艾丁-3井三开井段钻井液体系转换技术.pdf

l 1 6 钻 采 工 艺 DRI L L I NG ＆ P RODUC ON T ECHNOL OGY 2 0 0 8 年 1 1 月 N O V ．2 0 0 8 艾丁 一 3并三开井段钻井液体系转换技术 钱晓琳 ，于培志 ， 牛 晓 1中国石化石油勘探开发研究院钻井工程研究所 2中国石化西北油田分公司工程技术研究院 钱晓琳等．艾丁 一 3井三开井段钻井液体系转换技术． 钻采工艺， 2 0 0 8 ， 3 1 6 1 1 6一l 1 7 ， 1 3 2 摘要A D一 3井位于新疆塔河油田艾丁地 区， 属 盐下钻 井区块 ， 从三 开 3 2 0 0 m 转化 为 阳离子乳液 聚合 物钻 井液体系， 该体系具有较强的抑制性和较高的控制泥页岩地层蠕变的能力。并在此基础上， 进一步转化为阳离子 聚合物聚磺钻井液体系和阳离子聚合物高密度欠饱和盐水钻井液体系， 钻井液体系转化施工顺利， 有效控制井下 复杂情况的发生， 取得了理想的应用效果。 关键词 乳液聚合物 ； 钻井液；转换；井眼扩径；地层坍塌 中图分类号 T E 2 5 4 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 7 6 8 X 2 0 0 8 0 60 1 1 6一O 2 一 、主要技术难点分析 A D一3井涵盖 了古 生界、 中生界和新生界 地 层 ， 具有多套含油气层系。砂岩储层和灰岩储层具 有截然不同的物性特征， 同一井段可能存在多套压 力系统 ， 从而导致地层压力预测检测不准确， 造成井 身结构 、 钻井液密度等设计不合理， 大大增加了钻井 施工的技术难度 ， 主要表现在以下两点 上部井段砂岩渗透性好易形成厚滤饼， 造成阻 卡 ； 侏罗系 一 石炭系上部硬脆性泥岩易剥落掉块 、 坍 塌严重 ， 二叠系地层英安岩易漏易垮 ， A D一1井、 Y K 一 9井均在此井段发生严重垮塌 ， 被迫填眼重钻。 石炭系巴楚组含有大段盐膏夹层 ， 盐的溶解易 造成井径扩大和钻井液性能不稳定 ； 上覆地层压力 的作用， 巨厚盐膏层塑性变形 ， 易造成缩径卡钻 ； 由于含盐泥页岩中盐的溶解和泥页岩的水化分散作 用易造成井壁不稳定。 二、 钻井液体系转换 A D一 3井从 3 2 0 0 m转化为阳离子乳液聚合物 钻井液体系。在此基础上， 进一步转化为阳离子聚 合物聚磺钻井液体系和阳离子聚合物高密度欠饱和 盐水钻井液体系， 钻井液体系转化施工顺利， 有效控 制井下复杂情况的发生 ， 取得了理想的应用效果 。 1 ． 阳离子乳液聚合物钻井液体系转换 阳离子乳液聚合物 D S一 3 0 1 是一种含阳离子 单体的丙烯酸盐类共聚物乳液， 由于其带正电荷 ， 中 和能力强 ， 聚合物链长， 架桥作用好 ， 能以较快 的速 度和较强的静电作用力中和黏土矿物的负电荷， 以 单分子层形式吸附在黏土颗粒表面上 ， 使黏土的比 表面积和负电荷大大下降， 从而降低黏土的水敏性 而起到稳定黏土 的作用。因此， 阳离子乳液聚合物 的引入， 会使得钻井液体系具有极强的抑制性和包 被性。为了观察 D S一 3 0 1对现场井浆性能的影响 ， 进行了 D S一 3 0 1对钻井液性能的影响评价实验 ， 结 果见表 1 。 实验结果表明， 在膨润土含量为 4 0 L的情况 下 ， D S一 3 0 1的加入对钻井液的表观黏度有一定影 响 ， 动切力及塑性黏度微涨， 配合其它处理剂的合理 使用， 可以满足钻井液体系的现场实际运用， 使钻井 液的稳定性增强。更好地发挥 阳离子乳液 聚合物 D S一3 0 1的使用效果， 现场钻井液维护处理时 ， 加人 量严格按照试验加量的0 ． 0 5 ％均匀加入。 人井试验结果证明， D S一 3 0 1对钻井液性 能的 影响极其微弱 ， 只是在加量较大时 ， 有增稠、 失水上 扬的现象。但可通过调节现场加量及配和中、 小分 子的复配作用， 降低失水， 维持钻井液较好 的流变 性， 提供更好的抑制、 携带岩屑的能力。在造浆严重 地层， 阳离子乳液聚合物钻井液体系显示了它独有 收稿 日期 2 0 0 8 0 6 2 6 基金项 目中国石油化工股份有限公司重点科技攻关项 目“ 环保型悬乳液体系的研究 与应用” 项 目编号 17 0 5 0 3 3 。 