新疆塔北地区优快钻井钻井液技术.pdf

第 3 1 卷 第 2期 2 0 l 4年3月 钴井 液与 完 井 液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLETI ON FLUI D Vo1 ． 3l NO． 2 M a r ．20l 4 d o i 1 O ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 1 1 新疆塔北地区优快钻井钻井液技术 肖金裕 ， 杨兰平 ， 周华安2 ， 孙俊 1 ． 川庆钻探T程公司钻井液技术服务公司，成都 ； 2 ． 川庆钻探T程公司二勘公司，新疆库尔勒 肖金裕等 ． 新疆塔北地 区优快钻井钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 2 3 9 4 2 ． 摘要针对塔北地 区 “ 长裸眼”钻井中极易发生渗漏、缩径阻卡、垮塌扩径等一系列问题，提出了优快钻井钻井 液技术，着重突出钻井液的强包被、强抑制、强封堵防塌特性，实现安全、快速钻井。介绍了塔北地区地层特点和技 术难点、相应的钻井液技术对策、钻井液体 系选择和技术要点以及分段钻井液技术。通过现场应用表明，优快钻井钻 井液技术具有强抑制、强包被、强封堵防塌特性，能解决 “ 长裸眼”阻卡和井眼稳定问题，对安全、快速钻井具有很 好的技术价值。 关键词 长裸眼钻井 ； 优快钻井 ； 缩径阻卡 ； 垮塌扩径 ； 抑制 ； 包被 ； 封堵防塌 中图分类号T E 2 5 4 I 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 40 2 0 0 3 9 ． 0 4 为了进一步提高塔北地区的勘探开发速度和产能 建设 ，塔里木油 田采用先进 的工艺技术 、优化井身结 构 ，实行 “ 长裸眼”钻井 ，从而加快钻井速度 、缩短 钻井周期 、提高钻井效率。由此 出现二开裸眼井段长 达 4 5 0 0 m 以上 ，上部裸眼浸泡时间较长，钻井液密 度较高，且穿越多个地层，存在多个压力系统，地温 梯度高 ，钻井中易 现渗漏 、缩径阻卡 、垮塌扩径等 一 系列问题 ，对优快钻井钻井液技术提出了更高的要 求。结合塔北地区以往钻井液使用经验，着重突出钻 井液的强包被 、强抑制 、强封堵防塌特性 ，形成一套 优快钻井钻井液技术。通过引入 2种天然大分子包被 剂来实现钻井液的强包被 、强抑制特性 ，通过引入长 纤维 刚性颗粒 柔性颗粒来实现强封堵防塌特性 ， 从而稳定井壁， 降低复杂时率， 实现安全、 快速钻井。 该钻井液技术在塔北地 区进行了成功应用 ， 井壁稳定 ， 井眼通畅 ，提速效果显著 [ I - 6 ] 。 1 地层特点及钻井液技术难点 1 塔北地区地层从上 而下主要有第 四系 、第 系、白垩系、侏罗系、 叠系、二叠系、石炭系、泥 盆系、 志留系、 奥陶系。但各区块地层缺失程度各异， 比如轮古 Ⅸ块缺失二叠系 、泥盆系和志留系 ，哈得 区 块缺失泥盆系 ，东和区块缺失 叠系和二叠系 ，哈拉 哈塘和热普区块地层较全。 2 上部第 系 库车组、康村组、吉迪克组、 古近系 砂泥岩互层 ，成岩性差 ，地层疏松，可钻性 好 ，钻速快 。但高渗透砂岩厚泥饼 、软泥 和膏质泥 岩水化膨胀易引起缩径阻卡。 3侏 罗系 、 叠系巨厚泥岩在压实过程中形成 了硬脆性 泥岩 ， 层理裂缝发育 ， 易 现剥落掉块 、 垮塌。 二叠系地层以火山灰凝灰岩为主 ，含少量火成岩 ，地 层较稳定 ，但易发生漏失。F } 1 于上覆压力大，地层温 度高，石炭系以下泥岩一般都乐实为硬脆性泥岩，易 发生掉块垮塌。奥陶系灰岩溶洞发育 ，易发生漏失。 4二开裸眼段长 ，钻井液渗漏量大 ．同裸眼多 个压力系统 同存 ， 井壁稳定及压差卡钻问题尤为突 。 5 井温高 有的井底温度在 l 6 0 以上 ，对钻 井液抗温能力要求高 。 针对 以上钻井液技术难题 ，提 m以下解决对策。 