查深1井钻井液技术.pdf

第 3 5卷 第 5期 2 0 1 3年 9月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI LL I NG PR0DUCT1 0N TECHNOL OGY Vo 1 ． 3 5 No ． 5 S e p ．2 01 3 文章编 号1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 3 0 5 0 0 5 6 0 3 查深 1井钻 井液技术 张 继国 杨 永 胜 纪树 伟 郭 耀 刘 海 涛 1 ． 中油长城钻探钻井液公 司， 辽 宁盘锦1 2 4 0 1 0 ；2 ． 中油长城钻探 吉林项 目部 ， 吉林松 原1 3 8 0 0 0 引用格式张继国， 杨永胜， 纪树伟， 等 ． 查深 1 井钻井液技术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 3 ， 3 5 5 5 6 - 5 8 ． 摘要查深 1井是吉林油田公司在乾北地区部署的一口重点预探直井， 完钻井深5 5 0 0 m。该井上部青山z ／ 组等地层存在 严重的井壁坍塌、 井漏等问题， 下部地层温度高， 井底温度达到 l 8 0 q C 。针对该井地质特点， 通过室内实验研究， 确定上部采用 复合膜铝基钻井液， 下部前期采用空气钻井， 后期转化为改进型水包油钻井液体 系进行欠平衡施工。现场应用结果表明， 采用 的钻井液体系有效解决了泥岩坍塌、 井漏和高温条件下性能不稳定等难题， 满足了施工的需要。 关键词查深 1 井；复合膜铝基钻井液；水包油钻井液；空气钻井；气液转化 ；井眼稳定 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识码 A Dr i l l i ng flu i d t e c h no l o g y o f W e l l Cha s he n 1 Z H A N G J i g u o ， Y A NG Y o n g s h e n g ， J ／ S h u w e i ， G U O Y a o ， L I U H a i t a o 1 ． Dr i l l i n gFl u i dB r a n c h o fG r e a t W a l l Dr i l l i n ga n dE x p l o r a t i o nC o m p a n yL t d ． ， P a n j i n 1 2 4 0 1 0 ， C h i n a ； 2 ． J i l i nP e c t De p a r t m e n t o fGr e a t W a l l Dr i l l i n g a n dE x p l o r a t i o nC o m p a n yL t d ． ， S o n g y u a n 1 3 8 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t We l l C h a s h e n 一 1 i s a k e y e x p l o r a t o r y v e r t i c a l we l l d e p l o y e d i n Q i a n No r t h a r e a ， wi t h d e p t h o f 5 5 0 0 m． S e r i o u s we l l b o r e s l o u g h i n g a n d c i r c u l a t i o n l o s s t a k e p l a c e i n u p p e r z o n e o f Qi n g s h a n k o u o f t h e we l 1 ． T h e l o we r f o r ma t i o n s h a v e h i g h e r t e mp e r a t u r e ， a n d t h e ma x i m u m i s 1 8 