作者简介 钱晓琳 1 9 7 8一 ， 女 ， 博士后 ， 主要从事油田化学方面的研 究。地址 1 0 0 0 8 3 北京市海淀 区志新东路 1 4号石油勘探 开发研 究院 ， 电话 0 1 05 1 6 1 6 6 2 1 ， Em a i l q i a n x l p e p r i s ． c o m 第 3 1 卷第 6期 V0 J ． 31 No ． 6 钻 采 工 艺 D R I L L I N G＆P R O D U C T I O N T E C HN 0 L 0 G Y l 1 7 的抑制能力 ， 岩屑返 出情况 良好 ， 岩 屑大而成形 ， 包 被抑制性 良好。 表 1 D S一3 0 1 对钻井液性能影响 P V Y P F L G e l 流变性能 温度 C a 配方 F L HTHP K f m P a s P a 值 T I l 1 T S P a ／ P a 中6 0 0 3 0 0 2 0 o 1 0 0 6 3 c C m g ／ L 井浆 1 9 4 6 ． 0 1 7 l ／ 4 ． 5 1 3 ． 9 0 ． O 8 4 6 2 7 l 7 9 3 2 6 0 1 1 O 1 2 1 4． 5 6 ． 2 1 5 l ／ 5 l 3 ． 6 0 ． 0 8 51 3 0 2 0 1 1 3 2 6 0 1 0 8 2 4 5 6 ． 4 l 2 1 ． 5 ／ 5 ． 5 1 3 ． 2 0 ． 0 7 5 8 3 4 2 4 1 5 4 3 6 0 1 1 0 注 ①配方 1 为1 5 0 0 m l 井浆 O ． 5 ％ D S 一 3 0 1 ， 配方2为 1 5 0 0 m l 井浆 1 ． 0 ％ D S 一 3 0 1 ； ②表中T 为瞬时失水的时间； ③该井段未录井 ④井浆性能 密度 1 ． 1 4 k g ／ L ， 黏度4 4 s ， p H 9 ， 固含量 1 0 ％， 膨润土含量4 0 g ／ L 。 2 ．阳离子聚合物聚磺钻井液体 系转换 为了进一步提高钻井液体系的抗温性， 进行了 阳离子聚合物聚磺钻井液体系转换。磺化处理剂对 现场钻井液性能影响的试验结果如表 2所示。试验 结果表明， 加入磺化处理剂后， 钻井液的失水量降 低 、 抗温性增加 、 流变性 良好 ， 说明阳离子乳液聚合 物与磺化处理剂有很好的配伍性。 表2 磺化处理剂的加入对现场钻井液性能的影响 P V Y P F L G e l 流变 性能 温度 C a 配方 F L HTHP K f m P a s P a 值 m1 T s P a ／ P a 6 0 0 3 o 0 2 0 0 中1 0 0 中6 3 o C m g ／ L 井浆 1 8 5 6 ． 0 1 8 1 ． 5 ／ 7 1 3 ． 4 0 ． 0 7 4 6 2 8 1 9 1 0 3 2 7 0 l 1 0 1 2 3 6 ． 5 4 ． 4 3 2 2 ／ l l l 2 ． 8 O ． O 7 5 9 3 6 2 6 l 7 4 3 7 O 1 2 0 20 6． 5 5． 0 2 4 2 ／9 1 3 0． 06 53 33 2 4 1 3 4 3 7 0 l 2 0 注 配方 1为 1 5 0 0 ml 井浆 0 ． 5 ％S MP一2 O ． 5 ％ C X P一 2 ； 配方 2为 1 5 0 0 ml 井浆 1 0 ％S MP一 21 0 ％C X P一 2 胶 液 1 5 0 m l 。 3 ． 高密度欠饱和盐水阳离子聚合物钻井液体系转换 钻遇盐膏层时， 为了控制盐膏层的塑性蠕动， 防 止阻卡， 钻井液体系需要再一次转换为高密度欠饱 和盐水钻井液体 系。在现场试验中， 高密度欠饱和 盐水阳离子聚合物聚磺钻井液体系能有效的抑制盐 膏层的溶解和水化膨胀、 坍塌。 首先进行了阳离子聚合物钻井液体系优选实 验 ， 两种配方转型胶液的钻井液性能实验 ， 见表 3 。 表 3 两种配方转型胶液的钻井液性能 P V Y P F L G e l 流变性能 温度 C a 配方 K f m P a s P a 值 m1 T S P a ／ P a 6 0 o 中3 0 0 中 2 0 o ll x 】 3 ℃ m g ／ L 井浆 1 9 4 6 ． 