油基钻井液在百色盆地那读组水平段的应用.pdf

第 3 1 卷 第 6期 2 0 1 4年1 1月 铭井液与 完井液 DRI LLI NG FLUI D CoM PLET1 0N FLUI D 、 厂 oI _ 3l No． 6 No v ．2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 0 9 油基钻井液在百色盆地那读组水平段的应用 杨国兴 ， 李尧， 周成华， 马春平， 樊志刚， 王权阳 中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院，四川德阳 杨国兴等 ． 油基钻井液在百色盆地那读组水平段的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 6 3 3 3 5 ． 摘要 百色盆地那读组泥岩微细层理裂缝发育，极易发生破碎性井壁 恶性应力坍塌，超过 3 5 。的定向井在那读组 钻进 中均出现过恶性坍塌井壁失稳情况。研究了那读组泥页岩发生恶性坍塌的机理，介绍了用水基钻井液钻该 区块那 读组第一口非常规水平井KX H井二开斜导眼段出现的复杂情况。现场应用表明，水基钻井液体系不能解决那读组大 斜度井段 3 5。 和水平段的恶性垮塌问题。因此，在 KX H井的水平段采用国产油基钻井液体 系进行了钻进，整个 水平段钻进顺利，钻速较快，同时很好地保护了油气层，解决了坤 8 块油藏KX H井水平钻进技术难题。 关键词 非常规水平井 ； 恶性坍塌 ； 油基钻井液 ； 破碎性地层 ； 那读组地层 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 40 6 - 0 0 3 3 ． 0 3 百 色油 田位于广 西西部百色盆地 ，盆地 面积约 8 3 0 k m z ，属陆相第三系残 留型盆地。那读组在盆地 广泛发育，是盆地油气勘探开发的主要 目的层之一。 然而，百色盆地下第三系那读组 E ，n 泥页岩的坍 塌一直是多年来严重制约钻井速度提高的主要因素。 盆地 内花茶 、那坤 、上法 、雷公、仑 圩等 5区块 已 钻 的 1 2 2口直井 、定 向井 资料 的统计分 析表 明 有 3 4 ． 4 3 ％ 的井发生过程度不 同的那读组泥页岩井壁失 稳 ，而该区域防塌成功的井 ，最大井斜角均没有超过 3 5 。 ，超过 3 5 。 的定向井在那读组均呈现出恶性坍塌 井壁失稳情况 ，造成起下钻频繁遇阻 ，长井段划眼， 严重者甚至划出新井眼、埋钻具等井下复杂，导致钻 井周期严重超期 ， 严重影响了该 区块的勘探开发进程。 鉴于该区块那读组的井壁失稳技术难题 ， 该区块那读 组 的水平井钻进暂时还处于探索阶段。介绍了国产油 基钻井液在该区块那读组第一口水平井的成功应用。 1 那 读组 泥 页岩恶性坍塌机 理 1 ． 1 那读组岩性分析 通过对那读组矿物岩样组分进行分析得 到 伊蒙 混层占2 0 ．8 4 ％， 伊利石占3 0 ． 8 7 ％， 高岭石占3 9 ．8 8 ％， 且伊蒙混层中蒙脱石的比例为 1 6 ．9 ％。当钻开那读组 地层时，受钻井液及其滤液的作用，伊蒙混层、伊利 石和高岭石容易水化分散和膨胀 ，发生井壁失稳 。那 读组岩样的阳离子交换容量为 4 ． 3 5 ～1 5 ． 2 3 mmo l ／ 1 0 0 g 干土， 亚甲基兰含量为 6 ． 2 1 ～1 6 ． 6 7 mmo l ／ 1 0 0 g干土 ， 可见那读组泥页岩具有一定的水化能力。 对那读组泥页岩的电镜分析表明 那读组岩心微 细裂缝十分发育，裂缝尺寸在 1 ～1 0 g m之间，大多 数在 5 I x m左右。岩心微孔隙发育 ，形状不规则 ，分 布范围广 ，孔 隙平均尺寸为 1 g m 见表 1 。更重要 的是岩心上 的微孔由较多的微裂缝贯穿，由于这一特 性，钻开那读组地层时，由于毛细血管的吸附作用以 及压差作用，使得钻井液及其滤液更多地渗入到地层 内部，如果钻井液抑制性能不好，则会加剧那读组泥 页岩的水化作用。