延平1水平井煤层气绒囊钻井液实践-.pdf

I 第 3 。卷 第 4期 油号田开发l 3 90 IL A N D G A S F E L D D E V E L O P M E N T I 油 号 田 开 发 I 延平 1 水平井煤层气绒囊钻井液实践 匡立新 郑垣 袁明进 胡江浜 1 冲 国石油化工股份有限公司华东分公司， 江苏镇江2 1 2 0 0 0 2 ． 北京力会澜博能源技术有限公司 ， 北京 1 0 2 2 0 0 摘要 延平 1井是鄂尔 多斯盆地东缘延川南 区块东部平 台 区的第一 口煤层 气水平排采 井， 目的层 为 山西组 2 煤层。 一开采用膨 润土钻 井液 ， 完钻井深 1 4 0 m， 下入 q 2 4 4 ． 5 m m套管 1 3 9 m； 二开采用聚 合 物钻 井液 ， 完钻 井深 1 0 3 1 m， 下入 q b 1 7 7 ． 8 mm套 管 1 0 3 0 m； 三开采用绒囊钻 井液 以提高机械钻 速 、 稳定井壁 。 煤层气绒囊钻井液 由成核剂、 成膜剂 、 囊层剂 、 绒毛剂等专用处理剂组成 ， 添加 K C 1 提 高抑制性 。钻井液 密度 1 ． 0 5 ～ 1 ． 1 1 g ／ c m。 ， 切力 2 ． 5 ～ 8 P a ， 动塑比 0 ． 3 5 - 0 ． 8 5 P a ／ mP a S 。1 0 d完成设计井 深 1 7 2 9 ． 5 9 m， 完钻井深 1 7 3 2 m， 顺利下入 l 1 4 _ 3 1 T i m 筛管至井深 1 7 2 5 ． 4 m。 三开段平均机 械钻速 5 ． 0 9 m ／ h ， 7 2 h不循环 井壁稳定 ， 不影 响井 下信号传输 ， 一次性 与延平 1 一 V井对接成功 。完钻 后通 井 划 眼 2次 ， 后对储层段静置破胶 4 8 h后 ， 用清水顶替破胶液 ， 破胶液粘度接近清水。 关键 词 绒囊钻井液 ； 煤层气 ； 水平井 ； 应用 文献 标识 码 A 文章编号 1 0 0 6 5 5 3 9 2 0 1 2 0 4 0 0 3 9 0 4 1 绒囊钻井液组分及作用机理 研究可循 环泡沫钻井液 和微泡钻井液 发现 ， 仿照生物细胞结构研发 的绒囊钻井液 ， 比可循环泡沫 钻井液和微泡钻井液防漏堵漏能力更强 ， 还具有提高 机械钻速和稳定井壁等功能。绒囊钻井液主要 由成核 剂、 成膜剂、 囊层剂 、 绒毛剂等专用处理剂配制而成 ] 。 绒囊钻井液以水 或盐水或固相颗粒水或油 为连 续相 ， 通过表面活性剂 、 聚合物处理剂的物理 、 化学作 用 ， 自然产生 的粒径 1 5 ～ 1 5 0 m、 壁厚 3 ～ 1 0 m 的绒 囊为分散相 ， 形成稳定的气 或液 液 固分散体系。除 了密度 0 ． 8 5 - 1 ． 5 0 g ／ e m 可调外 ， 还具有 自匹配漏失通 道高效防治漏失 的功能 ，强剪切稀 释性有效悬 浮携 带 ， 自脱壳解除堵塞长效保护储层等特点。 绒囊结构由内向外依次 由气核 、 表面张力降低膜 、 高粘水层 、 高粘水层 固定膜 、 水溶性改善膜 、 聚合物高 分子和表面活性剂浓度过渡层等 “ 一核二层三膜 ” 组 成。