伊朗雅达南部区块水平井钻井液技术.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 4年 4月出版 伊朗雅达南部区块水平井钻井液技术 刘海鹏 中国石化集团胜利石油工程有限公司钻井工程技 术公司 摘要伊 朗雅 达油 田是 目前 中国石化海外最 大的油田项 目， 钻 井项 目启动以来 ， 发现该 油 田南部 区块地层 特 点异于中部和北部 ， 在南部区块 的几 15 1 井钻井施工过程 中， 井漏 、 垮塌和压 差卡 钻频 繁发 生。针对南部 区块地层 特 点 ， 提 出针对井漏 、 垮塌和压差卡钻的解决方案 ， 为该区块未来施工提供帮助。表1参2 关键词 伊 朗雅达南部区块 井漏垮塌 压差卡钻 伊 朗雅达油 田位于伊朗西南部的胡泽斯坦省 ． 已探 明石 油储量 约3 2亿桶 ，天然 气储 量约 8 0 0 x 1 0 m 。 该油田由中国石化与伊朗国际石油公司共同 负责开发 ，项 目分为早期 、一期和二期三个阶段进 行 ， 现在进行到一期收尾工作。截止 目前 ， 从已完成 的钻井作业情况看 ， 该油田南部区块邻近伊拉克 ， 地 层不 同于中部和北部 区块 ， 呈现井漏 、 垮塌 、 压差卡 钻等多种复杂情况 。雅达区块二期作业将在南部区 块布大量的水平井 ，如何解决该区块水平井钻进过 程 中的各项施工难点 ，成为二期施工的重 中之重 。 本文综合分析 了南部区块施工井资料 ．提出 目前南 部区块所遇到问题的解决方案 ，可为该区块二期施 工提供参考和帮助 1 地质 工程概 况 1 ． 1 地质 简 介 雅 达 地 层 层 位 从 上 到 下 ，依 次 为 A g h a j a r i 、 G a c h s a r a n 、 A s m a r i 、 P a b d e h 、 G u r p i 、 I l a n 、 L a f a n和 S a r v a k 。与雅达 中部和北部相比， 雅达南部地层比较复 杂。实钻资料显示 ， 其主要 区别在于 ①南部区块提 前进 入G a c h s a r a n 地层 ， 需要提前将钻井液密度提至 1 ． 3 0 g ／ c m 以上 ； ② 南部区块P a b d e h 地层偏厚 ， 且南 部区块实际钻井资料显示 ，在A s m a r i 、 P a b d e h 、 G u r p i 和S a r v a k 地层 ， 尤其是P a b d e h 地层 ， 均有严 重漏 失 ， 这是中部和北部 区块所没有 的；③南部区块S a r v a k 地层低压高渗 ， 容易发生压差卡钻。 1 ． 2 工 程简 介 南部区块常见井身结构见表 1 。 表 1 南 部 区块 常 见 井 身 结 构 备注 按 照设计要求 ． 三开 水平段下 入外径中l 1 4 ．3 i n n的油层尾管 2钻 井液技 术难点 同雅达 中部和北部相比较 。雅达南部钻井施工 中 ， 钻井液的技术难点表现在如下几个方面 1 漏 失 该区域钻井过程中， 钻井液漏失问题比较突 出， 在 A s m a r i 、 P a b d e h 、 G u r p i 和 S a r v a k 地 层 钻 进 过 程 中 ， 均有较为严重的漏失。且漏失层位多 ， 漏点多 ， 漏速 大 ， 经常发生井口失返现象。 2 G a c h s a r a n 石膏 层 雅达南部 的G a c h s a r a n 石膏层 比中部和北部偏 软 ， 对钻井液污染严重 ， 石膏层发生蠕变程度大于中 部和 北 部 。 3 井壁稳定 雅达南部区块A s ma r i 地层 底部开 始出现页岩 ， P a b d e h 、 G u r p i 、 L a f a n 地层 的大段泥质灰 岩和泥页岩 作者 简介刘海鹏 ， 男， 1 9 7 9 年 出生， 黑龙 江齐齐哈 尔市人 ， 工程师 ； 2 0 0 3 年毕业 于石 油大学 华 东 应 用化 学专业， 现在胜利石 油_Y - 程有 限 公 司钻 井工程技 术公 司泥浆公 司从 事钻 井液的现场技术服务和 室内研 究工作 。