义171-斜15VF井钻井液技术.pdf

2 0 1 4年 7月 邱春阳等． 义 1 7 1 一斜 1 5 V F井钻井液技术 7 义 1 7 1一斜 1 5 VF井钻 井液技术 邱春阳 ， 周建民 ， 亢德峰 ， 温守云 1 ． 中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司； 2 ． 中国石化胜利石油工程有限公司 渤海钻井二公司 山东东营 2 5 7 0 6 4 [ 摘要] 针对义 1 7 1 一 斜 1 5 V F井地质构造复杂、 钻井液技术难度大的特点， 施工中采用强 抑制聚合物钻井液体系和强抑制聚磺润滑防塌钻井液体系， 利用胺基聚醇的强效抑制作用 、 胶乳 沥青和双膜承压剂的复合封堵作用以及硅氟稳定剂的高温稳定作用， 解决了沙河街组易发生的泥 页岩水敏性垮塌及应力性垮塌、 膏泥岩缩径卡钻及定向井润滑防卡等难题， 顺利钻至目的层， 达到 了优快钻井的目的。 [ 关键词] 义 1 7 1一 斜 1 5 V F井钻井液井壁稳定强抑制聚合物 义 1 7 1一斜 1 5 V F井位于济 阳凹陷沾化 凹陷 渤南洼陷中部断阶带 ， 目的层为新生界沙河街组 ， 钻探 的 目的是进一步开发渤南油 田义 1 7 11块 沙四段 油藏。义 1 7 1一斜 1 5 V F井设计 井 深 3 9 9 9 ． 1 1 m， 采用 三开制 井 身结构 ， 井 身 轨迹 为 直 一增 一稳型 ， 一开 ． 5 m m钻头钻深 2 0 1 ． 5 0 m， 4, 3 3 9 ． 7 m m套 管下 深 2 0 1 ． 5 m； 二 开 4, 3 1 1 ． 2 m m钻头钻深 2 9 5 2 m， 4 ,2 4 4 ． 5 m m套管下深 2 9 5 0 ． 6 9 m m；三 开 4 , 2 1 5 ．9 mm 钻 头 钻 深 3 9 7 9 ． O 0 m 完钻 ， 井底垂深 3 8 8 0 ． 2 8 m， 水平位移 4 0 9 ． O 1 m， 最大井斜 3 5 ． 6 。 ， 4,1 3 9 ． 7 mm油层套管 下深3 9 7 4 ． 9 5 m完井 ， 钻井周期 3 3 ． 0 4 d ， 完井周 期4 0 ． 4 6 d 。该区块地质构造复杂， 上部大井眼造 浆严重 ， 沙河街组存在异常高压及大段盐膏层 ， 易 导致井壁失稳。通过使用强抑制聚合物钻井液体 系和强抑制胺基聚磺润滑防塌钻井液体系， 保证 了该井 的顺利施工 ， 平均机械钻速 9 ． 9 8 m ／ h ， 达 到了优快钻井的 目的。 1 地质概况及钻井液技术难点 义 1 7 1一斜 1 5 V F井 自上而下钻遇地层 为平 原组 、 明化镇组 、 馆 陶组 、 东营组和沙河街组 ， 地层 岩性复杂， 施工中钻井液技术难度大， 具体有以下 几点 1 上部地层发育较厚 ， 馆 陶组 以上地层成岩 性差 ， 水敏性强 ， 岩屑易分散在钻井液 中， 导致钻 井液体系黏切增大， 流变性变差。采用 4, 3 1 1 ． 2 m m钻头钻进 时， 机械钻速快 ， 产屑量大 ， 大井 眼 环空返速低 ， 井眼净化效果差 ， 易导致起下钻 遇 阻 ， 严重者卡钻。4 , 3 1 1 ． 2 m m井眼钻深 2 9 5 2 m， 裸眼段长达 2 7 0 0 m， 井壁稳定难度大 。 2 沙三段 中部 为深灰色泥岩 、 灰质泥岩 、 油 泥岩与灰色细砂岩不等厚互层 ； 下部以深灰色 、 灰 褐色油泥岩、 油页岩不等厚互层夹砂岩和灰质砂 岩 。油泥岩水敏性强 ， 吸水膨胀后强度降低 ， 易导 致其上支撑 的泥岩垮塌 ； 油页岩页理发育 ， 当钻井 液滤液侵入后成薄片状脱落， 易形成大肚子井眼， 导致起下钻及电测遇阻， 给完井作业带来困难。 3 沙四段上部为灰色泥岩、 膏泥岩与灰色灰 岩、 膏白云岩不等厚互层； 下部为灰色砂质泥岩与 灰色细砂岩、 含砂砾岩不等厚互层。膏泥岩较软 ， 斜井段钻进过程 中仅靠钻井液液柱压力支撑上井 壁 ， 易导致缩径卡钻 ； 灰岩地层裂缝发育， 易导致 井漏 ， 邻井从 3 5 2 7 3 9 6 5 m漏失钻井液7 2 4 m 。 4 实钻资料表明 ， 渤南洼陷地层超压现象很 普遍⋯ ， 从沙三段开始普遍 发育异常高压 ， 在沙 河街组沙 四段 又趋于正常压实 。