I 选用 2种分子量在 5 0 0万以上的天然大分子 包被剂 I ND3 0和 NMI ． 4来实现钻井液的强包被 、 强抑制特性。 2 引入长纤维 随钻堵漏剂 T P 2 或 T Y S D 1 ， 与刚性颗粒 超细钙 YX 和柔性颗粒 沥青类处理剂 复配使用，实现钻井液的强封堵防塌特性 第一作者简介 肖金裕，工程师，毕业于石油大学 华东 开发系泥浆专业，一直从事钻井液技术工作 地址 四川省成 都市成华区府青路一段 3号 ； 邮政编码 6 1 0 0 5 1；电话 1 8 6 9 6 6 2 8 1 9 8 ／ 0 2 8 8 6 0 1 0 8 2 4； E ma i l x i a o j y _ s c c n p c ． c o m． c n ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钻井液． Ib 完井液 2 0 1 4年 3月 2 钻井液体 系选择及技术要点 1 二开古近系以前，快速钻进阶段，除刚开钻 1 0 0 ～1 5 0 m维持较高黏度和切力保护套管外，重点 强调 “ 三低、两强、一高、两及时、一适度”钻井液 维护工艺，以保障提速 ①控制低密度 1 ． 1 0 ～1 ． 1 2 g ／ c H l 3 ； ②控制低黏度和低切力 黏度为 3 0 s ； ③ 维持低膨润土含量 2 5 ～3 0 g m ； ④强化 固相控制， 勤掏罐； ⑤强化包被能力， 维持大分子 I N D 3 0 N MI 一 4 复配 含量为 0 ．5 ％～0 ．6 ％； ⑥保持高滤失量 不考 虑加降滤失剂 ； ⑦及时封堵， 减少渗漏量 1 ％～2 ％ T P 一 2 及 T Y S D 一 1 ； ⑧及时短程起下钻， 拉划压实井壁； ⑨适度扩大井径 大排量配合冲刷 。该段聚合物钻 井液配方如下 。 膨 润 土 2 0 3 0 g ／ L 0 ． 5 ％～0 ． 6 ％大 分 子 I ND 3 0 NMI 一 4 1 ％--2 ％ T P 一 2 T YS D ． 1 2二开 白垩系底部 以上快速钻进阶段 ，重点强 调 “ 二低 、 二强 、 三及时 、 一适度”钻井液维护工艺 ， 以保障提速 ①维持低膨润土含量 3 0 g ／ L左右 ； ② 控制低黏度和低切力 黏度为 3 5 ～4 0 S ； ③强化 包被能力，维持大分子 I N D 3 0 N MI ． 4 复配 含量 为 0 ．4 ％～O ． 5 ％ ； ④强化固相控制，勤掏罐 ； ⑤及时 提高密度至 1 ．2 0 g ／ c m ； ⑥及时短程起下钻拉划压实 井壁 ； ⑦及时封堵，减少渗漏量 2 ％～3 ％ Y x 1 ％～2 ％ T P ． 2 ； ⑧适度控制滤失量 加重前必须 先加降滤失剂及沥青，防止形成结实的厚泥饼 。该 段聚合物钻井液配方如下。 膨润土浆 2 5 ～3 0 g ／ L 0 ．4 ％--0 ．5 ％ 大分子 I ND3 0 N MI ． 4复 配 1 ％--2 ％ T P ． 2 1 ％～2 ％ Y x 0 ．3 ％～0 ． 5 ％降 滤 失 剂 R e d u 1 T H J N 1 ％ ～ 2 ％ 白沥 青 NF A一 2 5 阳 离 子 乳 化 沥 青 S Y - A0 1 1 ％～2 ％ 液 体 润滑剂 L E ． 5 3二开侏罗系～三叠系～二叠系 ～石炭系 ～志 留系～奥陶系，以强包被抑制、强封堵和良好造壁 性防塌工作为重点，强调 “ 一低、一及时、二合理、 三强化”钻井液维护工艺，以保障井壁稳定 ①低 滤失量，A P I 滤失量控制在 5 m L以内，高温高压滤 失量控制在 1 2 m L以内 ； ② 及时提高密度，密度尽 量靠近设计上限 1 ．2 5 ～1 ． 3 0 g ／ c m ； ③ 合理的膨 润土含量 3 5 ～4 0 g ／ L左右 ，形成良好的泥饼 ； ④ 合理的流变性和携砂性控制 4 5 ～5 0 S ； ⑤ 强化固 控，尽可能用筛孑 L 为 0 ． 