埕海一区人工岛丛式井钻井液技术.pdf

第 2 5卷 第 4期 2 0 0 8年 7月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LL I NG FLUI D COMPLE TI ON FL UI D Vo1 ． 2 4 NO ． 4 J u l y 2 0 0 8 文童 编号 1 0 01 5 6 2 0 2 0 0 8 0 4 0 0 5 3 0 3 埕海一 区人工岛丛式井钻井液技术 王鲁坤 黄达全 王伟 忠 陶瑞东 明洪涛 谢新荣 穆剑 雷 陈彩凤 渤海钻探工程公司钻井技术 服务公 司泥浆公司 ， 天津大港 摘要 埕海一号人工岛主要开发庄海 4 X 1和庄海 8断块， 是海油陆采工程的重点项 目。已完成 2 2口丛式井， 根 据不同地层特性选择 了不 同的钻井液体 系， 并在钻进 过程 中精心维 护。海水 聚合物钻井液 的低 固相、 低 黏度 和低切 力特 性有效解决 了明化镇组泥岩堵 导管 、 黏附井壁 、 缩径等难题 。新 型盐水聚合物钻 井液较好地解决 了沙河街泥 页 岩坍塌、 大位 移定 向井井眼净化 、 钻井液润滑性及油气层保护等难题 ， 保证 了钻 井的安全施工。但 当固相含量增加 或 提高密度后钻井液润滑性 能明显降低 ， 因此需要 对体 系进一步 完善。筛管完成井三开使 用无 固相钻 井完井液， 取 得 了较 好 的 油气 层 保 护 效果 。 关键词 定 向井 钻 井液配方 海水钻井液 盐水聚合 物 无固相钻 井液 埕海一 区 滩涂钻 井 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标 识码 A 埕海一区人工岛位于河北省黄骅市关家堡村以 东 滩涂 海域 水 深 4 m 的极 浅 海 区 ， 是 大 港 油 田海 油 陆采工程 的重点 项 目。2 0 0 7年 在该 区块 开钻 2 3 口， 完 成 2 2个 井 眼 ， 交 井 1 6口 ， 其 中 庄 海 8 E s H1 井水平位移达 3 5 9 5 ． 6 4 m， 庄海 8 Ng H1井水垂 比 达到 2 ． 7 4 ， 钻 井 总进 尺为 5 1 3 1 2 ． 3 9 m， 主要 目的层 为馆陶组和沙河街组 ， 所用体系为海 水聚合物钻井 液和新型盐水聚合物钻井液 。 1 地层 特点及 钻井液技 术难 点 埕海一号人 工岛主要 开发 庄海 4 X 1断块 和庄 海 8断块， 属埕北断阶带庄海 4 X1断鼻。该构造带 位于埕宁隆起向北歧 口凹陷过渡部位 ， 为一具基岩 潜 山背景 的构造 带 。该 区块钻 井液 技术 必须 解决 以 下 难 点 。① 明化 镇 组 地层 成岩 性 较 差 ， 极 易 发 生 水 化分散， 地层黏土造浆严重 ， 井 眼极易发生缩 径， 导 致起下钻困难、 黏土聚集堵导管等问题。②馆 陶组 及沙河街组地层的不稳定性易引发井壁 的坍塌 ， 钻 井液必须有较强的防塌能力 。③人工岛所钻井多数 为定 向井， 当钻至一定井斜后 ， 岩屑极易沉降形成岩 屑床 ， 如果清除不及时 ， 容易导致井下复杂情况的发 生 。④在定向钻进 中， 钻井液润滑性直接影响到钻 进以及下套管过程的减摩降阻问题， 关系到能否完 成钻井施工。⑤钻井 的 目的是提高采 收率 ， 因此人 工岛丛式井施工中如何保护好油气层是关 系油藏开 发 成功 与否 的关 键 。 2 钻 井 液技 术 2 ． 