众所周知 ，蒙脱石水化能力强 ，而 伊利石水化能力弱得多，因此当伊蒙混层中蒙脱石水 化膨胀时而伊利石不产生膨胀或很少膨胀，从而导致 混层晶层间膨胀力和膨胀体积不一致，产生晶层的断 裂 ，表现为那读组泥页岩的水敏破碎性坍塌 [ 1 - 5 ] o 表 1 那读组泥页岩岩心孔 隙大小分布 第一作者简介 杨国兴，工程师，1 9 7 0年生，现在主要从事钻井液技术工作。地址 四川省德阳市金沙江西路 6 9 9号钻井 工程研究院油化所 1 0 0 7室 ； 邮政编码 6 1 8 0 0 0； 电话 0 8 3 8 2 6 0 7 0 2 5； E ma i l y d y 7 0 2 s i n a ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锫井液与 完井液 2 0 1 4年 1 1月 1 ． 2 那读组地层恶性坍塌力学分析 百色盆地在沉积形成过程 中经历过 2次剧烈 的、 旋转方向相反的扭转，造成盆地内断块发育，地层倾 角大 ，一般大于 3 0 。 ，个别如花茶、那坤 区块局部可 达 7 0 ～8 O 。 以上。断层附近应力集 中，存在着地层压 力异常 ， 且压力分布范围广 ， 不具统一性。实钻表明， 地层坍塌压力系数为 1 ． 1 0 ～1 ． 5 4 ，花茶、那坤区块地 层压力系数偏高 ，凸起构造压力系数偏低 。据西南分 公司工程技术研究院研究表明，那读组地层的坍塌压 力系数为 1 ．3 0 ～1 ． 3 5 ，与实钻基本吻合，因此钻井过 程中当钻井液密度偏低 、液柱压力不足以平衡地应力 的释放时，就会发生那读组井壁的失稳。 由电镜分析 已知 ，那读组 页岩上 的微孔 和微 细 裂缝相当发育 ，当钻开那读组地层时构造的原始应力 就会沿微裂缝释放 ，这就会大大削弱泥岩间本来就不 牢固的黏聚力，导致井壁的剥落崩塌。这一点可由实 钻中取 出的岩心 见图 1 得到证实 岩心刚出筒时保 持完整 ，在空气中 自然存放 2 4 h以上时散成小碎块 ， 碎块间有明显的镜面擦痕。很显然，水化作用产生的 膨胀力会增强这种构造应力作用， 从而加剧井壁失稳。 岩心表观图 岩心在空气中存放 2 4 h后 图 1 坤 3 0 井那读组岩心情况 1 ． 3 工程因素影响 下钻速度过快或钻井液黏度切力过高、开泵过猛 时均会产生较大的激动压力， 对井壁有一种瞬时的“ 锤 击”效应 ，会对黏聚力不足 的那读组泥页岩井壁产生 较强的剪切破坏。实钻 中下钻到底开泵憋泵后发生卡 钻事故 ，即是这种 “ 锤击”应力释放造成井壁坍塌的 结果。起钻过程 中钻具遇卡硬拨或黏度 、切力过高 、 起下钻速度过快都会造成井 内负压而使井壁泥页岩在 地层压力作用下向井内 “ 流动” ，最终造成井壁失稳。 2 国产油基钻井液在 K X H井的应用 2 ． 1 KX I t 井钻遇的复杂情况 K XH井是 坤 8区块 的一 口非 常 规水 平 井 ，钻 遇层位从上至下依次为第 四系、建都岭组、伏平 组 、百 岗组 、那读组 ， 目的层 为那读组 二段砂岩油 层。K XH井 二开斜导眼段 ，采用百色 区块防塌效 果 好 的正 电胶 聚合醇 防塌水基 钻井 液钻进 ，钻达井 深 2 0 9 7 ． 3 2 m、 井斜为 4 8 。 时开始出现井下复杂 ， 短程起 下钻过程中出现阻 、卡、划眼情况 。在 1 9 5 5 ～2 1 2 5 m井段划 眼过程 中，从井下返 出较 多粒径 达 5 0 mm 的大块状垮塌物，在此井段发生多次卡钻 ，活动后解 卡 ，随后划眼至 2 2 4 3 m恢复钻进。随后定向钻进至 2 4 2 7 ． 2 i n后 ， 起钻更换钻具 ， 倒划眼困难 ， 阻卡严重 ， 倒划眼至 2 3 3 0 m 出现卡钻 ，反复活动后解卡 ，起至 2 1 1 0 m后恢复正常起钻。随后下钻 ，多次更换钻具 组合 ，在井深 2 1 0 0 m附近反复划眼困难 ，遇阻、挂 卡现象严重，不能正常钻进 ， 后该井决定回填侧钻。 该井侧 钻至井深 l 9 4 8 ． 4 8 m 时开始 出现井壁 失 稳情况 ，从井深 1 9 4 8 m至井深 2 2 6 4 In井下出现不 同程度的起钻遇阻 、划眼、憋泵等复杂情况。