有机盐钻井液在水平井BHW01井的应用.pdf

第 3 2卷 第 2期 2 0 1 0年 3月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI L LI NG PRODUCT1 0N TECHN0L0GY Vo l _ 3 2 No ． 2 Ma r ．2 01 0 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 0 0 2 0 0 3 40 4 有机盐钻井液在水平井B HW0 1 井的应用 张 岐 安 徐 先国 付 建国 汤 红 玲 安 炳 西部钻探准 东钻井泥浆公 司， 新疆阜康8 3 1 5 1 1 摘要 B H W0 1 井区地质情况复杂， 易出现窜漏和散塌等复杂事故。 经室内实验和配方优选， 形成了有机盐钻井液体系配方。 现场应用表明， 该体系钻井液固相容量高， 抑制性好， 防塌能力强， 在高密度情况下， 流变性良好， 易于维护调整， 为三台油田水 平井的钻井以及高密度下水平井的钻井液技术积累了宝贵的经验。 关键词有机盐钻井液；水平井； 防塌；防卡；欠平衡钻井 中图分类号T E 2 5 4 文献标识码A Ap pl i c a t i o n o f o r ga ni c s a l t dr i l l i ng flui d t o BHW 0 1 we l l Z H A N G Q i’a n ， X U X ia n g u 0 ， F U J ia n g u o ， T A N G H o n g l in g ， A N B in g Z h u n d o n gDr i l l i n gMu dC o m p a n yo fW e s t e r nDr i l l i n gE n g i n e e r i n gC o r p o r a t i o n ， Z h u n d o n g8 3 1 5 1 1 ， C h i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e c o mp l i c a t e d g e o l o g i c c o n d i t i o n s a n d i n c i d e n t s wh i c h m i g h t o c c u r a t BHW 0 1 we l l ， s u c h a s c h a n n e l i n g a n d l e a k a g e ， t h e o r g a n i c s a l t d r i l l i n g flu i d s y s t e m f o r m u l a i s d e v e l o p e d ， t h r o u g h i n d o o r e x pe r i m e n t s a n d f o r mu l a o p t i mi z a t i o n ． F i e l d a p p l i c a t i o n s h o ws t h a t t h e d r i l l i n g fl u i d s y s t e m f e a t u r e s i n h i g h s o l i d - p h a s e c a p a c i t y , g o o d i n h i b i t i o n ， a n d s t r o n g a n t i c o l l a p s e c a p a b i l i ty, a s we l l a s b e t t e r r h e o l o g i c a l p r o p e r t y i n t h e c a s e o f h i g h d e n s i t y , wh i c h ma k e s i t e a s i e r t o b e ma i n t a i n e d a n d a d j u s t e d ． T h i s c o u l d b e v a l u a b l e r e f e r e n c e t o t h e d r i l l i n g o f h o r i z o n t a l we l l s i n S a n t a i Oi l fi e l d a n d h i g h d e n s i t y d ril l i n g fl u i d t