0℃ i n t h e b o Ro m h o l e ． T h r o u g h i n d o o r e x p e ri me n t s tud y , c o mp l e x fi l m a l u mi n u m b a s e d d r i l l i n g fl u i d wa s t a k e n f o r t h e u p p e r f o r ma t i o n s ， a n d for t h e l o we r f o r ma t i o n s ， a i r d r i l l i n g wa s fo r t h e f o rm e r , a n d u n b a l a n c e d dri l l i n g wa s for t h e l a t e r ， wi t h o i l i n wa t e r d r i l l i n g fl u i d ． T h e a p p l i c a t i o n s h o we d t h a t t h e d r i l l i n g fl u i d e f f e c t i v e l y s o l v e d t h e d i ffi c u l t i e s o f mu d s t o n e s l o u g h i n g ， c i r c u l a t i o n l o s s ， a n d i n s t a b i l i t y u n d e r h i g h t e mp e r a t u r e ， wh i c h me t t h e n e e d o f t h e d r i l l i n g o p e r a t i o n ． Ke y wo r d s W e l l Ch a s h e n 一 1 ； c o mp l e x fi l m a l u mi n u m b a s e d d r i l l i n g flu i d ； o i l i n wa t e r d r i l l i n g fl u i d ； a i r d r i l l i n g ； g a s l i q u i d t r a n s f o r ma t i o n ； we l l b o r e s t a b i l i t y 查深 1 井位于松辽盆地南部长岭断陷乾北洼槽 查深 1 火 山岩构造较高部位 ， 为吉林油 田公司在该 地 区部署 的一 口重点预探井 ， 设计井深 5 6 0 0 I l l ， 完 钻井深 5 5 0 0 m。该井钻遇地层地质条件复杂， 青山 口组深灰色硬脆性泥岩易发生井壁坍塌 ， 出现 了 多次遇阻划 眼后被迫填井；同时青 山 口组泥岩、 泥 质粉砂岩 、 粉砂质泥岩和粉砂岩同时发育欠压实 ， 易 发生井漏 ， 在钻至 2 1 3 1 1T I 漏失钻井液 1 1 0 1 1 1 ， 通过 采用复合膜铝基钻井液体系， 保证 中完顺利；三开 先用空气钻井钻至井深 4 4 1 6 1T I 后 ， 用 白油作前置 液， 替换为改进型水包油体系， 完井时井底温度 1 8 0 。整个过程施工顺利 ， 未 出现井壁坍塌， 电测一次 成功率 1 0 0 ％。全井钻井周期 3 0 1 ． 5 8 d ， 平均机械钻 速 2 ． 4 4 m／ h 。 1 地质 、 工程简况 实钻揭露本区地层 自上而下分别为新生界第 四系 、 第三 系、 中生界 白垩 系。其 中白垩 系嫩江组 3 8 0 ～ 9 8 5 1 T I 为灰色和深灰色泥岩 ， 夹杂灰黑色泥岩 和页岩 ；姚家组 9 8 5 ～ 1 l 1 5 1 T I 为紫红色泥岩和灰 色粉砂质泥岩；青山 口组 1 1 1 5 ～ 1 6 9 5 m 为紫红 色 、 黑色泥岩夹 杂灰 色粉砂质泥岩 、 粉砂岩 ；泉头 组 1 6 9 5 ～ 3 5 7 0 I T I 为灰色 、 紫红色泥岩和灰色粉砂 岩 、 粉砂质泥岩；登娄库组 3 5 7 0 ～ 4 4 8 9 m 为灰绿 作者简介张继国， 1 9 7 4年生。