钻进至 2 2 6 4 m起钻时出现井下严重复杂情况 ，后反复划眼， 继续钻进 至井深 2 4 2 2 m起钻 测井，共测井 5次 ，2 次顺利，3次遇阻，测井 通井 时出现井下复杂并划眼 划 出新井眼，多次反复划眼通井后提前固井 见表 3 。 2 ． 2 K XH井复杂原因分析 根据 已有 的研 究成果和实钻 经验 ，利 于井 壁防 塌的安全钻井液密度分布规律为 盆地构造高部位在 1 ． 3 5 g ／ c r n 3 左右 ；中部位在 1 ． 5 0 g ／ c m 左右 ； 低部位 在 1 ． 5 5 g ／ c m 左右，但该井设计钻井液密度在该段最 高为 1 ．3 5 g ／ c ，对防止井壁失稳不利。 KX H井客观上处 于构造 的中高部位 ，是盆地 内 那读组最易坍塌的区域之一 ，研究证明该区域那读组 泥岩微细层理裂缝发育，极易发生破碎性应力井壁坍 塌 。在垂深 2 1 5 0 m处存在断距 3 0 r n的断层 ，断层 应力释放 ，加剧了地层的应力挤压破碎 ，造成局部井 眼垮塌。该井 是该区域第一 口非 常规水平井 ，在 那 读组 的易塌段井斜角最低 为 4 5 。 ，最大井斜角为 7 9 。 2 3 0 5 ． 3 1 In 处 ，而该 区域防塌成功的井 ，最大井斜 角均没有超过 3 5 。，客观上造成钻具对井壁的碰撞而 加剧地层的破碎性坍塌 ，加之这一层段钻遇断层 ，2 者叠加显著，加剧井壁失稳。为确保三开水平段钻进 顺利 ，决定在三开采用柴油基钻井液。 2 ． 3 油基钻井液的现场应用 2 ． 3 ． 1 国产油基钻井液的现场配制 根据研究结果 ，采用油基钻井液配方如下。 柴油 水 油水 比为 8 0 2 0 3 ． 0 ％ 主乳 化剂 MO E I ． 0 ％ 辅 乳 化 剂 MO C I ． O ％ 润 湿 剂 MO W 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 6期 杨 国兴等 油基钻并液在百色盆地那读组水平段的应用 3 5 2 ． 0 ％C a O 3 ． 0 ％ 有 机 土 3 ． 0 ％ 降滤 失 剂 MO T 0 ． 5 ％ 提切剂 HS V 5 ． 0 ％ 乳化封堵剂 MO R 2 ． 0 ％树脂类封 堵剂 MOF 2 ． O ％纳米封堵剂 MO N重晶石 配制 的油基钻井液性能 良好 ，加重循环后油基钻 井液性 能较为稳定 ，流变性能趋于优化 、滤失量低 、 泥饼质量好 ，能够满足地层和现场施工要求 ，见表 2 。 表 2 钻进前油基钻井液性能 注 高温高压滤失量测定温度为 1 2 0 。 2 ． 3 ． 2 应用效果 实钻过程中 ，国产油基钻井液解决了百色盆地那 读组易于发生恶性坍塌井壁失稳的技术难题，水平段 井壁稳定 ，未发生掉块和垮塌事故 ，同时很好地保护 了油气层 ，解决了坤 8 块油藏 K X H井水平段钻进技 术难题 ，如表 3所示。 表 3 KX H 井水 平段 不同井深处油基钻井液 的性能 注 高温高压滤失量测定温度为 1 2 0℃。 由表 3可知 ，水平段国产油基钻井液密度和滤失 量均较为稳定 ，满足钻进要求 ； 全井段动切力较为稳 定 ； 漏斗黏度和塑性黏度随进尺增加呈缓慢上升趋势 ， 这是由于随着水平段的延长，适当提高黏度有利于携 砂和井壁稳定 ，同时油基钻井液中固相含量的缓慢增 长也是黏度缓慢增长的重要因素。 3 结论 与认 识 1 ． K XH井位于百色盆地田东凹陷中央断凹带坤 8 块油藏中部，处于该区块那读组井壁坍塌最严重区块 之一 ，加之钻遇断层的影响，加剧了该井井壁失稳的 复杂程度。 2 ． K X H井是该区块第一口非常规水平井，大井 眼、大斜度钻进时 ，水基钻井液不能解决该区块那读 组井壁失稳难题 ，不能满足钻进要求。 3 ． 油基钻井液在 K XH井水平段进行应用 ，解决 了该 区块井壁失稳技术难题 ，为该 区块进一步勘探开 发积累了宝贵经验 ， 并指明了下一步勘探开发 的方向。 参 考 文 献 [ 1 ] 朱海军，章平 ． 