1 钻井液体系简介 新型盐水聚合物钻井液的主要特点是防塌抑制 性强 ， 油气层保护效果好 ， 其基本配方如下 。 8 KC 1 0 ． 3 9 ／ 6 ～0 ． 5 9 ／ 6 主 抑 制 剂 0 ． 8 ～ 1 ． 5 9 ／ 6 降滤 失 剂 O ． 2 ～O ． 6 9 ／ 5 流 型调 节剂 O ． 1 t0 ． 2 辅 助抑 制 剂 1 9 ／ 6 ～2 润 滑剂 无 固相钻井完井液的主要特点是无膨润土、 无 惰性加重剂 、 油层保护效果好 、 井眼净化能力强， 具 有 独特 的流 变性 和 高 质量 的 弱凝 胶 结 构 ， 是 一 种 适 合水平井钻井的优质储层钻开液 ， 其基本配方如下。 5 ～7 9 ／ 6 KC 1 0 ． 7 ～ 1 ． 5 降 滤 失剂 1 9 ／ 5 ～3 抑制剂 O ． 1 ～O ． 4 生物聚合物增 黏剂 2 9 ／ 6 ～ 3 润滑 剂 2 ． 2 表层套管施工 2 ． 2 ． 1 表层套管批钻钻进 套管钻井的地层主要为平原组， 地层疏散、 胶结 差， 钻井重点是防止完钻后岩屑沉降。庄海 4 7 等 1 3 口井的表层套管钻进使用海水聚合物钻井液， 在海水 中加入适量的聚丙烯酰胺以提 高其黏度和抑制性。 每钻进 1 0 0 m左右替人 1 0 2 0 m。 聚合物胶液扫井， 完成进尺后替人高黏度膨润土浆， 防止岩屑沉降。 第一作者简 介 王鲁坤 ， 高级工程师 ， 1 9 6 4年生， 1 9 8 7年 毕业干西南石油学院， 现在从事 钻井液技 术工作 。地 址天 津市 大港油 田泥浆技术服务公司 ； 邮政编码 3 0 0 2 8 0 ； 电话 0 2 2 2 5 9 3 9 2 8 4 ； E - ma i l w a n g l k 0 6 7 7 6 s i n a ． t o m。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 7月 2 ． 2 ． 2 庄 海 8区块 深表 层钻 进 庄 海 8区块 大 位移井 的深 表层 施工 钻遇 地层 为 平原组和明化镇组地层 ， 主要技术难点是控制地层 黏土造 浆及 黏 土聚集 堵 导 管 。设计 井 深 在 1 2 0 0 1T I 左右 ， 井 眼为 4 4 4 ． 5 mm， 下入 3 3 9 ． 7 mm 套 管 ， 全部为浅定向， 表层完钻井斜均在 8 O 。 左右。 采用海水聚合物钻井液， 钻进 1 0 0 0 1T I 左右改 为新型盐 水 聚合物 钻井 液 。定 向前补 充按 配方 配制 的胶液 和润 滑剂 。根据 井斜 及钻 进过 程 中扭矩 变化 调 整钻 井液性 能 ， 确 保 钻 井 液润 滑 性 满 足定 向 钻井 施 工需要 ； 钻 至井 深 6 0 0 ～ 7 0 0 1 T I 左 右 ， 打 入 1 0 1 T I 。 稠浆 ， 清扫井眼。钻进至中后期 ， 将体 系转化为新型 盐水聚合物钻井液， 以降低钻井液滤失量 ， 提高钻井 液的携岩能力 。调整钻 井液 读数 为 1 5 ～1 7 、 读数为 1 4 ～1 6 左右 ， 提高钻井液的悬浮携砂能力 。 2 ． 3 二开井段 完井方式为射孔完成井 全部采 用二开井身结 构。二开井段钻遇地层主要是明化镇组 、 馆 陶组及 沙河街组地层 ， 主要技术难点是抑制地层 的水化膨 胀 、 防缩径 ， 防止沙 河 街 组 泥 页岩 地 层 坍 塌 ， 定 向钻 进过程中的润滑防卡 和井眼净化 ， 以及完井 阶段 的 油气层保护。 