2 0 0 9 年毕业于大庆石油学院石油工程专业， 一直从事钻井液技术现场服务工作， 助理工程师。E ． m a i l 2 0 0 8 z j g u o 1 6 3 ． c o m。 张继国等 查深 1井钻井液技 术 5 7 色粉砂岩和紫灰色粉砂岩 ；营城组 4 4 8 9 - 5 5 0 0 m 为灰色细砂岩和灰黑色粉砂质泥岩 。 该井一开 0 4 4 4 ． 5 mm钻头钻至 1 0 9 9 m， 03 9 3 ． 7 mm套 管 下 深 1 0 9 8 m；二 开 O3 1 1 ． 1 1 T l ／ n钻 头 钻 至 3 0 9 3 m， 02 4 4 ． 5 mm套管下深 3 0 8 9 ． 1 2 m；三开 02 1 5 ． 9 mm 钻头钻 至 5 5 0 0 m， 上部井段 3 0 9 6 ～ 4 4 1 6 r n采用空气钻井。 2 钻井液技术难点 1 青 山口组以深灰色硬脆泥岩为主 ， 而且微裂 缝 的存在使水分子很容易进入泥岩内部 ， 从 而造成 地层剥落 、 掉块 ， 严重时甚至造成坍塌 ；同时二开施 工时问长， 泥岩浸泡时间长， 也容易造成井塌 。 2 青 山口组胶结不好 ， 岩心多为裂缝发育 ， 泥 岩、 粉砂岩和粉砂质泥岩欠压实 ， 极易发生井漏 。 3 三开气体钻井转化水包油钻井液过程中， 井 筒 内液柱压力升高 ， 井壁没有致密滤饼的保护 ， 钻井 液中的小颗粒 、 自由水通过地层孑 L 隙、 裂缝迅速进入 地层 ， 同时钻井液对井壁 的冲刷会 出现井壁失稳垮 塌 ， 轻则阻卡划眼， 重则造成卡钻等钻井事故。 4 松辽 盆地地 温梯度 异常 3 ． 2 7℃ ／ 1 0 0 m ， 5 5 0 0 r n井深井底静止温度达 1 8 0℃， 要求钻井液具 有 良好的高温稳定性 ；登娄库、 营城组含有泥岩 ， 钻 井的过程 中， 岩屑不断水化分散变细， 导致水包油钻 井液流动性变差变稠 ， 从 而产生 附加 的压力激动造 成薄弱带发生井漏。 3 钻井液体 系优选及维护处理 3 ． 1一开 【 0 - 1 0 9 9 m 3 ． 1 ． 1 钻 井液 配方采用普通 聚合 物钻井液体 系， 配 方 为 5 ％- 6 ％ 膨 润 土 0 ． 5 ％ 纯 碱 0 ． 0 5 ％ 烧 碱 0 ． 2 ％ 0 ． 3 ％ 聚丙 烯 酰 胺 钾 盐 KP AM I ％～ 1 ． 5 ％ 铵 盐 十 1 ％H A树脂 。 3 ． 1 ． 2 维护措施上部进入软泥岩段后大量 冲水稀 释 ， 钻进时根据钻井液消耗情况补充膨润土 、 纯碱配 合清水维护 。进入嫩二段之前 ， 加入 K P AM 提高钻 井液抑制性 ， 防止大段泥岩水化 膨胀 ；加入适量铵 盐和H A树脂调整流变性、 降低失水， 改善滤饼质量。 完钻后全程起下钻一次 ， 刮掉井壁上 的浮滤饼 ， 大排 量循环提高有效冲洗， 保证井眼干净、 畅通。 3 ． 2 二开 1 0 9 9 3 0 9 3 n 1 3 ． 2 ． 1 钻 井液 配方采用复合膜铝基钻井液体 系， 配 方 为 2 ％- 3 ％ 膨 润 土 0 ． 5 ％ 纯 碱 0 ． 0 5 ％ 烧 碱 0 ．2 ％- 4 - 3 ％K P A M I ％, - - 1 ． 5 ％铵 盐 1 ％H A树 脂 l ％ 乳 化沥 青 1 ％井壁 稳定 剂 H Q 一 1 l ％快速 封 堵 剂 KF D 一 1 l ％ 抗盐 降滤失剂 KF T I ％ 铝基抑 制剂 1 ％ 成膜剂 2 ％ 滤饼改进剂 1 ． 5 ％磺化酚醛树脂 S MP ． Ⅱ 1 ． 5 ％磺化褐煤树脂 s P NH加重剂。 3 ． 2 ． 2 故障复杂及原因分析钻至井深 2 1 3 1 m， 泵 压下降， 漏失钻井液 1 1 0 m 。堵漏成功后多次划眼 ， 划 眼困难 ， 时有憋泵和蹩钻现象 ， 出于安全考虑 ， 决 定 填井。填井后 从 1 1 3 2 m侧 钻至 2 2 1 9 ． 