地址 2 5 7 0 6 4 山东省东营市胜利石油 管理局 钻井工程技术公 司泥浆公 司泥 浆工艺研 究所 。电话 1 3 5 8 9 4 4 9 8 0 5 。E ma i l h a i p e n g l 1 6 3 c o rn 6 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 7 卷第 2 期 天 然 气 勘 探 与 开 发 水敏性强 ，井壁垮塌扩径严重 ， L a f a n 地层最大井径 扩大率达 1J 6 4 ． 2 ％。 4 压 差卡 钻 2 4 井在水平段钻进过程 中， 由于压差导致卡钻 5 Z Y , ； 2 5 井进入A点之前 ，压差卡钻1 次。南部区块 S a r v a k 地层低压高渗 ， 容易导致压差卡钻。 3 保证上部地层起下钻畅通 的钻井液 技术 上部地层主要钻遇A g h a j a r i 、 G a c h s a r a n 地层 ， 地 层是以泥岩 、 泥灰岩为主 ， 夹大量的硬石膏 、 软石膏 ， 并伴有高压盐水层 。大段泥岩段极易水化膨胀 、 分 散 ， 从而导致井眼缩径 、 钻井液黏切上升 ， 流型变差 。 进而影响钻井液的洗井能力， 容易造成滤饼糊井壁 。 起下钻遇阻。 钻遇石膏层和高压盐水层时 ， 石膏或者 高压盐水侵入会污染钻井液 ， 导致滤失量上升 ， 流型 变差 ， 影响井眼的清洁净化 ， 容 易导致起下钻遇阻。 根据 以上难 点 ， 采用K C 1 一 聚合物钻井液体系 ， 并针 对黏度 、 密度和滤失量的控制做如下三点强化 ， 使得 该区块 2 5 井创下了雅达 区块最快钻井记录， 节约钻 井周期5 ． 5 天。 3 ． 1 强化 黏度 上 高下低原 则 二开开钻时 ， 套管鞋钻进 ， 为了保证套管鞋处安 全钻进 ， 采用一开膨润土浆高黏切、 小排量钻进。钻 进至钻铤 出套管鞋后 ． 在上提排量同时， 将钻井液迅 速转化为K C 1 一 聚合物钻井液体系。转化 完成后 。 要 求钻井液黏切尽可能低 ，马氏漏斗黏度控制在3 0 ～ 3 5 s Z _ 间 ， 充分发挥水马力 ． 达到水力破岩效果。大 排量高返速会冲刷井壁，将吸附在井壁上的岩屑冲 刷掉 ， 使井壁有一定的扩大率。 实际钻井资料显示 ，二开阶段 ，凡是黏切高的 井 ， 井眼扩大率小 ， 但滤饼糊井壁严重 ， 起下钻困难。 3 _ 2 强化 密度 上低 下高原 则 在A g h a j a r i 地层钻进时 ，为保证起 下钻顺畅 ， 将 井内返出的钻井液经高效固控设备处理 ， 清除岩屑 ， 控制钻井液中的有害固相。钻井液中的固相含量控 制在5 ％～ 7 ％之问 ， 所形成的滤饼 非常 薄 ， 几乎达到 没有滤饼的效果。这样在A g h a j a r i 段钻进时 ， 井壁上 没有好的滤饼 ，就可以避免砂岩段因滤饼厚导致缩 径阻卡 。进入G a c h s a r a n 地层后 ， 由于有石膏层和高 压盐水层， 要求将密度提至1 ． 4 2 g C c m 。实际施工 中， 进, Ag h a j a r i 前3 O ～ 5 0 r n ， 工程上短起下钻一次 ， 以保 证加重前A g h a j a r i 层已钻完的井眼畅通 ．下钻到底 后 ， 在剩余的A g h a j a r i 层钻进过程 中， 先调整基浆性 能 ， 再迅速将密度调至1 ． 4 2 g ／ c m ， 然后调整流型 ， 再 进XA g h a j a r i 地层钻进 ，并保持密度不变至二开钻 完 。 3 ． 3强调 滤失量 上 宽 下窄原 则 A g h a j a r i 地层钻进 中， 在“ 低黏低切低密度” 的三 低体系下 ， 滤失量窗1 5要放宽 ， 控 1] A g h a j a r i 段滤失 量在2 0 ～ 3 0 mL 之间为宜 ，以有效提高机械钻速 ． 