该井段使用新型盐水聚合物钻井液。①按照配 方配制并调整钻井液性能达到要求。② 日常维护以 补 充新 浆为 主 ， 每 天检 测主 处理 剂含 量并 及时 补充 。 ③在明化镇组井段不 控制滤失量 ， 开启全部固控设 备 ， 定期排放部分钻井液 ， 补充稀胶液， 保持钻井液 有 尽可 能低 的 固相 含 量和 膨润 土含量 。④ 进入 馆 陶 组地层前 1 0 0 1T I 左右时， 将钻井液转化为新型盐水 聚合物 钻井 液 。在馆 陶组 、 沙河 街组 井段 ， 控 制钻 井 液漏斗 黏度 为 4 5 ～6 5 S ， 滤失 量小 于 5 mL， K 浓 度 在 3 0 0 0 0 mg ／ L以 上 ， 膨 润 土 含 量 小 于 2 ． 5 。⑤ 定 向前加入润滑剂 ， 保持其含量在 2 9 ／ 5 以上 ， 保证定 向井施 工 安全 。⑥在 钻 井后期 ， 根据 顶 驱扭矩 、 拉 力 等钻井参数 的变化 ， 结合水力学计算软件的指导 ， 适 时调整流变性 ， 控制动切力大于 1 4 P a 、 读数大于 7 。⑦进入 目的层前补充新配制的钻井液 ， 降低其 固 相含量， 控制滤失量小于 5 mL； 加入复配暂堵剂和 GN Y B J I 储层保护材料并 及时补充 。⑧钻完设计 井深后， 大排量循环钻井液洗井 ， 然后倒划眼起钻 ， 并适时用高黏度钻井液进行稠塞洗井 。 2 ． 4 三开井段 埕海一区的水平井和大位移定向井采用三开井 身结构 ， 三开井段 为 目的层， 实施储层专 打， 采用无 固相钻井完井液 。①先用清水替出套管内的二开井 浆 ， 按照配方配制钻井液 ， 调整其性能达到要求后开 钻。②启动固控设备 ， 降低有害固相含量， 保持低的 钻井液密度 ； 及时补充降滤失剂 ， 控制钻井液滤失量 小于 5 mL ； 维护钻井 液流变性 ， 控制 读数达到 l l ， 低剪切速率黏度达到 2 8 0 0 0 3 0 0 0 0 mP a S 。 ③ 加入 1 9 ／ 5 ～3 9 ／ 6 润 滑 剂 ， 控 制 钻 井 完井 液 润 滑性 ， 在 润滑 剂不 能有 效解 决 扭 矩 过 大 问 题 的情 况 下 ， 混 入 6 9 ／ 6 ～8 原油 ， 极 大地 提高 了钻 井液 润滑 性 ， 确 保 了 水 平段 的正 常钻 进 及 起 下 钻 、 下 筛 管 的顺 利 进 行 。 ④下筛管通井起钻前在裸眼井段注入新配制的清洁 储层保护液 ， 防止泥饼 、 钻屑等造成筛管堵塞。 3 效 果分 析 2 0 0 7年在埕 海一 区人工 岛完成 了 2 2口丛式 井 ， 应用的 3种体 系较好地解决了明化镇组地层缩 径 、 沙河街组泥页岩坍塌 、 大位移定 向井井眼净化、 钻井液润滑及油气层保护等难题 ， 保证 了钻井安全 施 工 ， 取得 了较好 的效果 ， 达 到 了预期 的 目的 。 3 ． 1 井眼净化 探索 出满足不 同地层、 不同井型钻井施工的井 眼净化 MP V模 式， 形成 了钻井液流变参数与工程 措施 相结 合 的井 眼净化 方案 ， 保证 了水平 井 、 大 位移 定 向井钻 井 的安全 施工 。 1 根 据不 同地 层特 性选 择不 同钻 井 液 。针 对成 岩性较差的明化镇组地层 ， 采用 了海水聚合物钻井 液 ； 对于 成岩 较好 的地 层 ， 采 用 了新 型盐 水聚合 物钻 井液 和无 固相钻井 液 。 2 根据不同井眼直径优化钻井液流变参数。在 3 l 1 ． 