1 2 5 ～0 ． 1 5 4 m m的振动筛 ； ⑥ 强封堵防塌特性，保持 2 ％～3 ％ 沥青类防塌剂、 3 ％～5 ％ 超 细碳酸钙 、 1 ％～2 ％ T P 一 2； ⑦强包 被 抑 制 能力 ，维 持 0 ． 2 ％～0 ． 3 ％ 大 分 子 NMI ． 4 。 深井段聚磺钻井液主体配方如下。 0 ． 2 ％～O ． 3 ％ Na OH 0 ． 2 ％～0 ． 3 ％ NMI ． 4 0 ． 2 ％～0 ． 3 ％ R e d u l 2 ％～3 ％褐 煤 树 脂 S P N H 2 ％～3 ％ S MP 一 3 2 ％～3 ％ S Y - A 0 1 ／ 磺 化 沥 青 F T _ 1 A 2 ％～3 ％ 润滑 剂 -3 - 3 ％～5 ％ 超 细碳 酸 钙 Yx 1 ％～2 ％ 随钻堵漏剂 T P 一 2 加重剂 3 分 段钻井液技 术 3 ． 1 一开 4 0 6 ． 4 mm井段 1 开钻前 ， 在地面配制 1 5 0 2 0 0 m3 8 ％～ 1 0 ％ 膨润土浆和4 0 m 0 ． 1 5 ％大分子胶液， 充分水化备用。 2 距井 口 1 0 0 m 内采用膨润土原浆钻进 。1 0 0 1 1 3 后逐渐补入水化好的低浓度聚合物胶液。 3 在 4 0 0 5 0 0 m井段 由砂岩地层进人泥岩地层 ， 在 9 0 0 ～ 1 0 0 0 m井段由泥岩地层进人含膏泥岩地层 ， 由于岩性交替 ，易形成虚厚泥饼或缩径 ，起钻过程 中 易造成阻卡，原则上必须在该井段进行短程起下钻 ， 同时应适当加大胶液浓度，推荐每罐胶液配方为 4 0 m 井场水斗 0 ．3 ％～0 ．4 ％ NO 3 0 或N MI 一 4 4 ～6 包 。 4 在钻进过程中及时补充聚合物胶液维护液面， 并根据钻井液流变性变化补充水化好的膨润土浆或加 入 MMH提切剂携砂 。 5 全面开启固控设备，使用筛孔为 0 ． 1 8 ～0 ．2 8 m m的振动筛，振动筛、除砂器、除泥器和离心机使 用率达到 1 0 0 ％ 6 每 2 ～3 根单根排放一次尖锥罐沉砂，严控密 度的增长，完钻时控制密度为 1 ． 1 3 ～1 ． 1 5 g ／ c m 。 7 钻至设计井深后，采用稠浆携砂，然后井底 垫人高黏度防卡钻井液 井浆 膨润土浆 润滑剂 ， 保证 2 7 3 ．0 5 m m套管下入、固井施工顺利。 3 ． 2 二开 西2 4 1 ． 3 mm井段 3 ． 2 ． 1 古近系以前 1 固井后全面清掏尖锥罐、循环罐及过渡槽， 然后开启离心机将地面钻井液彻底净化。 2 地面储备 1 ～2 罐预水化膨润土浆和4 0 m。 1 ％ 聚合物胶液，钻塞时排掉井内混浆，加入适量纯碱除 钙。 3 二开后，及 时补充 大分子聚合物胶液 维 持较高液面，推荐每罐胶液配方 4 0 n 1 3 井场水 0 ． 5 ％～0 ． 6 ％ I ND 3 0 斗 _NMI 一 4 8 ～1 0 包 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 l 卷 第 2期 肖金裕等 新疆塔北地区优快钻井钻井液技术 4 1 4 要求每班加入 3 0 0 5 0 0 k g T P 一 2 T Y S D 一 1 ， 以减少 渗 漏 量。井深 3 0 0 0 m后 引人 O ． 5 ％～ 1 ％ NF A一 2 5进一步强化封堵 。 5 根据井浆的流变性和携砂情况，及时补充膨 润土浆。 6 全面开启固控设备，使用筛孔为 0 ． 1 8 ～O ．2 8 n l lr l 的振动筛，振动筛、除砂器、除泥器和离心机使 用率达到 1 0 0 ％。 7 每 2 ～3 根单根排放一次尖锥罐沉砂，短程 起下钻时彻底清掏尖锥罐和沉砂池及过渡槽 ，严格控 制密度的 自然增长。 8 防止吉迪克组膏质泥岩缩径阻卡，提密度前， 先短程起下钻拉划 压实井壁 ，然后控制滤失量在 1 0 mL以内，再提密度至 1 ． 