7 5 m， 下 钻 在 1 2 6 0 ～ 1 7 5 0 m段 多次遇阻 ， 起钻 在 1 2 9 9 ～ 1 3 0 4 m、 1 6 5 0 ～ 1 7 0 0 m处多次遇阻， 振动筛返 出掉 块较少 ， 但存在转盘蹩跳现象。在起钻至 1 3 0 3 m时 钻具遇卡 ， 上提和下放无效 ， 钻具卡死 ， 转动钻具 ， 钻 具落井 ， 鱼顶位置 2 0 7 3 ． 2 3 m， 造成第 2次填井 。填 井后继续钻进， 下钻过程 中多次在 1 2 0 0 ～1 7 5 0 1 T I 遇阻 ， 振动筛返出很多新掉块。 分析认为， 划 眼井段主要集中在青二 十三段 ， 井 漏引起环空压力降低， 造成井壁失稳而划眼；钻具 落井 ， 填井侧钻致使多处井深轨迹不好 ， 造成划眼过 程 中形成 的滤饼脱落 ， 井壁严重失稳 ；长时间多次 划眼 ， 造成井径不规则 ， 在 1 3 0 0 ～ 1 4 8 0 m处形成砂 桥 ， 岩屑不能充分排 出， 造成井眼不畅通 。 3 ． 2 _ 3 技 术措 施 1 在保 证井 不 漏情 况下 ， 加 入 1 ％ 滤饼 改进 剂 ， 提 高地 层 承 压 能力 ， 钻 井 液 密度 逐 渐 提 高 到 1 ． 2 8 ～ 1 ． 3 0 g ／ c m ， 中完 时达 到 1 ． 3 4 ～ 1 ． 3 8 g ／ c m ； 2 保 持 K P A M 含量 0 ． 3 ％， 增强钻井液防塌能力 ； 3 根据 地层温度 ， 加入 2 ％～ 3 ％ 软化点为 8 0 ～ 9 0 c C的低软化 点乳化沥青 ， 2 ％～ 3 ％ 浊点为 4 0 ～ 5 O℃的聚合 醇， 1 ％- 2 ％ 的铝基抑制剂 ； 4 控制钻井液流变性和滤失 量， n 值维护在 0 ． 5 5 ～ 0 ．6 5 ， A P I 失水小于 3 ． 5 mL ； 5 加入 2 ％～ 3 ％ 超细碳酸 钙进入地层缝隙中充 当架桥 粒子 ， 加入 1 ％- 2 ％ 非渗透、 无渗透钻井液处理剂或 快速封堵剂作为填充剂 ， 加 1 ％成膜剂、 2 ％滤饼改进 剂 ， 提高滤饼的承压能力 。 3 - 3 三开 3 0 9 3 , - 5 5 0 0 1 1 1 3 ． 3 ． 1 气体钻井 3 0 9 3 - - 4 4 1 6 ． 9 4 m 根据邻井长深 5井 的实钻油气水显示情况及测井解释 ， 在 3 2 4 0 ～ 4 5 5 5 m泉一段层顶至登娄库层底均为干层 ， 地层 的 孔隙度低， 出水量少， 满足气体钻井的条件。采用空 气钻进进尺 1 3 2 0 ． 9 4 m， 纯钻时间 1 4 5 ． 8 7 h ， 平均机械 钻速 9 ．0 6 m ／ h ， 是邻井长深 5 井的 l 0 ．3 倍 J。最终 由于上提下放摩阻大、 扭矩最高达到 4 3 k N m， 影响 施工安全 ， 终止气体钻井 ， 转化为液相欠平衡钻井。 3 - 3 ． 2 水 包油钻 井液 4 4 1 6 ． 9 4 ～ 5 5 0 0 m 体 系配 方 4 O ％ 水 6 0 ％ 柴 油 0 ． 1 ％Na OH 6 ％ 乳 化 剂 L HR 一 1 I 3 ％稳定剂 F R J ． 1 I 0 ． 2 ％ 抑泡剂 L Y - 2 0 1 ％ 5 8 石油钻采工艺 2 0 1 3年 9月 第 3 5卷 第 5 期 铝基抑制剂。 3 ． 3 _ 3 气液 置换 1 气体钻井结束后 ， 充分循环 ， 清洗井眼； 2 过 胶芯 短起 6 0 0 ～ 7 0 0 m， 从钻杆 内注替 1 0 t 白油 ；过 胶芯短起至套管鞋内， 从钻杆内注替 1 3 t 白油 ； 3 过 胶芯下探至井深 4 4 0 4 m； 4 分段顶替钻井液 ， 过胶 芯短起 2 0 0 m， 以 0 ． 8 m ／ mi n排量注入水包油钻井液 2 0 m ；过胶芯短起 5 0 0 m， 以 0 ． 8 m ／ mi n排量注入 水包油钻井液 1 0 m ；过胶芯短起至套管鞋 ， 关闭旋 转 防喷器侧 出 口液动平板 阀， 打通节流管汇至液气 分离器管路， 按 照正常排量向井 内注入钻井液直至 钻井液正常返出； 5 停泵， 观察井 口无异常后起钻 ； 6 分段循环下钻到井底， 将剩余 2 t 白油打入， 再次 清洗气体钻井井段 ， 洗井至井下正常， 置换过程顺利 结束 。