通 过快速渗透使发育欠压实的A g h a j a r i 井段岩性达到 渗透饱和， 再通过短起下钻将井壁上的滤饼刮除 ； 而 在进入G a c h s a r a n 时 ，由于密度和 固相 的大幅度提 升 ， 要求滤失量不能太大 ， 而滤失量太小又不能打出 很 好 的 井 眼扩 大 率 ， 所 以在 G a c h s a r a n 段 钻 进 ， 滤 失 量窗口要放窄 ， 控制滤失量8 ～ 1 0mL 为宜 4 漏层钻 井液技术 边 缘 区块 漏 层 主 要 发 生 在As ma r i、 P a b d e h、 G u r p i 和S a r v a k 层段 ， 以灰岩 、 泥灰岩为主 ． 夹泥岩 、 砂岩 ， 漏失严重 ， 严重影响钻井施工 。 4． 1 漏 层 处理原 则 1 漏层 强钻 原则 2 5 、 F 1 0 和 F 1 1 三 口井实 钻 资料显 示 ， As ma r i 、 P a b d e h 和S a r v a k 漏层属于裂缝性漏失 ，漏层分布没 有规律 ， 漏点多 ， 且具有连续性 。要求在三开钻进过 程 中， 发生井漏后 ， 在钻井液条件允许的情况下 ， 延 缓堵漏施工 ， 可以在钻井液 中加入 1 ％一 3 ％的随钻堵 漏剂或者直接用堵漏钻井液强行在漏层钻进 ，尽量 拖延至钻穿多个漏点后再进行堵漏施工 ，避免堵漏 完后 ， 钻开新地层又发生井漏 。 2 低密度防漏原则 雅达南部 2 5 井 、 F 1 0 井和F I 1 井实钻资料显示 ， A s ma r i、 P a b d e h和S a r v a k 地层均有大段漏层 ， 钻进过 程 中， 同雅达 中部和北部相比较 ， 采用低密度钻进 ， 以减少漏失 ， 保证漏层段钻进 。 4 ． 2井漏处 理技 术 雅达南部 区块F 1 0 井在 三开井段堵漏7 次 ， F l 1 井在三开井段堵漏7 次。有了前两 口井的钻井资料， 2 5 井三开钻进过程中， 合理优化钻井液和钻井各项 参数 。 仅三次堵漏就完成了该井的三开段施工。 2 5 井优化后的具体堵漏处理如下 1 As ma r i 和P a b d e h 地 层 在As m a r i 和P a b d e h 地层的漏层 。以低密度堵漏 钻井液强钻为主要施工手段。 工程上简化钻具结构 ， 且钻头不装水眼，以保证堵漏材料能够顺利通过钻 头水眼 ； 采用低密度钻井液钻开地层 ， 发生井漏后 ， 强行钻进 ， 在全井钻井液中加入堵漏剂 ， 为保证录井 65 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 4年 4月 出版 取岩屑工作 ， 只有极少量钻井液经过振动筛 ， 以减少 堵漏剂流失 。 根据漏速控制堵漏剂加量，控制漏速在小于3 O m 3 ／ h 钻进 ， 堵漏钻井液配方为 井浆 l ％～ 6 ％复合堵 漏 剂 1 ％～ 4 ％细云母 1 ％～ 6 ％细核桃壳 1 ％～ 2 ． 5 ％ 粗核桃壳 1 ％～ 4 ％中核桃壳 ，根据漏速控制合适的 堵漏剂浓度。 钻进至P a b d e h 层底部后 ， 再进行全井堵漏 ， 全井 堵漏时加大堵漏剂浓度 ，并加入钢性堵漏材料大理 石粉 ，充分起到架桥作用 ，堵漏浆具体 配方为 井 浆 8 ％复合堵漏剂 3 ％大理石粉 4 ％粗核 桃壳 8 ％ 中核桃壳 1 0 ％细核桃壳 4 ％细云母 3 ％锯末 。堵漏 材料总浓度为4 0 ％。 堵漏成功后 ，循环处理钻井液 ，筛干净堵漏剂 后 ， 将 钻井液密度提至 1 ． 2 5 g ／ c m ， 再 用干净井浆对 漏失井段做承压实验 ， 确保上部井段无漏失后 ， 再继 续钻 进 。 2 S a r v a k 地层 进入S a r v a k 地层后 ， 在井深2 7 5 1 m发生漏失 ， 漏 速5 m 3 ／ h， 加入随钻堵漏剂强行钻进 ， 从2 7 5 1 - 2 7 8 0 m 井段 ， 漏速5 ～ 1 5 m 3 ／ h ， 间断性漏速突涨 ， 证明该段井 下多个漏点。