e c h n o l o g y o f h o riz o n t a l we l l s ． Be s i d e s ， u n d e r b a l a n c e d d ri l l i n g i s f u l fi l l e d a t t h e t h i r d s p u d h o r i z o n t a l s e g m e n t o f BHW 0 1 we l 1 ． Ke y wo r d s o r g a n i c s a l t d r i l l i n g fl u i d ； h o r i z o n t a l we l l ； a n t i c o l l a p s e ； a n t i -- s e i z e ； u n d e r b a l a n c e d d ri l l i n g B H W0 1 井是新疆准噶尔盆地东部三 台油 田北 3 2井 区西地 一号背斜 的第 1口水 平井 ， 完钻井深 3 0 1 1 ． 3 4 I n 。该井自上而下钻遇的地层有第四系 O、 新近系 s 、 古近系 E、 三叠系 T 克拉玛依组 、 烧房沟 组 、 韭菜圆组 、 二叠系 P 梧桐沟组 、 平地泉组 、 石 炭系 C 巴塔玛依 内山组 。 目的层为石炭 系巴塔 玛依内山组油藏 。该井 区地质情况复杂， 易发生井 塌卡钻和井漏、 井喷等井下复杂事故。为实现该地 区第 1 口水平井 B H W0 1 的钻井工作， 经室内实 验和配方优选 ， 确定采用高浓度的有机盐和配套 的 包被剂、 降滤失剂、 提切剂， 配合使用白沥青、 阳离子 乳化沥青等处理剂形成的有机盐钻井液体系。现场 应用表明， 该体 系钻井液固相容量高 ， 抑制性好 ， 防 塌能力强 ， 在高密度情况下 ， 流变性 良好 ， 润滑防卡 效果好 ， 易于维护调整 ， 为顺利完成 B H W0 1 井 的钻 井任务提供了钻井液技术保障。 1 B Hw0 l 井工程简况 Br i e f d e s c r i p t i o n o f we l l BI I 、 VO 1 B HW0 1 井用 0 4 4 4 ． 5 mm钻头一开， 表层钻井 深度 4 4 6 In ；二开段采用 0 3 l 1 ．2 m m钻头， 直井段 钻至 2 4 7 7 ． 3 6 r n ， 斜 井段从 2 4 7 7 ． 3 6 m增斜 钻进， 钻 至 靶 窗入 口 2 8 8 4 ． 7 2 m 垂 深 2 7 5 8 ． 1 5 m、 井斜 角 8 1 ． 1 6 o ， 下人 0 2 4 4 ．5 mm技术套管， 固井水泥浆返 至井深 2 1 4 4 ． 5 0 m；三开段采用 02 1 5 ． 9 mm钻头钻 至 3 0 1 1 ． 4 3 I T I 1 T I ， 垂深 2 7 7 0 ． 6 2 1 1 3 ， 方位角 2 6 4 ． 3 0 。 ， 井 作者简介张岐安， 2 0 0 5 年毕业于西安石油学院， 现任准东钻井泥浆公司经理。通讯作者， 汤红玲， 电话 0 9 9 4 3 8 3 0 0 2 6 ， E ma i l z d n j t h l 1 6 3 ．c o rn。 张岐安等 有机盐钻井液在水平井B H W0 1 井的应用 3 5 斜角 8 3 ． 8 0 。 ， 水平位移 3 8 2 ． 7 2 m。 2 技术难点 T e c hn i c a l d i mc u l t y o f d r i l l i n g fl u i d 1 表层第四系黄土和砂砾石未成岩， 欠压实， 胶 结性差， 极不稳定， 极容易发生漏失和窜漏现象。 2 新近系、 古近系地层发育棕红色膏质泥岩 ， 水 敏性强 ， 钻井液性能波动大 ， 流变性难以控制 ， 钻井 中易缩径卡钻 。 3 三叠系烧房沟组 T s 、 韭菜 园组 T lj 存在大套 红色泥岩 ， 遇水极易发生水化膨胀 和分散 ， 易发生井 塌和卡钻。并且还存在 C O 、 HC O ‘ 的离子污染 的 现象， 更加重了泥浆性能的恶化 。 4 新生界地层压力系数低 ， 三叠系、 二叠系 、 石 炭系地层压力系数高， 压力变化较大， 漏、 喷、 塌共存 的可能性较大。 5 石炭系局部孔洞、 裂缝发育， 极易发生漏失 。 6 本井斜井段和水平段钻遇的地层是二叠系梧 不稳定、 岩屑床、 黏附卡钻等钻井风险。 