1 5 g ／ c m 左右。 3 ． 2 ． 2 白垩系 1 进入白垩系后控制井浆密度为 1 ．2 0 ～1 ．2 2 g ／ c m 钻进，并按照上述配方加人各类处理剂 ，保持井浆良 好的包被抑制性、封堵润滑性和滤失造壁性。 2 及 时补充聚合物胶 液维持较 高液面，推 荐 每 罐 胶 液配 方 4 0 m 。 井 场 水 0 ．4 ％～0 ．5 ％ I ND3 0 NMI 一 4 6 ～8包 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％ R e d u l ／ T H J N 4 ～ 8包 。 3 要求每班加入 3 0 0 5 0 0 k g T P 一 2 T YS D． 1 ， 以减少渗漏量。 4 定期补充 NF A． 2 5 ／ S Y - A0 1和超细碳酸钙 ，进 一 步强化封堵。 配。井温升高后，可采用抗高温降滤失剂 J N J S 一 2 2 0 与 S P N H ／ S MP ． 3复配， 控制高温高压滤失量在 1 2 m L 以内。 4 强化井浆的包被抑制特性 ，继续保持 N MI 一 4 含 量为 0 ． 2 ％～O ． 3 ％，进入石炭系后 可保持大分子浓 度为 0 ． 1 ％～O ． 2 ％。 5 提高封堵防塌能力，强化泥饼质量，防止硬 脆性泥岩 的剥蚀性掉块及井壁垮塌 ，在三叠系 ～二叠 系维 持 1 ％～2 ％T P 一 2 、 3 ％～5 ％ 超细碳 酸钙 、 2 ％～3 ％S Y - A0 1 。原则上井温较低时 ，以NF A一 2 5 和 S Y - A 0 1 为主， 井温较高时，S Y - A 0 1 可复配F T - 1 A 使用 。 6 保持井浆中润滑剂的含量为 2 ％～3 ％ ，防 止沥青糊筛。原则上浅井段以油溶性润滑剂 L E 一 5 为 主 ，深井段 以抗温润滑剂 R H 一 2 2 0和 T Y R F 一 1 为主。 7 推荐每罐胶液配方 4 0 m 井场水 6 ～8 包 Na OH 6 ～ 1 0 包 S P NH 6 ～ 1 O 包 S MP ． 3 2 ～ 6 包 N MI 一 4 ，视情况复配R e d u l／ J N J S ． 2 2 0 。同时必须 定期 向井浆中补充 Y X、T P 一 2 、 N F A ． 2 5 ／ S Y - A 0 1 ／ F T - 1 A、L E 一 5 ／ R H 一 2 2 0 ／ T Y R F 一 1 ，保持其有效含量。 8 加强 固控，使用筛孔孔径不小于 0 ． 1 8 0 to n i 的振动筛、一体机使用率达 1 0 0 ％，离心机使用率达 5 O ％ 以上 。 9 电测和下套管作业前，根据井下情况配制润 滑性能极佳的封闭液，以确保电测和下套管作业的顺 利进行 。 、， 堂 ．人 ％ ～ 2 ％ 润 滑 剂 L 5 ， 保 持 良 3 ． 3 三 开 1 7 1 ． 5 m m 井 段 好 的 润 滑 防 卡 性 能 。 一～ ⋯一 6 加 强 净 化 ，使 用 筛 孔 孔 径 为 0 ． 1 5 4 ～0 ． 1 8 0 m n l 的振动筛，振动筛和一体机使用率达 1 0 0 ％，离 心机使用率达 5 0 ％以上，并勤排尖锥罐沉砂，控制 密度的 自然增长。 7督促工程及时短程起下钻拉划压实井壁。 3 ． 2 ． 3 侏罗系一 奥陶系 1 进入侏罗系前开始转化为聚磺体系，转化前 彻底净化井浆，尽可能清除劣质固相，控制膨润土含 量为 3 0 3 5 g m。提前做好室 内转化实验 ，并根据室 内配方，将处理剂配成高浓度胶液，均匀补充人井。 2 密度控制原则 侏罗系为 1 ．2 4 ～1 ．2 5 g ／ c m ， 三叠系为 1 ．2 5 ～1 ． 2 7 g ／ C m3 ，二叠系为 1 ． 2 7 ～ 1 ． 3 0 g ／ c m ， 石炭系以下为 1 ． 2 6 ～ 1 ． 2 7 g ／ c m 。 