青类 防塌剂提高钻井液 的封堵 防塌 能力 。根据井底的实测温度 ，选用具有合适软化点 的沥青处理剂封堵地层的微裂缝和空隙，增强钻井 液的防塌能力。 4 使用高效硅醇抑制剂 D S 一 3 0 2 。在高温下 DS ． 3 0 2能和黏 土的端面发生化学 反应 ，在井 壁形 成憎水膜，可保持井壁稳定，防止地层坍塌 l3] 。 2 ． 3 润滑技术 1 提高泥饼质量 。通过加入超细碳酸钙 、沥 青 和乳化石蜡对砂岩地层进行封堵 ，使钻井液在井 壁或近井壁带形成低渗透 的泥饼 ，阻止液体压力 向 地层传递， 提高井壁的稳定性， 降低压差卡钻几率。 2加人足量润 滑剂 。保证钻井液 中原油含量 在 9 ％左右，配合加入 s P ． 8 O ，使之充分乳化 ； 每 趟起钻前， 用防塌和抗高温材料配合乳化石蜡封井， 以提高钻井液的润滑防卡能力 。 3 在保证高密度钻井液沉降稳定性的前提下 ， 尽量控制钻井液的黏度和切力 ，降低环空压耗 ，提 高排量 ，配合短程起下钻措施 ，避免岩屑床的形成。 2 每趟钻做钻井液高温老化、高温沉降和钻 井液容水限等实验 ，判断钻井液的抗高温稳定性和 抗高温材料是否充足 。 3 对钻井液进行净化并进行部分置换。在施 工中，如钻井液有老化或劣质固相增多迹象，先进 行清罐 ，然后在循环罐里配制与井浆性 能完全一致 的钻井液进行部分置换 ，以确保钻井液性能稳定。 3 开钻前高密度钻井液性能的调整 四开用三开阳离子聚磺混油井浆，由于井浆黏 度和切力高 ，必须在井浆 中加入不同量的胶液 以调 整其性能，降低黏度和切力，胶液和阳离子聚磺混 油钻井液配方如下 ，性能见表 1 。由表 1 可知 ，在 三开井浆 中加入 1 5 ％ 胶液后 ，加重至原密度 ，钻井 液的塑性黏度和切力均降低 ，中压滤失量和高温高 压滤失量略有增加 ，但均在设计范 围内 ，且高温老 化后其沉降稳定性 良好 ，将密度提高到 1 ． 9 0 g ／ c m 后 ，钻井液 的流变性依然 良好 。 原井浆 1 ． 8 ％～2 ． 5 ％ 膨润土 0 ． 2 ％～0 ． 4 ％ 烧碱 0 ． 2 ％纯碱 0 ． 0 5 ％～0 ． 1 5 ％ 阳离子乳液聚合 物 DS ． 3 0 1 1 ． 0 ％～ 1 ． 5 ％ 有机硅 醇抑制剂 DS 3 0 2 4 ％～5 ％ 磺 化 酚醛 树脂 或 F D． 1 1 ％～2 ％ 阳 离子 降滤 失剂 C P A M 3 ％～4 ％ 防塌剂 0 ．2 ％ ～ 0 _ 3 ％ S P 一 8 0 3 ％～5 ％ 乳化石蜡 R HJ ． 1 8 ％～ 1 0 ％ 原油 胶液 H， o 3 ％S MP 一 1 3 ％S P NH 2 ％ 沥青 1 ％ 阳离子降滤失剂 1 ％乳化石蜡 表 1 不 同加量 的胶液对三开 井浆-眭能 的影 响 渡／ p F v i P v | Y P G e 1 i F L | F L H T H p ／ MB T ／ ％g ／ c m S mPa s Pa P a ／ P a mL mL g ／ L 注 加入胶液，再加重至相应的密度 ； 钻井液静置 2 4 h 后无沉降 。 2 ． 4 高温稳定性的控制措施4 钻井液的日常维护 1 选用 S MP 一 1 、 F D一 1 等抗高温材料确保钻井液 的抗高温稳定性 ， 并以胶液形式补充， 使其含量充足。 1 现场按小型实验配制 1 0 0 m 胶液，按循环 周加入 6 5 m 胶液，将钻井液密度提高为 1 ． 9 0 g ／ c m ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8 卷 第3 期 邱春阳等永1 。 平1 井四开小井眼高密度钻井液技术 8 7 循环均匀，性能符合设计要求后开钻。钻进过程中 均匀补充胶液 ，胶液量的多少根据地层渗透量和固 控设备的损耗决定，防止加入过多胶液而降低钻井 液密度。配制胶液时按配方顺序加入， 胶液配方如] 2 5 m H， O 0 ． 8 ％Na OH 5 ％S MP ． 1 5 ％磺化沥青 5 ％F D． 1 0 ． 2 ％ 阳离子聚合物 2开钻时保证钻井液中原油含量大于 6 ％。根 据井下情况调整原油和乳化石蜡的用量，保证摩阻 系数小于 0 ． 