0 1 7 1 ／ 4 ． 5 0 ． 1 4 6 2 7 1 7 9 3 1 6 O 1 5 0 l 2 2 6 ． 5 5 ． 0 1 6 l ／ 4 0 ． 0 8 5 3 2 9 1 8 1 0 4 1 ． 5 6 0 1 4 8 ’ 2 5 8 4 ． 2 l 8 1 ． 5 ／ 4 ． 5 0 ． 0 8 6 6 41 1 8 1 0 5 2 6 0 1 5 0 注 配方 1为 1 0 0 0 ml 井浆 1 ％RH J l 3 ％S MP一 24 ％S P C3 ％C X P一2 0 ． 0 5 ％ D S一3 0 1 胶液 3 5 0 ml ， 配方 2为 l O 0 0 m l 井浆 2 ％ RH ．I 一1 5 ％S NP一25 ％S P C 3 ％C X P一 2 0 ． 0 5 ％D S一3 0 1 胶液 3 5 0 m i 。 实验结果表明2号配方， 钻井液综合性能相对 盐水钻井液体系转化实验。结果见表4 。 较好 ， 因此选择 2号配方进行 阳离子聚合物欠饱和 表4 2号配方转化成盐水体系小型实验 P V Y P F L G e l 流变 性能 温度 C l 一 C a 2 配方 K f m P a s P a r n 1 P a ／P a 6 0 0 3 o 0 2 o 0 中1 0 0 6 ℃ m g ／ L m g ／ L 井浆 2 5 8 4 ． 2 1 ／ 4 ． 5 0 ． 0 8 6 6 4 1 1 8 1 0 5 2 6 0 4 6 0 o 1 2 0 井浆 3 ％N a C 1 6 5 5 ． 5 9 ． 0 3 ． 5 ／ 2 2 0 ． 1 1 4 1 7 6 6 5 3 4 ． 5 5 3 6 0 1 8 O o o 2 4 8 井浆 1 0 ％ N a C 1 3 9 1 2 4 ． 2 2 ． 5 ／ 1 1 0 ． 0 8 1 0 2 6 3 4 5 3 2 9 6 6 0 8 5 O o o 4 5 0 表 4实验结果表明， 阳离子聚合物钻井液体系 具有较好 的抗盐性能， 转化为 1 0 ％ 下转第1 3 2 页 1 3 2 钻 采 工 艺 DRI LL I NG ＆ PRODUC TI ON T EC HNOL OGY 2 0 0 8年 1 1 月 No v ．2 0 0 8 表 l 套管下入激动压力计算 套管下深 1 5 0 0 3 0 0 0 4 5 0 0 m 下放速度 0 ． 1 7 0 ． 3 3 0 ． 1 7 0 ． 3 3 0 ． 1 7 0 ． 3 3 m ／ s 6 0 s 3 0 s 6 0 s 3 0 s 6 0 s 3 0 s 激动压力 1 ．7 5 1 ． 8 9 3 ． 4 9 3 ． 7 9 5 ． 2 4 5 ． 6 8 M P a 当量密度 g ／ c m 1 ． 4 7 1 ． 4 8 1 ． 4 7 1 ． 4 8 1 ． 4 7 1 ． 4 8 返出排量 L ／ s 1 6 3 1 1 6 3 1 1 6 3 l 环空返速 m ／ s 0 ． 2 6 0 ． 5 1 0 ． 2 6 0 ． 5 1 0 ． 2 6 0 ． 5 1 6 下套管过程中， 要求边下套管边灌满钻井液， 出表层 套管鞋之前必须灌满， 灌浆过程中应防套管黏卡。水泥封固 段每 2根套管装 1 个弹性扶正器， 井队准备 0 3 4 6 ． 1套管扶 正器 1 0 0个、 0 3 3 9 ． 7套管扶正器 l 0个。 7 下套管过程中为了减轻井口载荷 ， 根据套管抗挤强 度的8 0 ％考虑套管最大允许掏空深度 1 1 8 5 m， 浮箍承压 1 5 ． 7 M P a ， 井口载荷可减轻 1 2 5 t 。要求下到 3 5 0 0 n l 时灌满 钻井液， 此后套管下到井底前不灌钻井液 ， 保持套管内掏空。 8 下放套管遇阻时， 控制下压载荷不超过套管浮重的 6 0 ％。上提时保持最小抗拉安全系数不低于 1 ． 5 。 9 套管鞋距井底的距离应控制在 1 ． 5 m范围内。