3 钻井液研制及性能评价 De v e l o p me n t a n d p e rfo r ma n c e e v a l u a t i o n o f d ril l i n g fluid 针对北 3 2 井区的钻井难点， 为保证该区第 1口 水平井 B H W0 1的顺利完 成 ， 确定采用有机盐钻井 液体系， 该体系主要由有机盐和配套的包被剂、 降滤 失剂 、 提切剂以及 防塌护壁剂 白沥青和阳离子乳化 沥青等组成。 3 ． 1 有机盐钻井液基本配方 Ba s e r e c i p e o f o r g a ni c s l a t dr flH ng flu i d 3 ％ ％膨润土浆 1 ％R e d u l 2 ％V i s c o l 0 ． 1 0 ． 2 ％ X C O ． 3 ％K OH 4 0 ％有 机 盐 2 ％ 防塌 白沥 青 3 ％ 阳离子乳化沥青 1 ％润滑剂 2 ％QC X I I ％WC ． 1 重晶石粉。 3 ． 2 基本性能评价 Fu n da me n t a l pe r f o r ma n c e e v a l u a t i o n 桐沟、 平地泉组和石炭系巴塔玛依 内山组 ， 存在井壁 钻井液性能评价结果如表 1 所示。 表 1 有机盐钻井液性能评价结果 T a b l e 1 Pe r f o r ma n c e e v a l u a t i o n o f o r g a n i c s l a t d r i l l i n g fl u i d 3 ． 3 膨胀性试验 Dila t a b i l i t y e x p e r i me nt 采用标准土 ， 1 0 5 o C 烘干 4 h ， 压力 4 MP a ， 时间 5 rai n ， 制成厚 1 2 mn q的岩样 ， 1 6 h膨胀试验数据见 表 2 。岩心长度 1 3 1-fl l-n ， 两个配方的膨胀率分别为 4 ．6 ％和4 ．4 ％， 说明该体系抑制水化膨胀能力强。 表 2 钻井液膨胀性实验结果 T a b l e 2 La b o r a t o r y fi n d i n g s o f d r i l l i n g fl u i d d i l a t a b i l i t y 时 间 ／ l l 膨胀量 ／ mm l配方 滤 液 3配 方 滤液 3 ． 4 页岩滚动回收率试验 Sh a l e o v e r r o l l i ng r e c o v e r y r a t e t e s t 采用第三系的岩样， 混合研磨过 2 0 ～ 4 0目筛放 于不同密度的有机盐钻井液中恒温 1 2 0℃滚动 1 6 h ， 结果见表 3 。可以看出， 该体系抑制泥页岩水化分散 能力强。 表 3 页岩滚动回收率试验结果 T a b l e 3 T e s t fi n d i n g s o f s h a l e o v e r r o l l i n g r e c o v e r y r a t e 3 ． 5 耐黏土侵试验 Cl a y i n v a s i o n r e s i s tanc e t e s t 耐黏土侵试验结果表明 表 4 该体系抑制黏 土的水化分散能力强。 3 ． 6 抗钙能力评价 Ca l c i u m t o l e r a n t c a p a b i l i t y e v a l u a t i o n 如表 5 所示， 该体系钻井液抗钙离子污染能力强。 3 ． 7 有机盐钻井液抗温性能评价 T e mpe r a t ur e t o l e r an t pe r f o r ma n c e e v a l u a t i o n o f o rg a n i c s a l t dr i l l i n g flu i d 将表 1 中的 3种钻井液在 1 5 0℃温度下滚动 l 6 h ， 结果如表 6 。 3 6 石油钻采工艺 2 0 1 0年 3月 第 3 2卷 第 2期 配方 P m 一 ， FL ． ， 。 4 现场应用 F． e l d a p p l i c a ti o n 4 ． 1 二开段 4 4 6 - 2 8 8 4 m ， 钻头 03 1 1 mm S e c o n d s p u d s e c t i o n 4 4 6 2 8 8 4 m 。 d r i l l b i t 0 3 1 1 m m 配方 3 ％～ 4 ％ 膨 润 土浆 1 ％R e d u I 2 ％V i s c o 1 0 ． 1％～ 0 ． 2 ％X C 0 ． 