1 mm井眼内， 控制 读数为 6 ～1 0 ， 读数 为 4 ～6 ； 在 2 1 5 ． 9 mm井眼内， 控制 读数为 8 ～ 1 0 ， 。 读数为 6 ～8 ； 塑性黏度为 1 3 ～2 6 mP a S 、 动 切力为 1 O ～1 7 P a ， 控制低剪切速率黏度和切力， 增 强 钻井 液 的悬浮 携砂 能力 。 3 在大斜度和水平井 段 ， 依 据 E C D适 时监测 并控制钻进速度 ， 每钻 完 1个 立柱技术 划 眼 1 ～2 次 ， 每 钻进 3 0 0 ～4 0 0 1 T I 进行 1次 短 程起 下 钻 ； 完 钻 后采用大排量循环 3 ～4周 ， 然后倒划眼起钻； 循环 时要求顶驱转速大于 1 2 0 r ／ rai n ， 起钻时控制起钻速 度 ， 并依据扭矩和泵压变化适时注入稠浆举砂 。 4 钻井施工和循环过程中启动全部 固控设 备， 及时清除钻屑 ， 保证人井钻井液清洁。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 4期 王鲁坤等 埕海一 区人工岛丛式井钻井液技术 5 5 3 ． 2 井壁稳定 通 过 研究 埕 海 一 区 的地 层 应 力分 布 、 地 层 坍 塌 压力预测和地层泥页岩稳定机理 ， 探索 出了该地区 在钻井施工中使井壁稳定的技术方案 ， 保证 了大位 移定 向井 钻井施 工 中 的井 眼稳定 和钻 井安全 施 工 。 1 研 究该 区块 地 层 应 力 分 布 ， 依 据研 究成 果 设 计井 身轨 迹 ， 使 井 眼剖 面尽 可能处 于应 力安 全 区 。 2 利用该 区块探 井施工资料进行 坍塌压力预 测 ， 并根据新完成井资料不断完善预测结果， 依据预 测 结果 控制 钻井液 密度 ， 使 井壁保 持 力学 稳定 。 3 根据 地层 泥 页岩稳 定机 理研 究成果 确 定各 井 段 钻井 液 和井壁 稳定措 施 。针 对 明化镇组 地层 易水 化缩径的特性 ， 选择海水聚合物钻井液 ， 控制低黏度 和低切 力 ， 增 强 钻井 液对井 壁 的 冲刷 效果 ， 解 决井 眼 缩径 问题 ； 针对馆 陶组 、 沙 河街 组泥 页岩 易水 化坍 塌 的特性 ， 选 择新 型 盐水 聚合 物 钻 井 液 和无 固相 钻 井 液 ， 控 制 K 浓 度 为 3 0 0 0 0 ～ 5 0 0 0 0 mg ／ L， 提 高 主 抑制剂 含 量 到 0 ． 4 ， 控 制 滤 失量 小 于 6 mL， 增 强 钻井液的抑制防塌能力 ， 控制钻井液黏度大于 6 0 S ， 减轻 钻井 液对 井壁 的 冲刷 。 3 ． 3 储层保护 在施 工中严格执行储层保护方案 ， 收到了预期 的保 护效 果 ， 2 0 0 7年 完成 井产 油 量 均达 到 或 超过 了 配产指标 ， 其中 日产油超 1 0 0 t 的井有 4口， 2口井 达到 4 0 0 t 以上 。 1 先期 对埕 海 一 区 的 庄 海 4 X1和 庄 海 8区块 储 层特 性进行 分 析 研 究 ， 重 点 收集 分 析 了储 层 孑 L 隙 度、 渗透率 、 孑 L 喉直径分布 、 储层泥质含量及其特性 、 储层敏感特性及其潜在损害因素。该区块重点开发 馆 陶组 及 沙河街 组地 层油 组 ， 储 层 泥质含 量较 高 ， 孑 L 隙分布不均， 属中低渗， 同时有一定的水敏性。 