球形绒囊的中心包裹着气体 ， 作为绒囊的核 ， 称为 气核 ； 在气核外壁吸附着一层表面活性剂 ， 可以降低气 液界面张力 ， 使气核汇集能量 ， 称为气液表面张力降低 膜 ； 在气核外聚集着一个水层 ， 是由于气液表面张力降 低膜上的表面活性剂亲水端的水化作用以及亲水端间 的缔合作用形成的， 粘度远远高于连续相 ， 称为高粘水 层 ； 高粘水层外表面在极性作用下吸附表面活性剂 ， 形 成维持高粘水层高粘状态的表面活性剂膜 ，称为高粘 收 稿 日期 201 2 -03 -21 基 金项 目 国家创新基金项 目“ 油气井承压能力研究 ” 资助 1 0 Z 1 2 2 作 者 简 介 匡立新 1 9 6 6 一 ， 男 ， 江苏江都人 ， 高级工程师 ， 博 士， 主要从事石油钻井 管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 岩的上、 下部往往存在炭质泥岩或泥质含量很高 的劣 质 煤 屑 ， 吸水 性强 ； 在水平 井 段 钻进 时 ， 井 眼 煤 系 由于 受上覆压力以及大于支撑力的重力 ， 煤岩失去力学稳 定性 ， 井壁容易失稳 、 坍塌 。 2 ． 4 J Ill 煤层 水 平井 井眼不 规则 为降低对接未成功后侧钻的难度 ， 定 向过程 中在 水平段增设两个台阶， 在平滑 的井眼轨迹 中多了 2个 凹点 ， 凹点 的存在会增快岩屑床 的形成 。凹点不仅会 增加施工过程 中起下钻 、 划眼、 下筛管的难度 ， 而且会 增加钻柱与井壁的接触面积 ， 增大摩 阻 刚 。 2 ． 5泥 浆处 理 困难 现场储备钻井液的泥浆罐少且容量小 ， 但土池容 量可达 1 8 0 I l l_ ， 钻井液材料消耗量随之增大。若施工 过程中长时间停工或遭遇恶劣天气 ， 钻井液的性能会 受到破坏 ； 由于对地下情况预测不准确 ， 钻井过程 可 能会 钻 遇 恶性 漏失 及 坍塌 掉 块 地层 ， 当井下 情 况 复 杂时 ， 由于储备罐不足 ， 很难及时配制钻井液 ， 土池中 的钻 井液 又无法利 用 ， 容 易加重井 下复杂 情况 。 2 ． 6固控设 备不 完善 钻遇煤层时 ， 机械钻速高 ， 煤层 中的煤粉 导致 钻 井液 中的固相含量升高 ； 钻遇泥页岩层 时， 机械钻 速 慢 ， 导致部分岩屑反复研磨 ， 增加钻井液中的固相含 量。若固控设备不齐全或不能及时将钻井液 中的固相 含量控制在 0 ． 3％以下 ， 会使钻井液密度升高 ， 液柱压 力增加 ， 压漏地层 ； 固相含量过高 ， 润滑性降低 ， 摩 阻 和扭矩增大 ， 不利于井下安全 1 引 。 2 ． 7新设备需要磨合 为保 证顺 利施 工 ， 增 加 延平 1 井 与延平 1 一 V井 的 对接成功概率 ， 施工现场调用进 口新型定向设备E WD。 新设备的投入 ， 不仅需要调试 、 磨合 ， 还要在试用 的同 时培养操作人员。钻进过程 中定 向次数 、 时间的增加 ， 会对安全快速钻进 、 井壁稳定造成一定的影响 。 ， 3解 决思路及方案 3 ． 1 利用绒 囊 处理 剂可 降解 性保 护储 层 储层段采用无固相绒囊钻井液钻进 ， 该钻井液是 由多种大分子构成的有机物合成体 ， 在地层压力和温 度 的共 同作用下 ， 绒囊结构有效暂堵煤层 ， 避免储层 深部污染 。在储层段加入粘土抑制剂 ， 抑制煤系地层 中的粘土分散 ， 降低堵塞通道 、 影响产能的可能性。该 有机合成体可以在高温高压下分离 ， 在地层细菌 的作 用下降解 ， 也可配制破胶剂 ， 进行循环破胶或静置储 层段破胶 ， 达到降低储层损害的 目的。 l oI L AND GAS FI ELD DE 第 3 VE 0卷 L OPME 第 4 N T 与田开发I4 1 O I 油 号 田 开 发 I叶 l 3 ． 