3进侏罗 系后加强滤失造壁性控制 ，AP I 滤失 量最好控制在 5 m L以内，可采用 R e d u l 与 S P N H复 1 采用上部井段钻井液钻水泥塞 ，即将钻完水 泥塞时，适量补充胶液 ，将钻井液性能调至设计范围 再进行正常钻进。 2 按设计要求，目的层段使用低矿化度钻井液 体系，c 1 一 含量不超过 2 0 0 0 0 mg ／ L 。 3 进 入 目的层前， 井场应准备足够数量的加重料、 高密度钻井液和一定数量堵漏材料，以备压井和堵漏 时急用。 4该井 段要注意预防 H7 S ，加强坐 岗，根据需 要加入除硫剂， 同时将钻井液的p H值提高到9 ． 5 以上。 5 注意油气层保护，钻井液性能要达到设计要 求，特别是钻井液密度要控制在设计范围之内，钻至 油气层 前 5 0 m处 ，加 人 3 ％～5 ％超细碳 酸钙 2 ％～3 ％ 油溶性树脂，保护油气层。 6 电测、下套管通井起钻前，注人防卡封闭钻 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 铅井液与 完 井液 2 0 1 4 年 3月 井液 劣质固相含量低、黏度和切力适中、抗高温』生 堵，可解决井壁稳定问题。 能好、润滑性好 ，确保施工安全。 参 考 文 献 4现 场应 用 该套优快钻井钻井液技术在塔北地区的应用取 得了较好的效果，应用井均安全顺利完钻，且与同区 块、同类型井比较， 钻井周期明显缩短， 如表 1 所示。 由表 1 可以看出，轮古 7 1 8 井钻井周期仅为 3 9 ．3 d ， 全井平均机械钻速为 l 3 ．5 3 m ／ h ，比邻井钻井周期至 少节约 3 - 3 ～2 3 ． 5 d ，提速效果显著 。在热普 7 0 0 4井 应用优快钻井钻井液技术配合 P D C 螺杆，钻井周期 较同区块井提前至少 8 d以上。 [ 2 】 表 1 应用井轮古 7 - 1 8井与邻井钻井周期对比 [ 3 ] 注 L G 7 ． 1 8井为应用井，其他为对比井。 5认 识 及 结论 1 ． 2 种分子量高达 5 0 0 万以上的天然大分子包被 剂组成的 “ 双保”聚合物钻井液技术具有强包被、强 抑制特性，可有效提高上部软地层的机械钻速。 2 ． 低膨润土含量、低黏度和低切力配合大排量有 效冲刷井壁， 并及时拉划，可解决长裸眼砂泥岩地层 阻卡问题。 3 ． 采用长纤维 刚性颗粒 柔性颗粒 形成 强封 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 史鸿祥，杜晓勇，商勇，等 ． “ 双保”型改性天然高分子基 钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 4 ，2 1 6 2 8 3 0 ． S h i Ho n g x i a ng，Du Xi a o y o n g，S h a n g Yo n g， e t a 1 ． A mo d i f i e d n a t u r a l p o l y me r d r i l l i n g f l u i d f o r b o t h o i l ／ g a s r e s e r v o i r p r o t e c t i o n a n d e n v i r o n me n t c o n t r o l [ 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 4 ，2 1 6 2 8 3 0 ． 王建栋 ． 塔河油田三开井段井眼失稳机理分析及控制 [ J ] ． 石油钻探技术，2 0 0 3 ，3 1 1 6 3 ． 6 4 ． W a n g J i an d o n g ．