3 ％K OH 4 0 ％有 机盐 2 ％ 防塌 白沥青 3 ％ 阳离子乳化沥青 1 ％润滑剂 2 ％QC X． 1 1 ％WC l 重晶石粉 。 二开按上述配方 的加人顺序和加量配制二开有 机盐钻井液。钻井液配制完成 、 性能达到设计要求 后， 直接用二开钻井液钻水泥塞。本井用该体系钻 水泥塞过程 中钻井液性 能稳定 ， 说明该体系抗水泥 污染能力强。 二开段钻井液设计密度为 1 ． 1 5 ～ 1 ． 5 5 g ／ c m ， 现场 施工中以 DC指数压力监测和井下实际情况为准则 ， 在钻井液中有机盐含量达到 3 5 ％以前不得使用重 晶石粉加重 ， 维护钻井液时 ， 胶液有机盐的浓度达到 4 0 ％ 以上 。 二开所钻遇的新生界 第四系 O 、 新近系 s 、 古 近 系 E 地 层 4 5 5 ～ 1 6 4 0 m， 密度 控制在 1 ． 1 5 ～ 1 ． 3 5 g ／ c m ， 黏度 4 5 ～ 8 O S ， AP I 失水不 大于 5 mL， 含砂保 持小于 0 ． 5 ％， 摩 阻系数始终保持不大 于 0 ． 0 8 7 5 ， 初 切 ／ 终 切 2 ～ 7 ／ 3 ～ 1 5 P a ， 动 切 力 维 持 在 5 ～ 1 8 P a 。新近系、 古近系地层发育棕红色膏质泥岩 ， 水敏 性强 ， 钻井液性能波动大 ， 流变性难 以控制 ， 易发生 缩径卡钻。钻井 中控制有机盐 的量在 4 0 ％ 以上， 用 V i s c o l 、 XC调整钻井 液的悬 浮携岩 能力， 用 R e d u l 严格控制滤失量 ， 从而有效地抑制 了地层造浆和井 眼缩径 ， 钻井液性能稳定 ， 提下钻顺利。 三叠系克拉玛依组顶界至造斜点 1 6 4 0 ～ 2 4 7 3 ． 9 6 m ， 钻井液密度 1 ． 3 5 ～ 1 ． 5 5 g ／ c m 。继续保持 以上钻 井液性能 ， 并加入 2 ％ 防塌 白沥青和 3 ％ 阳离子乳化 沥青 ， 有效抑制大套红色泥岩水化膨胀和分散 ， 提高 防塌护壁能力 ， 防止该段地层 的垮塌。同时， 在进人 三叠系前加入 0 ． 2 ％ 的 C a O增强钻井液 的抑制性 ， 并防止 C O 、 H C O 一 的污染。 进人造斜段后 ， 保持以上处理剂的加量 ， 同时加 入润滑剂和 C a C O ， 进一步提高钻井液的润滑性和 封堵性， 滤饼始终保持薄、 韧、 滑的特性， 减少钻屑在 滤饼上的黏附。井斜 0 -- 4 0 。 井段， 以强化钻井液封 堵能力 ， 增 强钻井液防塌性能和润滑性为主。井斜 4 O ～ 9 0 。 井段， 钻井液性能控制除与上部井段相同外， 特别加强 了钻井液流变性能的控制 ， 保持合理的 、 张岐安等 有机盐钻井液在水平井B H W0 1 井的应用 3 7 读数 ， 增强钻井液的携带能力和悬浮能力 ， 从而有 效防止岩屑床。 4 ． 2 三开水平段 2 8 8 4 - 3 0 1 1 ． 3 4 m， 钻头 02 1 6 mm T h i r d s p u d h o r i z o n t a l s e c ti o n 2 8 8 4 3 0 1 1 ． 3 4 m， d r i l l b i t 02 1 6 mm 三开同样采用有机盐钻井液体系， 但钻井液配 方调整为 3 ％ 4 ％膨润土 1 ． 5 ％R e d u 1 2 ％V i s c o l 0 ． 2 ％XC 0 ． 3 ％KO H 3 0 ％有机盐 2 ． 5 ％ 防塌 白沥青 2 ％润滑剂 2 ％Q C X． 1 1 ％WC l 重晶石粉。 因为三开实施欠平衡钻井 ， 所以钻井液密度调 整为 1 ． 2 5 ～ 1 ． 3 0 g ／ c m ， 为了保持钻井液良好的流变性 和悬 浮能力 ， 黏度控制在 6 0 ～ 9 0 S ， 静切力 8 ～ l 2 P a ， 动切提高至 8 ～ l 5 P a ， 失水仍然小于4 m L ， 滤饼摩阻 系数小于 0 ． 0 6 。 三开水 平段欠 平衡 钻进 时控制井 口回压 3 ～ 5 MP a ， 为防止井塌和保护油气层 ， 钻井液 中始终保持 2 ． 5 ％ 防塌 白沥青 、 2 ％QC X． 1 和 I ％WC ． 1 ， 以形成致 密高强度的“ 屏蔽环” ， 同时， X C的加量提高到0 ． 2 ％， 以增强钻井液 的悬浮携带能力 ， 防止井下复杂情况 的发生。 三 开后 在石 炭 系共 见 5层 显示 ， 其 中最上 部 2 9 0 7 ． 0 0 ～ 2 9 1 4 ． 0 0 1 T I 显示最好 ， 往下 2 9 2 9 ． 