2 利 用绒 囊密 度性 应对地 层 漏失 煤层气开采过程中， 地层压力不足， 地层压力系数 降低 ， 常规钻井液体系开采过程容易造成过平衡。 绒囊 钻井液密度调节范围广 可在 0 ． 8 5 - 1 ． 5 g , c m 间任意调 节 、体系性能稳定。通过改变钻井液体系中囊泡 比 例 ， 有效平衡漏失地层压力 ， 减小压漏地层的可能 ； 对 于漏失地层 ， 绒囊钻井液在进入漏失通道时 ， 低剪切 速率下的高粘度特性使得高分子 聚合物在井壁形成 薄粘膜 ， 增加 流体进入地层的阻力 ， 提高地层 的承压 能 力 ， 保 证施 工顺 利进 行 。 3 ． 3 利用绒囊多种高分子特性提高钻井液性能 绒囊钻井液由于 自身结构 的特殊性 ，加入成核 剂 、 成膜剂经过循 环后 ， 提 高 了囊泡含量 ， 增加 动塑 比 ， 有效改善携 岩能力 ， 保证井 眼清洁n ； 加入囊层 剂 、 绒毛剂 ， 保证囊泡的稳定性 ， 在地层温度和压力的 共 同作 用下 ， 改变囊泡体 积 ， 增加流体进入地层的阻 力 ， 提高地层承压能力 ， 在薄粘膜的作用下 ， 有效 降低 滤失量 ； 加入一定量的粘土抑制剂 ， 防止粘土矿物水 化分散 、 膨胀 ， 提高了绒囊钻井液的抑制性 ， 维持井壁 稳定 ， 有效防止因坍塌掉块弓 l 发的井下复杂 。 3 ． 4调整 绒 囊钻 井液性 能 利用现场现有条件和 自然条件 ， 通过 内循环调整 绒囊钻井液性能 ， 保证绒囊钻井液密度满足钻井作业 要求 ； 增加动力设备的投入 ， 充分发挥 固控设备的作 用 ， 降低 固相含量 ， 保证绒囊钻井液的润滑性 ， 减少摩 擦力 ， 维持井壁稳定 ， 确保井下安全。 3 ． 5加强管理 每天 定 时定 点 召开 工作 小 结 ， 各 部 门汇报 工 作 内 容及 问题 ， 分析工程进展情况 、 出现 问题 的原因及 下 步计划。增加各部门工作人员 ， 提高工作效率 ， 严格执 行进度计划， 保证各项数据的准确性。 4现 场应 用 延平 1 井一开井段采用膨润土钻井液 ， 无复杂事 故 ， 钻进顺利 ； 二开井段采用常规聚合物钻井液 ， 无复 杂事故发生 ， 钻进正常 ， 但 由于流变性的限制 ， 携岩效 果 一 般 ； 三 开水 平 段 采 用 绒 囊 钻 井 液 ， 整 个储 层 段 钻 进过程无复杂事故发生 ， 顺利完钻。 4 ． 1 钻井液配方调整 延平 1 井三开储层水平段采用绒囊钻井液体系 清水 O ．4％ - 0 ． 6 ％囊层剂 0 ． 6％ - 0 ． 8％ 绒毛剂 0 ． 0 5％～ 0 ． 1 ％成核剂 0 ． 6 ％- 0 ． 8％ 成膜剂 5 ％～ 1 0％ KC I ； 在储层 水平段钻进 ， 加入囊层剂 、 绒毛剂提高体系粘度切力 ， 保证钻井液具有足够强的携岩能力 ； 加入成核剂维持 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I l 4 2 I 天 然 与 与 石 油 1 年 月 。 一 l N il I 2 0 1 2 。 8NATU RA L G AS A ND O IL ’ 体系中绒囊数量 ， 控制漏失 ， 有效保护储层 ； 加入 K C 1 ， 增强绒囊钻井液抑制性 ， 维持井壁稳定。 4 ． 2施工 过程及 性 能 2 0 1 1 年 7月 2 5日配制绒囊钻井液 ， p H值为 7 ， 密 度 1 ． 0 5 g ／ c m ， 动切力 7 P a ， 动塑比0 ． 7 7 P a ／ m P a S 。正常 钻进 2 4 h后停钻 ， 由于螺杆损坏 ， 更换新螺杆。 