An a l y s i s o f t h e me c h a n i s m o f h o l e i n s t a b i l i t y i n t h i r d s p u d s e c t i o n i n t a h e o i l fi e l d [ J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g T e c h n i q u e s ，2 0 0 3 ，3 1 1 6 3 6 4 ． 魏新勇，刘庆来 ． 塔河油田钻井液技术现状及对策 [ J ] ． 石 油钻探技术，2 0 0 2 ，3 0 2 4 1 4 2 ． We i Xi n p e n g ，L i u Qi n g l a i ． D r i l l i n g fl u i d t e c h n i q u e s t a t u s a n d g a me s i n t a h e o i l fi e l d [ J ] ．P e t r o l e u m Dr i l l i n g T e c h n i q u e s ， 2 0 0 2 ，3 0 2 4 1 4 2 ． 贾建文 ． 塔河地区上部地层阻卡的处理措施 [ J ] ． 钻井液与 完井液 ，2 0 0 2 ，1 9 3 4 9 ． 5 0 ． J i a J i an we n ． S o l u t i o n s f o r t h e o v e r p u l l i n g a n d d r a g p r o b l e ms i n t h e u p h o l e s e c t i o n i n t a h e o i l fi e l d [ 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 ，2 0 0 2 ，1 9 3 4 9 ． 5 0 ． 张冬玲，薛玉志，马云谦 ，等 ． 无 固相抗高温钻井完井 液在渤深 6区块的应用 [ J 】 ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 8 ， 2 5 1 1 2． 1 4． Zh a n g Da n g l i n g，Xu e Yu z h i ，M a Yu nq i a n，e t a 1 ．T he a p p l i c a t i o n o f s o l i d f r e e h i g h t e mp e r a t u r e d r i l l i n g flu i d i n B o s h e n 6 a r e a[ J 】 ． Dr i l l i n g Fl u i d C o m p l e t i o n Fl u i d ， 2 0 0 8 ，2 5 1 1 2 ． 1 4 ． 武学琴，李公让 ，李斌，等 ． 胜利油田无固相抗高温钻 井液体系的研究和应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 5 4 l 一 4 3 ． W u Xu e q i n g， Li Go n g r a n g，Li Bi n，e t a l ，Th e s o l i d f r e e hi g h t e mpe r a t u r e d r i l l i n g flui d s ys t e m r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n i n s h e n g l i o i l fi e l d [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d C o m p t i o nFlu ／ d ， 2 0 0 5 ，2 2 5 4 1 ． 4 3 ． 收稿 日期2 0 1 3 ． 1 2 ． 1 7 ；HG F 1 4 0 1 N 4 ；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m