1 。控制钻井液黏度在 6 8 S 左右，保持 钻井液有 良好 的流变性 。 使用离心机清除有害 固相 ， 根据情况补充预先配制 的高密度钻井液 ，维护钻井 液性能稳定 。 3需要 提高钻井液密度 时，均匀混人预先配 制好的高密度钻井液 至少水化 2 4 h 。加重时减 少基浆的量，将多余基浆储存，保证循环罐够上水 即可 ，防止钻井液密度达到要求后 ，其黏度和切力 增大而无法流动 。 4 钻进 中保证 读数大于 5 ，但不可过高， 使钻井液具有一定 的悬浮携带能力 ，其性能见表 2 。 5每趟 钻进行钻井 液容水 限实验 见 表 3 ， 严格控制高温高压滤失量小于 8 m L ，提高钻井液 的滤失造壁性 ，优化泥饼质量 。 表 2 钻井液的抗温性和沉降稳定性 井深为 5 8 2 5 m 注 沉降稳定性是静置 2 4 h的测定结果。 表 3 井浆的容水 限实验 井深为 5 8 2 5 1 2q 配方 ， P V／ ． Y P／ g ／ c m mPa S l - a ● G e f ／ F L ／ F L H T H P ／ 2 4h沉 降 P a ／ P a mL mL 稳定性 6每钻进 8 0 ～1 0 0 m短程起下 钻一次 ，刮掉 砂岩段虚厚泥饼，减少岩屑床的形成 ，并及时将岩 屑携带出井眼。控制起下钻速度 ，防止压力激动引 起井壁失稳 ； 起下钻灌浆时，严格限制泵冲，以 1 5 ～2 0冲／ min的速度灌浆，防止钻杆内压人的空 气经过钻头水眼后分散到钻井液中而导致钻井液密 度降低 ，引起井下复杂。 7四开完 钻后 ，配制封井浆封井 ，增加 钻井 液的润滑性和抗高温能力 ，保证筛管顺利下人 。封 井浆配方如下。 4 0 m。 井 浆 2 ％S MP ． 1 2 ％F D l 1 ％ 沥 青 1 ％ 超细碳酸钙 2 ％乳化石蜡 钻井液性能控制范围 密度为 1 ． 9 0 ～ 1 ． 9 6 g ／ c m ， 黏度为 6 7 7 5 S ，塑性黏度为 5 0 ～6 0 mP a S ，动切 力为 1 2 2 0 P a ，静 切力为 4 ～9 ／ 1 0 ～1 6 P a ／ P a ，滤 失量不大于 2 ． 4 mL ，高温温压滤失量不大于 8 mL， p H值为 9 ～1 0 ，膨润土含量为 1 8 ～2 1 g ／ L，固相含 量不大于 3 4 ％，含砂量不大于 0 ． 2 ％。 5效 果 与认 识 1 ． 阳离子聚磺混油钻井液满足了四开水平段小 井眼钻进 的要求 ，筛管一次下人到位 ，并保护 了油 气层，该井投产后，产液量为 1 8 ．0 1 t ／ d 、产油量为 l 2 ． 8 t ／ d 、产气量均为 3 4 1 1 m ／ d 。 2 ． 使用高密度钻井液时必须勤做抗高温和高温 沉降稳定性实验 ，保证钻井液在井下具有 良好的流 变性和稳定性 。 3 ． 高密度钻井液在小井眼钻进过程中，应避免 环空压耗的影响，尽量降低钻井液的黏度和切力， 但要先做小型实验 ，以满足钻井液在高温高压下 的 悬浮携带岩屑 的要求。 4 ． 对于超深井 ，由于岩石 的可钻性差 ，施工周 期长，钻井液中低密度固相增多，会造成黏度和切 力的增加 ， 因此要保证钻井液具有容纳固相的能力 。 5 ． 高密度钻井液黏度和切力增大后 ， 要使用离 心机，并配合置换的方式，保持钻井液的流变性， 要充分利用四级 固控设备 ，配合化学絮凝法 和清罐 的方式 ，最大限度地除去有害 固相 。 参 考 文 献 [ 1 ] 徐同台，洪培云，潘世奎 ． 水平井钻井液与完井液 [ M] ． 北京 石油工业出版社 ，1 9 9 9 ． [ 2 ] 周辉 ． 正电性不分散钻井液体系的室内研究 [ J ] ． 石油钻 探技术 ，2 0 0 4 ，3 2 5 2 5 ． 2 6 ． [ 3 ] 李丽，刘伟 ． 聚硅醇钻井液在川东北复杂深井中的应用 [ J ] ． 石油钻探技术，2 0 0 7 ，3 5 3 4 6 ． 4 8 ． 收稿 日期2 O l O ． 1 2 ． 2 2 ；HG F I 1 0 3 A 3 ；编辑 张炳芹 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m