从2 7 8 0 ～ 2 8 0 0 m， 漏速恒定在9 ． 5 m3 ／ h ， 证明2 7 8 0 m 后 ， 井底再无漏点 ， 决定起钻下光钻杆堵 漏 。 该段漏层长2 9 m， 地层灰岩裂缝性发育 ， 漏速远 小于A s m a r i 和P a b d e h 层 ， 以前述堵漏浆配方为基础 ， 适当降低桥堵材料和纤维材料浓度 ， 具体配方为 井 浆 6 ％复合堵漏剂 2 ％大理石粉 3 ％粗核桃壳 6 ％ 中核桃壳 8 ％细核桃壳 2 ％细云母 3 ％锯末 。堵漏 材料总浓度为3 0 ％。 堵漏成功后 ，循环处理钻井液 ，筛干净堵漏剂 后 ， 再用干净井浆对漏失井段做承压实验 ， 确保漏层 井段无漏失后 ， 再恢复定向钻进。 3 S a r v a k 层 水平 段 钻进至3 5 0 3 m时 ， 再次发生漏失 ， 漏速1 m ／ h 。 钻 进至 3 5 2 3 m后 ， 漏速 突增 至5 m 3 ／ h 。 至 3 5 4 7 m． 漏速 在 5 ～ 8 m3 ／ h 之问波动。钻进至3 5 9 0 m， 漏速恒定在5 m 3 ／ h ， 判断3 5 4 7 m后再无漏点 ， 决定起钻下光钻杆堵漏 。 由于该段漏速较2 7 5 1 m段漏速小 ，岩性 同2 7 5 1 IT I段岩性一致， 判断同上段漏失性质相同， 为微裂缝 漏失， 堵漏浆配方及施工工艺 同上 ， 堵漏一次成功。 从F 1 0 井 、 F 1 1 井 、 和 2 5 井三 口井堵漏施工情况 看 ， 三开井段钻进首先要储备充足的钻井液量 。 以保 证发生井漏后 ， 有充足的钻井液进行强钻。 其次钻进 过程 中， 密度尽可能控制低些 ， 以减少漏失量。 最后 ， ． 6 6 ． 堵漏材料加量不能低7 3 0 ％， F 1 0 井和F 1 1 井 ， 前期 多 次配堵漏材料浓 度为2 0 ％～ 3 0 ％的堵漏浆 ，无法承 压。i i S 2 5 井 ， 堵漏材料浓度达N3 o ％～ 4 0 ％， 每次堵 漏均一次成功。 5防卡钻井液技术 雅达 南部 区块三开井段 S a r v a k 层位低压高渗 ， 越往南渗透性越强， 造成早期 2 4 井卡钻5 次 ， 降密度 后F 1 1 井卡钻 1 次 ， 2 5 井卡钻1 次。 该区块卡钻原因为压差卡钻 ， 所以， 降低密度后 如再发生卡钻 ， 具体处理步骤 为 ①迅速组织清罐 ； ②配制解卡剂， 加入柴油2 O IT I。 ， 加入解卡剂J K Z 5 t ， 搅拌3 0 mi n 后加入3 ． 5 m 水 ．然后加重至 1 ． 2 0 g ／ c m 井浆密度为 1 ． 2 6 g ／ c m ， 使用前加入4 桶快T； ③ 将 解卡剂 泵入井 内， 钻杆内预 留1 0 i n ， 每隔一小 时顶 替0 ． 5 i n ， 上 下反 复活 动钻 具 。 该区块卡钻原因为压差卡钻 ，结合各井的施工 经验 ， 采取以下措施来预防卡钻 1 维持合适 的钻井液密度 钻井 中要维持合理 的钻井液密度 ，防止发生井 涌 、 井漏等井下故障 ， 保证井控安全 。但 由于极易发 生压差卡钻 ， 在保证井下安全的情况下 ， 还要尽可能 保持较低的钻井液密度 ， 减小压差 。 2 提高封堵性和润滑性 ， 改善滤饼质量 在低压层井壁和钻具之 问形成一层致密的 、 具 有一定硬度的高效润滑保护层 ， 即“ 高效封堵润滑” 。 在钻进过程 中根据每 日钻井液补充情况 ，确定地层 的渗透性 ， 随钻加入超细碳酸钙 、 非渗透处理剂和沥 青类材料封堵地层孔隙 ． 对地层进行有效封堵 ． 减小 渗透量， 从而减少压差卡钻的风险。 加入足量液体润 滑剂的同时 ， 再选用不同粒度的石墨粉 、 玻璃微珠和 聚合醇 ， 充分改善滤饼的润滑性能 ， 调整滤饼质量至 最佳状态 ， 保证润滑剂能很好地发挥作用 ， 提高钻井 液的 润滑 和防 黏卡 能 力 ，保 证钻 进 及起 下钻 过程 安 全 顺 利 。 