2 0 1 1 年 7月 3 0日， 更换螺杆完毕 ， 校正 E WD数据正常 、 检修 设备正常后 ， 开始钻进至完钻。中途起下钻 2次 ， 更换 钻头、 划眼， 短起下钻 2次 ， 划眼。施工过程 中， 根据钻 遇地层及钻井液施工设计要求 ， 通过施工队伍 自制的 剪切漏斗加入不同的处理剂维护钻井液性能 ， 满足正 常钻进要求。三开段钻井液密度保持 1 ． 0 8 - 1 ． 1 0 g ／ c m ， 漏斗粘度 3 5 s 以上， 失水小于 4 mL ／ 3 0 m i n ， 动切力 2 ．5 ～ 8 P a ， 动塑 比 0 ． 3 5 o ． 8 5 P a ／ mP a s 。 5结论与认识 延平 1 井三开井段采用绒囊钻井液钻进 ， 使用过 程中 ， 配制 、 维护方法简便 ， 保持井壁稳定 、 防止煤层 坍塌 ， 及时携带出煤层夹矸少量 掉块 ， 阻止了岩屑床 的形成 ； 不影响新型定 向设备 E WD的使用， 保证施工 顺利进行 ； 有效提高机械钻速 ， 缩短钻井周期 ， 大幅度 节约井 队、 定向 、 录井 、 地质勘探等费用 ， 取得了 良好 的社会效益与经济效益 ， 同时为延川南 区块煤层气钻 井开拓出一条新的思路 。 绒囊钻井液体 系稳定 ， 配制 简单 ， 不需要附加特 殊设备 ， 在连续相 中直接加入处理剂即可配制出绒囊 钻 井液 。 a 防漏能力强。绒囊钻井液依靠 自身特殊的囊泡 结构 ， 通过循环调节钻井液体 系中囊泡 比例 ， 实现低 剪切速率下的高粘度 ， 使高分子聚合物在井壁形成薄 粘 膜 ， 增加流体 进入地层 的阻力 ， 有效封堵 了漏失地 层 ， 降低滤失量 ， 有利于储层保护。 b 承压能力强 。延 1 井地层压力系数 0 ． 4 7 6 、 延 2 井地 层 压力 系数 0 ． 4 0 3 、 延 4井地层 压 力 系数 0 ． 4 1 7 2 ； 延 1 井 2 煤层埋深 9 3 6 ． 2 ～ 9 4 1 ． 1 I n ， 厚度 4 ． 9 r n 。根据 试 井结 果 ， 实测 储 层 压力 位 4 ． 3 7 9 7 MP a ， 由此 推 断延 平 1 井的压力系数为 0 ． 4 5 。延平 1 井施工过程中钻井 液密度 1 ． 0 8 ～ 1 ． 1 0 g ／ c m 。应用绒囊钻井液在高于地层 压力系数下工作正常 ， 提高地层承压能力 ， 为提高钻 井液密度控制井壁失稳创造了条件。 c 流变性好 。可循环绒囊钻井液动塑 比高 ， 有利 于携带岩屑 ，避免重复破碎。钻进过程中可携带 出 6 9 ． 0 8 g煤层夹矸掉块 。 大量固相存在 ， 依然维持较好 的流变性 ， 有效地解决 了岩屑床问题。 d 不影响其它作业。一般微泡钻井液在应用过程 中， 由于含大量气泡 ， 在应用 E WD时 ， 信号传输 能力 差 ， 影响施工顺利进行 ， 绒囊钻井液虽然是泡状结构 ， 但分散在胶体溶液中，不会对 E WD信号传输产生影 响 ， 且不 影 响井下 动力钻 具 的使用 。 参考文献 [ 1 ]宫新 军， 陈建华 ， 成效华． 超低压 易漏地层钻 井液新技 术 [ J ] ． 