前置液 白油具有憎水 吸附特性 ， 可改变地层 岩石表面润湿特性 ， 将其变为疏水 ， 在井壁周 围形成 憎水保护膜 ， 防止气液转化时泥页岩 因吸水膨胀垮 塌 。优选抗温能力达到 2 0 0 o C的乳化剂和稳定剂提 高体系抗温稳定性 ， 保证了高温下的性能稳定。 3 - 3 ． 4维护措施 1 定期测量油水比、 补充乳化剂， 保持钻井液的 热稳定性 ， 防止 出现高温破乳现象。 2 补充钻井液 时， 要根据基础配方配制 油水 比 6 0 4 0或 5 0 5 0 配制 ， 加足乳化剂 所需钻井液量 ， 保持钻井液的油 水 比；p H值保持 9 - 1 0 ， 保证钻井液体系稳定性 ， 防 止酸性气体侵入造成性能恶化。 3 黏度低 时可适 当加入稳定剂 ， 并定期用 X C打稠塞 ， 提高钻井液的 动塑 比， 整个钻进过程 中振动筛上 的岩屑返 出正常 ， 起下钻顺利。 4 钻遇泥岩段 时用 1 ％铝基抑制剂控 制泥岩水化分散 ， 有效加强 了水包油钻井液的抑制 性 ， 解决 了岩屑分散而造成钻井液逐步稠化 的问题 ， 保证 了后期适合 黏度和很好 的流变性 。该井段未 出现井塌 、 掉块 ， 平均井径扩大率 8 ． 1 ％。 5 使用固 控设 备有效控制 同相含量 ， 振动筛使用 1 2 0 ～ 1 5 0目 筛布， 除砂器使用率达到 1 0 0 ％， 离心机使用率达到 9 0 ％ 以上。充分开动固控设 备降低 固相 ， 保持合理 的流动性 ， 整个钻进过程中水包油钻井液密度控制 在 0 ． 9 2 ～ 1 ． 0 0 g ／ c m ， 实现欠平衡钻井。 3 ． 4 钻井液性能 全井钻井液性能见表 1 。 表 1 查深 1 井现 场钻井液性能 舟 采／ o | F v |P v | Y P | G e 1 | m g c m S mP a S P a P a ／ P a 4 应用效果 复合膜铝基钻井液体系有效抑制了二开泥页岩 的水化膨胀 、 分散 ， 完全满足了复杂地质条件下钻井 的需要 。三开裸眼井段 8 0 ％是泥岩易塌井段， 使用 气体钻井和水包油体系， 解决了营城组泥岩井塌划眼 和井径扩大的问题 ， 平均井径 2 3 3 ． 4 rai n ， 井径扩大率 8 ． 1 ％， 达到了稳定井壁 、 减少井径扩大率的良好效果。 5 结论和认识 1 复合膜铝基钻井液体系具有较强防漏防塌能 力 ， 可以满足复杂地层施工要求。 2 应用白油作为气体钻井转化液体钻井的前置 液 ， 有利于转化的施工安全 。 3 水包油钻井液体系配方及维护简单， 1 8 0℃ 热稳定性好 ， 使用铝基抑制剂改进后流变性可控 ， 稳 定井壁能力强 。 参考文献 [ 1 ] 徐同台． 钻井工程井壁稳定新技术 [ M ]． 北京石油 工 业 出版社 ． 1 9 9 9 ． [ 2] 刘远亮 ， 乌 效鸣 ， 朱永宜 ， 等 ． 松科一 井长裸 眼防塌钻 井 液技术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 9 ， 3 1 4 5 3 5 6 ． [ 3] 孙玉学， 王媛慧， 李玉莲， 等 ． 乾安地区井壁坍塌机理及 钻 井液技 术研 究 [ J ]． 钻 井 液与 完井液 ， 2 0 0 9 ， 2 6 5 7 6。 7 8． [ 4] 赵秀全， 李伟平， 王中义， 等 ． 长深5井抗高温钻井液技 术 [ J ]． 石油钻探技术， 2 0 0 7 ， 3 5 6 6 9 ． 7 2 ． 修 改稿 收到 日期2 0 1 3 ． 0 6 2 6 [ 编辑朱伟 ] 札 一 如 5 0 5 5 8 1 3 4 2 3 3 3 1 3 2 2 4 0 2 9 3 7 2 4 5 6 7 6 5 5 5 7 0 0 0 2 2 9 0 3 3 3 3 3 9 9 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 7 6 0 0 5 5 5 5 1 6 3 O 3 9 5 O 4 9 2 5 1 1 2 3 4 4 5 5