第一 级固完碰压后立即下放套管， 使套管鞋坐入三工河组J s 顶 部泥岩地层， 尽量少留或不留口袋， 确保 J s ， 以上低压易漏 地层被封住， 避免三开后出现井漏。 1 0 下完套管灌满钻井液， 再接方钻杆循环洗井 2周以 I- 。 五 、 结论及认识 1 莫深 1井二开 4 4 4 ． 5 m m井眼成功下入 0 3 3 9 ． 7 0 3 4 6 ． 1复合套管， 9 0 0 0 m钻机的提升能力以及卡盘、 吊卡等 超深井下套管工具的配套是成功的基础。 ． 2 采用大尺寸钻铤、 坚持使用双稳定器钻具组合将莫 深 1 井二开井斜得到了有效地控制， 最大井斜角为 1 ． 1 。 。优 良的井身质量是安全下套管的前提。 3 制定合理的下套管作业措施， 采用专业化下套管作 业队伍 ， 及严格下套管作业程序， 是套管成功下入的重要技 术保障。 4 莫深 1 井 0 3 4 6 ． 10 3 3 9 ． 7技术套管的下入， 创下 了钻井套管下人重量和深度的新记录。 参考文献 [ 1 ] 王东． 塔深 1 井非常规套管下入技术[ J ] ． 石油钻采工 艺， 2 0 0 5 ， 2 7 6 1 01 3 ． [ 2 ] 蒋希文． 钻井事故与复杂问题[ M] ． 北京 石油工业出 版社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 刘希圣． 钻井工艺原理[ M] ． 北京 石油工业出版社， 2 00 2． [ 4 ] 管志川， 宋洵成． 波动压力约束条件下套管与井眼之间 环空间隙的研究 [ J ] ． 石油大学学报 自然科学版 ， 1 9 9 9 6 3 4 3 6 ． [ 5 ] 钻井手册 甲方 编写组编． 钻井手册 甲方 上册 [ M] ． 北京 石油工业出版社 ， 1 9 9 0 ． 编辑 黄晓川 上接第1 1 7 页 N a C 1 欠饱和钻井液体系 ， 其性能能够 满足现场施工要求。选择加入 1 0 ％N a C 1 的井浆进 行加重 ， 加重后井浆密度为 1 ． 6 2 ／ o m ， F V 6 8 s ， P V 3 5 mPa ． s， YP 1 2 Pa， GEL 2． 5Pa／1 3 Pa， F L 8 ml ， p H 8 ． 5 ， F L H T H P 1 6 m l ， 膨润 土含量 3 5 k ／1 T I 、 固含量 2 6 ％， 含砂 ≤0 ． 3 ％， C 1 一 1 1 0 0 0 0 m c ／ L ， K f 0 ． 0 8 ， 能 够满足施工要求。 三 、 讨论 1 阳离子乳液聚合物钻井液转型时应严格控 制膨润土含量， 控制范围为 3 5～ 4 0 g ／ L ； 钻井液中加 入乳液聚合物 D S一 3 0 1 后 ， 有一定程度 的增黏现象、 对钻井液的全烃值影响不大、 瞬时失水微增， 但 A P I 失水没有变化。 2 从使用情况分析， 乳液聚合物 D S一 3 0 1 应 复配中小分子处理剂来降低失水， 如果发现黏度上 扬的现象， 减小 D S一 3 0 1的用量， 加大中、 小分子处 理剂 的用量 ， 来调节钻井液 的流变性 ； 乳液聚合物 D S一 3 0 1推荐加量为 2～ 4 k ／ e m 。 3 A D一 3 井采用了阳离子乳液聚合物钻井液 体系， 该体系具有较强的抑制性和较高的控制泥页 岩地层蠕变 的能力 ， 能有效 防止了白垩系的巴什基 奇克组和三叠系井眼扩径 ， 二开 0 3 1 1钻头井眼在井 深 5 2 5 0 m处， 最大井径 5 0 4 ． 9 5 m m， 平均井径扩大 率5 ． 5 5 ％。井径扩大率较小， 充分说明采用阳离子 乳液聚合物钻井液体系， 能有效地防止地层的坍塌， 并未引起明显井眼扩径 、 缩径现象 ， 井壁稳定 。 参考文献 [ 1 ] 王柯， 夏会平． 塔河油田钻井液技术优化方案设计[ J ] ． 石油天然气学报 ， 2 0 0 6 ， 2 8 5 1 0 71 0 9 ． [ 2 ] 郭春华， 马玉芬． 塔河油田盐下区块盐膏层钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 4 ， 2 1 6 1 9 2 2 ， 7 9 ． 编辑 包丽屏