为平衡地层压 力 ， 必须使用高密度钻井液钻进 ， 沙四段漏层 的存 在给钻井液密度控制带来一定难度。 5 该井最 大井斜 3 5 ． 6 。 ， 定 向过程 中钻具 紧 贴井壁前进 ， 摩阻和扭矩增大 ， 润滑防卡难度大 ； 岩屑易沉积在下井壁形成岩屑床， 不易清除， 造成 定向过程中摩阻和扭矩增加 ， 严重者形成“ 托压 ” 现象 ， 井眼净化及润滑防卡难度大。 2 钻井液体 系选择 通过调研国内水平井及大位移井钻井液施工 情况 ， 针对该井地层特点以及施工中的技术 收稿 日期 2 0 1 4 0 41 0 。 作者简介 邱春阳， 工程师， 主要从事钻井液体系研究和现场 技术服务工作 。 8 精 细 石 油 化 工 进 展 A D V A N C E S I N F I N E P E T R O C H E M I C A L S 第 1 5卷第 4期 难点， 确定二开使用强抑制聚合物钻井液体系， 三 开使用强抑制胺基聚磺润滑防塌钻井液体系。 强抑制聚合物钻井液体系的基本配方 小循 环井 浆 0 ． 4 ％ ～0 ． 6 ％ 聚丙烯 酰胺 P A M 2 ％ ～4 ％ 改性铵盐 F HJ 2 4 2 ％ ～ 3 ％ 抗 温抗盐防塌降滤失剂 K F T 2 ％ 一 3 ％ 磺化酚 醛树脂 S MP一1 0 ． 5 ％ ～1 ． 0 ％胺 基 聚 醇 A P一1 2 ％ ～3 ％ 胶乳 沥青 1 ％ ～2 ％ 多 功能屏蔽暂堵剂 P B一1 。 强抑制胺基聚磺润滑钻井液体系基本配方 二开井浆 0 ． 2 ％ ～0 ． 4 ％ N a O H 0 ． 3 ％ 一 0 ． 5 ％ 聚丙烯酰胺 P A M 0 ． 5 ％ ～1 ％ 胺基聚 醇 A P一1 2 ％ 一3 ％ 抗温抗盐 防塌降滤失剂 K F T 3 ％ 一5 ％ 磺 化 酚 醛 树 脂 S MP一1 0 ． 5 ％ 一1 ． 5 ％ 双膜 承压剂 S Y一2 0 2 ％ 一 4 ％ 胶乳沥青 4 ％ 一6 ％ 原油 3 ％ 一5 ％ 油基润滑剂 2 ％ 一3 ％ 硅 氟稳定剂 1 ％ ～ 2 ％ 硅氟 降 黏剂 S F一1 2 ％ ～4 ％ 随钻 堵 漏剂。 3 钻井液体系作用机理 胺基聚醇中的胺基具有独特 的分子结 构 ， 使 其能镶嵌在黏土晶层 间， 将黏土层紧密结合在一 起 ， 抑制黏土的水化作用 ； 胺基聚醇具有弱碱性及 弱离解性， 使有机胺作用浓度始终处于平衡状态， 能长效保持浓度平衡 ， 抑制作用具有长效性； 胺基 聚醇吸附在黏土颗粒表面， 产生润湿反转 ， 使钻具 表面 由亲水转变 为亲油 ， 降低 钻头泥 包 的可 能 性【 。体系中的胶乳 沥青通过分 子链 与井壁 岩 石产生强烈的物理 吸附 ， 在井壁岩石表面形成一 层牢固的沥青薄膜 ， 阻止钻井液 中的 自由水 向地 层渗透 ， 并使井壁免受钻井液流体 的冲刷 ； 此外 ， 胶乳沥青本身具有黏性和弹性 ， 在液柱压力下产 生形变， 封堵泥饼中的孔隙， 使钻井液在井壁上形 成薄 、 韧、 致密的泥饼 ， 有效封堵地层 ， 维护井壁稳 定 J 。双膜承压剂 的加入 使得钻井 液能够在井 壁上形成薄膜 ， 封堵地层孑 L 隙及微细裂缝， 有 效阻缓压力传递， 提高泥页岩的膜效率， 为钻井液 对井壁产生有效力学支撑提供保证。硅氟稳定剂 以 S i OS i 为桥梁 ， 利用聚硅氧烷和碳氟聚合 链段的低界面张力和高表面活性 的协同效应 ， 吸 附于黏土胶体端面上 ， 彻底改变黏土的表面能 ， 从 而拆散黏土颗粒形成的网状结构， 释放出自由水 ， 使体系更加稳定 。 4 现场钻井液技术 4 ． 1 二开钻井液技术 二开钻井液技术措施如下 1 利用一开钻井液小循环开钻 ， 小钻压钻穿 水泥塞 ， 加入适量纯碱 以消除 C a 污染 ， 吊打 出 钻铤 ， 保证井 口打直及套管鞋处井径扩大率小 ， 防 止出现复杂事故。 2 钻至 4 3 0 ． 0 0 m后改为大循环清水快速钻 进， 利用大分子聚合 物 P A M胶 液絮凝有害 固相 ， 使钻井液中的劣质固相处于弱分散状态 ， 提 高机 械钻速 。 3 钻至 1 2 0 0 I T I 后改为小循环， 加入 2 ％的改 性铵盐 F H J 2 4 ， 适当控制中压滤失量， 逐渐补充 改性铵盐 F H J 2 4、 抗 高温 抗盐 防塌 降滤 失剂 K F T和磺化酚醛树脂 S MP一1 ， 钻至东营组底部 时， 将钻井液的中压 滤失量逐渐控制在 0 ． 