百色盆地那读组地层防塌钻井液技术研 究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 8 ，2 8 5 2 2 2 4 ． Z h u Ha ij u n ，z h a n g P i n g ． Dr i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y f o r b o r e h o l e s t a b i l i z a t i o n i n n a d u f o r ma t i o n i n b a i s e b a s i n [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 0 8 ，2 8 5 2 2 ． 2 4 ． [ 2 ] 黄进军 ，罗兴树 ． 百色盆地花茶那坤地区那读组泥岩结 构特征和理化性能研究 [ J ] ． 西南石油学院学报，1 9 9 5 ， l 7 1 5 4 ． 5 5 ． Hu a n g J i n j u n，L u o Xi n g s h u ． S t r u c t u r e f e a t u r e s a n d p h y s i o c h e m i c a l p r o p e r t i e s o f na d u z u s ha l e o f h u a c h a， n a k u n a r e a i n b e s e b a [ J ] ． J o u r n a l o f S o u t h we s t C h i n a Pe t r o l e u mi n s t i t u e，1 9 9 5 ， 1 71 5 4 ． 5 5 ． [ 3 ]3 张珍，樊志刚，周成华，等 ． 百色油 田那读组防塌钻井 液技术 [ c ] ／ ／ 全国钻井液完井液学组工作会议暨技术交流 研讨会论文集 ，2 0 1 2 ． Z h a n g Z h e n， F a n Zh i g a n g， Z h o u Ch e n g h u a ，e t a 1 ． Bo r e h o l e s t a b i l i z a t i o n i n n a d u f o r ma t i o n i n b a i s e b a s i n [ C ] ． ／ ／ Na t i o n a l Dr i l l i n g a n d Co m pl e t i o n Fl u i d T e c h n i c a l E x c h a n ge C o n f e r e n c e ，2 0 1 2 ． [ 4 ] 刘厚彬 ． 泥页岩井壁稳定性研究 [ D ] ． 四川成都 西南石 油大学，2 0 0 6 ． L i u Ho u b i n ． S t u d y o n w e l l b o r e s t a b i l i t y i n s h a l e f o r ma t i o n [ D] ． C h e n g d u S W P U ，2 0 0 6 ． 【 5 ] 岳前升，向兴金，李中，等 ． 油基钻井液的封堵性能研 究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 6 ，2 6 5 4 0 ． 4 2 ． Y u e Qi a n s h e n g ，Xi a n g Xi n g j i n，L i Z h o n g ，e t a 1 ． S md y o n s e a l i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f o i l b a s e d d r i l l i n g flu i d a n d i t s a p p l i c a t i o n [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 0 6 ， 2 6 5 4 0 ． 4 2． 收稿 日期2 0 1 4 ． 4 6 ；H GF 1 4 0 3 F 4 ；编辑付碉颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m