2 对于射孑 L 完成井 ， 在进入 目的层前对钻井液 进行分析改造 ， 降低有害固相和滤失量 ， 控制膨润土 含量小于 5 0 g ／ L， 按储层保 护方案要求 加入 2 复 配暂 堵剂 和 2 成 膜 封 堵 剂 ， 将 钻 井 液转 化 为 保 护 储层钻开液， 并在钻进过程中精心维护 。 3 对于筛管完成井 ， 在开钻前按 配方配制无 固 相储层钻开液并在施工 中精心维 护使其性能稳定； 通井起钻前在裸眼井段注入高质量 的储层保护液， 防 止滤饼 堵筛 管 。 3 ． 4 钻井液润滑性 从加强井眼净化人手 ， 通过钻井液体系优选 、 提 高钻井液泥饼质量、 加入优质润滑剂等方法， 较好地 解决了滑动钻进时托压 、 大位移定 向井摩扭控制等 技 术难 题 ， 保 证 了钻 井安 全施 工和 套管顺 利 下入 。 1 选择 新 型盐 水 聚 合 物 钻 井 液 和 无 固 相 钻 开 液 ， 利 用其 良好 的悬 浮 携 砂 能 力 ， 保 证 井 眼 清 洁 ； 同 时利用聚合物钻井液本身所具有的 良好润滑性 ， 降 低摩 阻 和扭矩 。 2 通过单独或复配使用 F R T、 极压润滑剂 ， 并保 持其含量 为 3 ～4 ， 保证 了润滑 系数 小于 0 ． 0 8 ； 黏 度控制为 4 0 ～6 0 s ； 泥饼厚度小于 0 ． 5 m m， 滤失量小 于 5 mL， 避 免形 成 虚泥 饼 ， 提高 钻 井 液润 滑性 ， 解 决 托压 、 摩扭 控制等润 滑难题 。 3 ． 5 不 足之 处 通 过对 2 0 0 7年钻 井液 技 术的 总结 ， 在埕 海一 区 丛 式井 施 工 中 ， 钻 井 液 还 存 在 以下 几 方 面 的不 足 。 ① 由于对 明化镇 组 地 层认 识 不 足 ， 在初 期 服 务 过 程 中发生 了堵导管 、 缩径等问题 ； ②定向托压仍未彻底 解 决 ， 大位 移井施 工摩 阻 和扭 矩控 制需 进一 步加 强 ； ③ 沙河 街组 泥 页岩 井 段 井 壁 稳 定 问题 未彻 底 解 决 ， 需进一步开展其特性及对策研究。 4 结 论 与 认 识 1 ． 科学调整钻井液的流变参数 、 控制适当的环 空返 速 和适 时进行 短 程 起 下 钻 作 业 ， 能 有 效 控 制 定 向钻 进井 段 中岩屑 床 的形 成 ， 并 能 及 时 破 坏 和 清 除 岩屑床 ， 提高井眼净化效果 ， 保障安全 、 快速钻井。 2 ． 地层坍塌压力预测 是控制钻井液密度 的依 据 ， 在加 强化 学防 塌 的基础 上 ， 采 取力 学 稳定 与化学 防塌的有机结合是解决井壁稳定的根本途径 。 3 ． 海水 聚合物钻井液 的低固相、 低黏度和低切 力 特性有 效解 决 了 明化 镇组 泥 岩堵导 管 、 黏 附井壁 、 缩 径等 难题 。 4 ． 有效控制水平井、 大位移定 向井摩 阻扭矩应 首先从解决井眼净化着手， 兼顾 改善钻井液泥饼质 量和增强钻井液润滑性 ， 只有 当 3者有机结合才能 根本上解决这一难题 。当缺乏高效润滑剂时， 通过 在钻井 液 中混入 原 油 是 解决 大 位 移 定 向井 摩 阻 、 扭 矩 控制 的有 效途 径之 一 。 5 ． 新型盐水聚合物钻井液在低密度下润滑性较 好 ， 但是当固相增加或提高密度后润 滑性能 明显变 差， 需要对体系进一步完善 。 收稿 日期 2 0 0 8 0 3 1 2 ； HG F 0 8 4 W6 ； 编辑 汪桂娟 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m