5 ％ ， 使之有效包被岩屑 ， 防 止其在上返过程中分散在钻井液 中。加入 1 ． O ％ 的胺基聚醇 A P一1 ， 以增强钻井液的抑制性 ， 防止 水敏性泥岩垮塌。 5 小 循 环后 控 制钻 井 液 的漏 斗 黏度 约 为 4 5 S ， 使钻井液处于低黏 、 低切和低 固相状 态， 有 效释放钻头水马力 ， 适当冲刷井壁 ， 防止形成虚厚 泥饼 。钻至东营组底部 时， 提高钻井液的漏斗黏 度至 5 5 s ， 同时提高钻井液的黏切 ， 由适 当冲刷井 壁变为护壁防塌； 中完时将漏斗黏度提高至 6 0 S ， 以提高钻井液的悬浮携带能力 ， 净化井眼。 6 钻至东营组底部时 ， 在钻井液 中加入 2 ％ 的多功能屏蔽暂堵剂 邝 一 1和2 ％的胶乳沥青， 封闭上部疏松砂岩地层 和沙河街组层理 性泥页 岩 ， 提高上部地层的承压能力 ， 同时防止沙河街组 井壁失稳 。 7 小循环后开启 四级 固控设备 ， 保证钻井液 清洁， 控制钻井液密度 8 0 s的稠浆清扫井眼 ， 提高井眼净化效果 。 9 中完后进行 短起下 钻 ， 充分循 环 ， 待 振动 筛无返砂后 ， 用 2 ％ 的油基润滑剂 和高黏羧 甲基 纤维素钠 H VC MC 配置漏斗黏度为 8 0 s的润 滑封井浆封井 ， 保证 电测 到底 ； 下套管前用 1 ． 5 ％ 的塑料小球和 HVC MC配置漏斗黏度 8 0 s的 稠浆封井， 确保套管下至井底。 4 ． 2 三开钻井液技术 4 ． 2 ． 1井壁稳定技术 井壁稳定技术措施如下 1 加入 1 ． 0 ％ 的胺基聚醇 A P一1 ， 配合大分 子聚合物 P A M， 提 高钻井 液的抑制 防塌 能力 ， 有 效抑制泥页岩水化 。 2 使用 3 ％的胶乳沥青和 1 ％的双膜承压剂 ， 使之在井壁上形成薄而致密的泥饼 ， 提高地层 的 防塌能力。 3 控制直井段的中压滤失量 4 mL ， 高温高 压滤失量 1 5 m L； 控制斜井段 的中压滤失量 3 m L ， 高温高压滤失量 1 5 0 s 的稠浆清扫井眼。 4 钻进过 程 中采用定 向钻进 和复合 钻进的 方式， 将新形成的岩屑床破除， 降低岩屑床形成的 几率。 4 ． 2 ． 3 润滑防卡技术 润滑防卡技术措施如下 1 通过加入胶乳沥青 、 随钻堵漏剂和双膜承 压剂对地层进行有效封堵， 使钻井液在井壁或近 井壁地带形成低渗透的泥饼 ， 阻止液体压力 向地 层传 递 ， 从而提高井壁 的稳定性 ， 降低黏卡 的几 率。 2 定向后保证原油含量约为 4 ％ ， 油基润滑 剂的含量约为 3 ％， 配合乳化剂 ， 保持钻井液 的润 滑性 ； 随着斜井段的加长， 逐渐补充原油和油基润 滑剂 ， 增强钻井液的润滑性。 3 每趟钻起钻前 ， 用 S M P一1 、 胶乳沥青 和油 基润滑剂封井 ， 以提高钻井液的润滑防卡能力 。 4 在保证钻井液携 岩能力 的前提下 ， 控制钻 井液的黏切 ， 降低环空压耗 ， 配合工程上的短程起 下钻措施 ， 避免岩屑床的形成。 5 完钻后进行短起 下钻 ， 下钻到底后充分循 环 ， 待振 动筛 上 无 返 砂 后 ， 用 2 ％ 的 S MP一1 、 1 ． 0 ％的双膜承压剂和 2 ％ 的油基润滑剂封井 ， 确 保电测顺利到底 ； 下套管前用 1 ． 5 ％的塑料小球 、 1 ％的双膜承压剂和 3 ％的油基润滑剂封井 ， 确保 油层套管顺利下到底。 5 复杂情况处理 钻进至井深 3 5 6 0 m时 ， 钻井液的黏切增大 ， 井眼净化技术措施如下 流变性变差 ， 钻井液的性能变化如表 1所示。 表 1 出现复杂情况前后钻井液的性能 对钻井液滤液进行分析， 测得 H C O 一 的质量 浓度为7 6 9 4 m g ／ L ， 其他离子的质量浓度正常， 表 1 0 精 细 石 油 化 工 进 展 A D V A N C E S I N F I N E P E T R O C H E M I C A L S 第 1 5卷第 4期 明钻井液被 H C O 一 污染 。 根据 H C O 和 C a 在 碱 性 条 件 下 生 成 C a C O 沉淀， 现场加入 C a O， C a O溶解后会提高 p H， 促进 H C O 一 自动分解为 C O 卜。