0 0 ～ 2 9 3 6 ． 0 0 m、 2 9 3 9 ． 0 0 - 2 9 4 7 ． 0 0 1 1 1 显 示 稍 差 钻 井 液 相 对 密 度 1 ． 2 9 ～ 1 ． 3 0 ，而 2 9 8 7 ． 0 0 ～ 3 0 0 2 ． 0 0 1T I 气 测 异 常 总体 也偏 低 ， 荧 光显 示 也 变差 ， 钻 井 液相 对 密 度 1 ． 2 6 ， 从 而 判 断 2 9 8 7 ． 0 0 ～ 3 0 0 2 ． 0 0 m 的录 井 显 示 较 2 9 0 7 ． 0 0 ～ 2 9 4 7 ． 0 0 I l l 差 ， 因此推测溢流井段主要为上 部的2 9 0 7 ． 0 0 ～ 2 9 4 7 ． 0 0 1T I 。 为了更好地开发上部地层 ， 油公司领导现场决定提前完钻 ， 完钻井深 3 0 1 1 ． 3 4 IT I 原设计井深为 3 2 1 7 m 。 4 ． 3 现场使用效果评价 Fi e l d a p pfi c a t i o n e f f e c t s t u d y 1 有机盐钻井液具有很好的抑制性。在钻进到 第三系棕红色膏质泥岩地层时 ， 钻井液的性能稳定 ， 未发现地层造浆 ， 钻屑均匀、 干净 ， 内部干燥 ， 测量膨 润土含量没有上升的现象 ， 说 明该体系钻井液有非 常强的抑制性。 2 造壁I生 好。通过降失水剂 R e d u l 、 无荧光白沥 青 N F A． 2 5和阳离子乳化沥青改善滤饼质量， 降低滤 失量 ， 形成润滑性好的滤饼， 达到防塌 、 防卡的 目的。 全井的摩阻系数都控制在0 ．0 8 以下， 保证了井下安全。 3 钻井液性能稳定， 流变性好， 触变性小。全井 都表现出很好的流变性， 漏斗黏度 5 0 ～ 9 0 S ， 塑性黏 度 1 6 - 4 6 mP a - S ， 流性指数 0 ． 5 5 ～ 0 ． 7 5 ， 其他性能都能 稳定地控制在设计范围内。 4 悬浮携带能力强。斜井段和水平段钻进中能 及时将钻屑有效带出， 井眼干净 ， 未发生严重阻卡现 象。 5 固相 含 量相 对 较低 。在 密度 提 高到 1 ． 2 5 g ／ c m 以前有机盐钻井液可 以最大限度地清除有害 固相， 可大幅降低摩阻和循环压耗， 有利于发挥水力 破岩作用， 提高钻速。 6 该井施工中除发生井漏外 ， 未发生其他井下 复杂事故。 5 结论 Co n c l u s i o n 针 对 B H W0 1 井 区地质情况复 杂， 可能 出现窜 漏 和散塌等复杂事故 ， 经室内实验和配方优选 ， 形成 了有机盐钻井 液体 系配方。现场应用结果表 明， 有 机盐钻井液具有很好的抑制性 ， 达到防塌、 防卡的 目 的， 且性能稳定 ， 具有较好 的流变性， 能够为类似储 层水平井的钻井 以及高密度下水平井的钻井液技术 提供借鉴。 参考文献 Re f e r e n c e s [ 1 ] 罗平亚 ． 泥浆X - ． 艺原理 [ M]． 北京石x - ,3 k出版社， 1 981 ． L U O P i n g y a ． S l u r r y t e c h n o l o g y p r i n c i p l e[ M j． B e i j i n g P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 1 9 8 1 ． [ 2] 李克 向 ． 钻井手册 [ M]． 北京石 油工艺 出版社， 1 99 0． L I K e x i a n g ． D r i l l i n g t e c h n o l o g y m a n u a l l M J ． B e i j i n g P e - t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 1 9 9 0 ． [ 3 ] 鄢捷年 ． 钻井液5 - 艺学 [ M ]． 山东东营石油大学出 版 社 ． 2 0 0 3 0 3 ． Y AN J i e n i a n ． T e c h n i c s o n d r i l l i n g f l u i d l M J． D o n g y i n g P e t r o l e u m Un i v e r s i t y o f Ch i n a P r e s s ， 2 0 0 3 0 3 ． 修改稿收到 日期2 0 1 0 0 2 ． 0 6 [ 编辑付丽霞 ]