石 油 钻 探技 术 ， 1 9 9 6， 2 4 4 2 6， 6 2 ． [ 2 ] T o m B r o o k e y ． “ Mi c r o B u b b l e s ” Ne w A p h r o n D r i l l i n F l u i d Te c h ni q ue Re d uc e s F or m a t i o n Da ma g e i n Horiz o nt a l W e ll s [ c] S P E 3 9 5 8 9 ， 1 9 9 8 ． [ 3 ]Z h e n g L i h u i ， w a n Xi a n g h u i ， Z h a n g Ho n g i e ， e t a 1 ． A No v e l Mu l t i f u n c t i o n al B i o n i c F u z z 、 B a l l Dr i ll i n g F l u i d [ C [ S w i t z e r l a n d Tr a n s Te c hPub l i c a t i o ns ， 2 01 1， 23 6 23 8 ． [ 4 ] 郑 力会 ， 孔令琛 ， 曹 园， 等． 绒 囊工作 液防漏堵 漏机 理[ J ] ． 科学通报 ， 2 0 1 0 ， 5 5 I 1 9 ． [ 5 ] 王金 凤， 郑力会 ， 韩子轩 ， 等． 用多元回归法预测水基绒囊钻 井液当量静态密度lL J ] ． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 2 3 3 ～ 3 6 ． [ 6 ]Z h e n g L i h u i ，Z h a n g Mi n g we i ， L i n Yo n g ． A Mu l t i f u n c t i o n al Dri l l i n g F l u i d f o r C o a l b e d Me t h a n e Dr i l l i n g[ C] ． S h e n z h e n I n s t i t ut eo fEl e c t ric a l a n dEl e c t r on i c s En 【g i n e e s ， 201 1， 2 47 251 ． [ 7 ] 谢传礼 ， 涂 乙， 涂辉 ， 等． 我国煤层 气开发 对策及前景展 望分析 [ J ] ． 天然气与石 油， 2 0 1 1 ， 2 9 6 4 0 4 5 ． [ 8 ] 夏廷波 ， 席凤 林 ， 雍富华． 煤层 气井沙试 3井钻井液体 系的 研 究与应用[ J ] ． 钻井液与 完井液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 1 7 1 7 3 ． [ 9 ] 董建辉 ， 王先国， 乔 磊 ， 等． 煤层气多分支井水平井钻 井技 术在樊庄区块的应用L J ] ． 煤田地质与勘探， 2 0 0 8 ， 3 6 4 2 1 24 ． [ 1 O ]陈乐亮． 水平井钻井的降摩阻问题综述 U ] ． 钻采工艺， 1 9 9 4 ， 1 7 1 6 1 0 ． [ 1 1 ] 郑力会． 仿 生绒 囊钻井液煤层 气钻 井应 用现状与发展前景 [ I ] ． 石油钻采 工艺， 2 0 1 1 ， 3 3 0 3 7 8 8 1 ． [ 1 2 ]于顺 明， 常淑敏 ． 煤 层气井钻 井工艺技 术探讨 [ J ] ． 石油钻 采 工 艺 ， 1 9 9 8 ， 2 0 1 1 8 2 4 ． [ 1 3 ] 钱伯 章 ， 朱建芳． 煤层 气开发 与利用新进展 ] ． 天然 气与 石 油 ， 2 0 1 0， 2 8 O 4 2 4 -3 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m