3 提高钻井液高温稳定性 保证钻井液 中抗高温材料的含量在2 ％一 3 ％， 控 制高温高压滤失量在1 0 m L 以内。 4 工 程方 面 要尽量简化钻具组合 ．减少钻具与井壁的接触 面积 ， 同时注意活动钻具 ． 减少钻具与井壁的接触时 间。 为防止钻屑和有害固相吸附在井壁 ， 尤其是在低 压高渗层 ， 每钻进一柱 ， 正划眼和倒划眼3 遍 ， 保证井 眼顺畅。最大限度地利用钻具把吸附在井壁的虚厚 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 7卷第 2期 天 然 气 勘 探 与 开 发 滤饼和有害固相刮掉 ； 并增大排 量 ， 冲洗井壁 ， 把井 眼清洗干净。 6井壁稳定处理和预 防 雅达区块中部和北部，三开井段主要以灰岩为 主 ， 井壁稳定 。 钻进期间无掉块。雅达南部三开井段 存在大量的页岩夹层，实钻资料显示 ，地层垮塌严 重 ， 采用K C 1 一 聚合物钻井液体系 ． 加入足量的K C I 抑 制页岩水化膨胀 。同时加入足量的沥青类防塌剂和 聚合醇。 以保证井壁稳定。 6 ． 1 井壁 失稳 机理 1 化学因素 S a r v a k 地 层 中泥 页岩 以伊 蒙混 层和伊 利石 为 主 ， 且混层比高 ， 属于极易水化分散 、 易剥落掉块地 层 ， 存在井眼失稳 的前提条件。 2 力学因素 S a r v a k 构造应力变化大 ，特别是水平应 力方向 有较大波动， 造成泥页岩的裂缝发育 ， 岩性整体稳定 性差。同时， 该套地层还存在较高的坍塌压力， 而实 际使用的钻井液密度又偏低 ， 钻进过程中， 井眼周围 岩石不能承受来 自地层内部和上下的挤压力而发生 井塌 、 掉块。 6 - 2 具 体技 术措 施 该井段可选用具有较强抑制性 、防塌护壁能力 强的K C I 一 聚合物钻井液体系。实践证明K 可有效提 高侵入到地层的钻井液滤液的抑制能力 ，减小泥页 岩的水化膨胀作用 ， 提高地层整体强度 ， 达到稳定井 壁的 目的。 在维护处理措施上，使用高分子聚合物可提高 钻井液滤液抑制性 ，减小滤液渗透压力的传递 。磺 化 酚醛树 脂 、磺化褐煤树脂 的加量应选择在 1 ％～ 1 ． 5 ％， 以增强钻井液抗温能 力。同时在体系中加大 沥青类防塌 | T C F D 和聚合醇等封堵剂 ， 封堵地层微 裂隙 ， 在近井壁带形成致密的内滤饼 ． 阻止滤液侵入 地层 ，并依靠聚合醇 中大量的羟基的吸附交联黏结 成膜 ， 降低滤失量 ， 提高滤饼韧性 ， 从而起到封 固稳 定井壁的作用。 为预防水敏性泥页岩的垮塌 ， 需不断 补充防塌剂浓度高的胶液 ， 维持体系的强抑制性。 7认 识 与 建 议 1 雅达南部区块上部地层钻进中 ，保持钻井 液低黏 、 低切 、 低 固相和适 当的滤失量 ， 可有效解决 上部地层起下钻阻卡问题。 2 雅达南部区块三开井段 ，通过采用低密度 钻进和适 当的漏层强钻 ，能够降低因井漏而造成的 钻井费用增加。 3 采用 合适 的钻 井液密度 并调整 好滤饼 质 量 ， 再强化钻井液的润滑性能 ， 能够有效避免S a r v a k 地层低压高渗造成的卡钻。 4 在选择合适 的钻井液密度的基础上 ，选择 K C 1 一 聚合物钻井液体 系 ， 并加大沥青类防塌剂和聚 合醇的加量 ， 能有效保证三开井段井壁稳定。 参 考 文献 1 王治法． 伊朗雅达 油 田复 杂井钻 井液技 术[ J ] ． 钻井液 与完 井液 ， 2 0 1 2 ， 2 9 5 ． 2 中油长城 钻井有限责任 公司钻井液 分公 司．钻 井液手册 [ M】 ． 石油工业出版社 ， 2 0 0 5 ， 0 7 ． 修改回稿 日期 2 0 1 3 1 2 3 1 编辑景岷雪 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m