为防止 C a O 加量过多造成 C a “污染 ， 采用胶液形式按照循环 周少量多次加入。 第 1次处理 配置 1 0 m 胶液 ， 加入 2 ％C a O 和 1 ． 5 ％硅氟降黏剂 S F一 1 ， 按照循环周缓慢加人 钻井液 中， 效果明显。 第 2次处理 钻进至井深 3 8 0 0 I n时， 配置 1 0 In 胶液， 加入 2 ． 5 ％C a O和 1 ． O ％硅氟降黏剂 S F一1 ， 按照循 环周 缓慢 加入 钻井 液 中， 效 果 明 显 。处理后钻井液的性能见表 2 。经过 2次处理 后钻井液的流变性恢复正常 ， 一直钻进至完井。 表 2 处理后钻井液的性能 6结论及建议 1 通过使用强抑制聚合物钻井液 体系和强 抑制胺基聚磺润滑防塌钻井液体系， 解决 了上部 地层易水化造浆及沙河街组定 向过程中易出现的 井壁失稳、 井眼净化及润滑防卡等难题， 施工中井 壁稳定 ， 井 下安 全 ， 全 井 电测顺 利 ， 下套 管顺 利 到底 。 2 强抑制胺 基聚磺润滑 防塌钻井 液体系 的 润滑性好， 携岩能力强， 满足三开定向钻进的要 求， 施工中井眼净化程度好， 钻井液体系摩阻系数 控制在 0 ． 0 7， 定向中传压顺畅， 无“ 拖压” 现象。 3 全井机械钻速为 9 ． 9 8 m ／ h ， 比预计提高 了 1 0 ％以上 ， 达到了优快钻井的 目的。该井钻井周 期仅为 3 3 ． 0 4 d ， 完井周期 4 0 ． 4 6 d ， 和其他 同区块 同类型同井深已完钻井相比， 钻井时效和完井时 效明显提高 ， 综合效益突出。 4 该区块沙河街组油气显示活跃 ， 易导致井 喷； 沙二段存在大的裂缝， 易导致井漏。因此在钻 进过程中必须合理控制钻井液密度， 防止复杂情 况发生。 5 该区块碳酸根污染严重 ， 必须采用合适的 方式处理 ， 宜将 C a O配制成胶液 ， 并配合降黏剂 ， 逐渐加入钻井 液 中， 防止加 量过 多造成 c a 污 染 。 参考文献 [ 1 ] 谢启超， 荆海鹏， 白海峰．渤南洼陷超压发育特征及其形成 机理[ J ] ． 小型油气藏， 2 0 0 4 ， 9 4 5 8 ． [ 2 ] 刘益华， 陈金胜， 高耸， 等． 樊 1 5 4 一 平 l 井小井眼水平井钻 井液技术 [ J ] ． 内蒙古石油化工 ， 2 0 1 2 8 9 6 9 8 ． [ 3 ] 张蔚 ．北布扎齐油田浅层小井眼短半径开窗侧钻水平井 钻 井液完井液技术 [ J ] ．新疆石油科技 ， 2 0 1 0 ， 2 0 1 2 4 2 6 ． [ 4 ] 邓增库， 左洪国， 夏景刚， 等． 冀东油田水平井钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 5 ， 2 2 4 7 2 7 3 ． [ 5] 万绪 新． 水 平井钻 井液 优化 的几点 思考 [ J ] ． 石油钻 探 技 术 ，1 9 9 9 ， 2 7 2 2 82 9 ． [ 6 ] 黄治中， 杨玉 良， 马世昌．不渗透技术是确保霍尔果斯 安集 海 河 组井 壁 稳 定 的关键 [ J ] ．新 疆 石 油科 技 ，2 0 0 8 ，1 8 1 91 2 ． [ 7 ] 徐先 国， 张岐安．新型胺基聚醇防塌剂研究[ J ] ． 钻采 工艺 ， 2 0 1 0， 3 3 1 9 3 9 5 ． [ 8] 王铁军 ， 鲍春雷 ， 王子龙 ， 等．聚合物 沥青钻井液 的性能 及 其应用 [ J ] ．大庆石油学院学报 ， 2 0 0 4， 2 8 6 9 5 9 8 ． [ 9 ] 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p l i c a t i o n i n t h e pr o d u c t i o n o f hi g h b o i l i n g p o i n t s o l v e n t ，p l a s t i c i z e r，p o l y e s t e r p o l y o l a n d b i n a r y a c i d，a n d t h e a p p l i c a t i o n t r e n d o f n y l o n a c i d p r o d u c t i s a na l y z e d i n t hi s p a p e r ． [ Ke y w o r d s ] n y l o n a c i d ，s u c c i n i c a c i d ；g l u t a r i c a c i d ；a d i p i c a c i d ；d i m e t h y l n y l o n a c i d ，p l a s t i c i z e r ； p o l y e s t e r p o l y o l 上接第 1 0页 [ Ab s t r a c t ] I n v i e w o f t h e f e a t u r e s l i k e s t r u c t u r a l c o m p l e x i t y a n d t h e s i g n i fi c a n t t e c h n i c a l d i ffic u l t y f o r d ri l l i n g fl u i d a p p l i c a t i o n，e t c ．a t Yi 1 7 1一X1 5 VF We l l ，a h i g h i n h i b i t i o n p o l y me r d ri l l i n g fl u i d s y s t e m a n d a h i g h i n h i b i t i o n s u l p h o n a t e d p o l y me r l u b ri c a t e d a n t i - c o l l a p s e d r i l l i n g fl u i d we r e u s e d i n t h e c o n s t ruc t i o n ．T h e d i ffic u l t p r o b l e m s o f mu d s h a l e w a t e r s e n s i t i v e c o l l a p s e a n d s t r e s s c o l l a p s e t h a t o c c u r r e d i n S h a h e j i e G r o u p e a s i l y，g y p s u m mu d s t o n e h o l e s h ri n k a g e c a u s e d p i p es t i c k i n g a n d p i p es t i c k i n g p r e v e n t i o n a t d i r e c t i o n a l we l l ，e t c ．we r e s o l v e d b y ma k i n g u s e o f t h e h i g h i n h i b i t i n g e f f e c t o f a mi n o p o l yalc o h o l ，t h e c o mp o s i t e p l ug g i n g e f f e c t o f l a t e x b i t ume n a n d d o u b l e me mb r a n e p r e s s u r e b e a ring a g e n t a n d t h e s t a b i l i z a t i o n e f f e c t o f s i l i c o n fl u o rid e s t a b i l i z e r ，t h e t a r g e t z o n e wa s r e a c h e d s u c c e s s f u l l y ，a n d g o o d a n d f a s t d ri l l i n g wa s r e ali z e d ． [ Ke y w o r d s ] Y i 1 7 1一X 1 5 V F We l l ；d ri l l i n g fl u i d ； b o r e h o l e s t a b i l i t y ； h i g h i n h i b i t i o n p o l y me r