渤海湾超深井牛东1井钻井液技术.pdf

第 2 9卷 第 3 期 2 0 1 2年5月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D V0l _ 29 NO． 3 M a v 2 01 2 【 理论研究与应用技术 】 渤海湾超深井牛东 1 井钻井液技术 胡景东 ，龚志敏 1 ，王增顺 ，王怀军 ，李海彪 2 ，陈永奇 ，王立泉 ，陈祖红 1 ． 渤海钻探第四钻井工程分公司，河北任丘 ； 2 ． 渤海钻探工程技术研究院，天津 胡景东等 ． 渤海湾超深井牛东 1 井钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 3 2 9 3 2 ． 摘要牛东 1井完钻井深为 6 0 2 7 m，井底温度达 2 0 3 。该井沙河街组地层复杂，膏岩段长，地层应力大，泥 岩水敏性强，极易垮塌掉块 ； 雾迷山灰岩存在破碎带，垮塌严重 ； 三开井眼大、裸眼段长，携岩困难，井壁稳定性差。 针对该井地层特点，三开、四开使用了强抑制抗高温携岩性好的复合有机盐钻井液，解决了沙河街组地层特殊岩性井 段垮塌的难题，五开使用耐高温抗污染防塌钻井液解决了灰岩破碎带垮塌难题，保证了这 口高难度井的各项施工安全。 关键词 复合有机盐钻井液 ； 耐高温抗污染防塌钻井液 ； 大井眼 ； 长裸眼 ； 牛东 1 井 中图分类号T E 2 5 4 - 3 文献标识码A 文章编号 1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 20 3 0 0 2 9 0 4 牛东 1 井是 中石油股份公司在渤海湾地 区部署 的一 口高难度风险探井 ，完钻井深为 6 0 2 7 m，构 造位置 为冀 中坳陷霸县凹陷牛东潜 山构造岔 7 1 断 鼻潜山。通过对主要处理剂进行优选改进 ，形成的 各井段钻井液的现场应用效果显著 ，保证 了这 口高 难度井的各项施工 [ 1 - 3 ] 。 1 牛东 1井地质、工程概况 牛东 1 井钻遇的沙一 、沙三 、沙 四段地层均有 易垮塌 的黑色碳质泥岩 ； 沙二段为长段厚层膏岩、 膏泥岩、泥岩互层 ； 沙三段有易垮塌的黑色玄武岩 ； 邻井沙三中段有易溶解且有蠕变特性的盐岩层 。沙 一 段下部 到沙三段 、 沙四下部地层因地层应力释放 ， 极易掉块 、坍塌 ，井壁稳定性差 。沙四下部油气活 跃 ， 后效油气上窜速度快 ， 全烃值 1 0 0 ％持续时问长。 五开井段灰岩地层裂缝发育 、有破碎带 ，垮塌漏失 并存 。牛东 1井井 身结 构为 6 6 0 ． 4 1 T I 1 T I 1 4 7 ． 5 m 5 0 8 ． 0 mm 1 4 6 ． 8 8 m ；西4 4 4 ． 5 mm 2 3 0 7 ． 0 m 3 3 9 ． 7 mm 2 3 0 6 m ；西3 1 1 ． 2 mm 4 2 9 0 ． 0 m西2 4 4 ． 5 mm X 4 2 8 7 ． 0 m ； 2 1 5 ． 9 mm X 5 6 4 1 ． 6 m 1 7 7 ． 8 mm x 4 1 0 0 ． 0 ～5 6 4 1 ． 5 m ； 1 4 9 ． 2 mm 6 0 2 7． 0 m 2钻井液技 术难 点 ①储层埋藏深，穿遇地层多，未知因素多，复 杂地层厚且钻井液处理难度大。②东营组地层从井 深 1 5 8 0 到2 7 1 4 m共 1 1 3 4 m均为造浆严重井段 ， 泥岩成岩性差 ，极易水化分散 ，又因井眼大、固相 多，若处理不当，极易使膨润土含量激增而污染钻 井液。③沙二段有厚层膏盐 、膏泥岩 、泥岩 ，膏盐 易溶解形成大肚子井眼，夹层泥岩因失去支撑易垮 塌 ； 膏泥岩、泥岩易吸水膨胀造成井壁失稳掉块垮 塌 ，且这个地层 泥岩存在微裂缝极易吸水分散 ，在 应力作用下发生掉块垮塌。④实测井底温度为 2 0 3 ℃，要求钻井液抗温在 2 0 0℃以上。⑤沙一低、沙 二段地层应力大极易垮塌 ，钻井液密度高 ，因此钻 井液必须有较好的防漏 、防卡功能。⑥沙二段有大 段膏岩、膏泥岩 ，对钻井液污染严重 ，钻井液必须 具备很好 的抗盐 、抗污染能力。⑦三开大井眼裸眼 井段长，钻井液必须具有较强的携岩能力。⑧四开 井段油气活跃 ，后效上窜速度快 、持续时间长 ，且 钻井液密度高，易发生垮塌和卡钻复杂事故。⑨五 开井段潜 山灰岩裂缝发育 、有破碎带 ，垮塌漏失现 象并存 ； H C O 一 含量高，最高为 1 1 5 7 4 ． 5 2 mg m，钻 井液受污染严重 ； 井温高，钻井液处理难度大。 第一作者简介 胡景东，毕业于华北石油职工大学油田化学专业，一直从事钻井液技术管理工作。地址 河北省任丘 市渤海钻探第四钻井分公司泥浆技术服务中心 ；邮政编码0 6 2 5 5 2；电话 0 3 1 7 2 7 2 6 8 3 6； E - ma i l h u j i n g d 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 3 0 钻 井液与 完 井 液 2 0 1 2 年 5月 3 钻井液工 艺技术 3 ． 1 一 、二开钻井液技术 一 开钻井液配方为 5 ％膨润土 0 ． 3 ％Na 2 C O 0 ． 1 ％ K P A M。二开聚磺钻井液配方为 井浆 0 ．5 ％ KP AM 2％HM P2l 2 ％ S N1 ． 5％ W FT1 08 Ba SO 。 一 、二开钻井液适用于上部地层 ，维护处理简单 、 成本低 ，解决了大井眼携岩困难 、井壁稳定性差 的 问题 ， 保证了长裸眼、 大井眼段钻井施工安全、 顺利 ， 电测 、下套管 、固井各项施工顺利 [ 1 - 2 ] 。 3 ． 2 三开 该井三开使用复合有机盐钻井液， 其配方如下。 2 ％～3 ％ 提切 1] W i s c o l 0 ． 5 ％～1 ． 5 ％降 滤 失剂 Re d u l 1 ． 5 ％～4 ． 0 ％ 防 塌 降 滤 失 f lJ N F A 一 2 5 2 ％～4 ％ P GC S 一 1 4 0 ％6 0 ％ We i g h t 2 1 配制及顶替工艺。①配浆前需将泥浆池、管 线 、漏斗等清洗干净，防止污染有机盐钻井液。② 用配制好 的复合有机盐 钻井液顶替井内二开老浆 ， 首先使用 2 0 I n 0 ． 5 ％ H X C溶液作前置液，防止新、 旧钻井液相混，开泵顶替后保持排量稳定。③顶替 完老浆后充分循环新配钻井液 ，达到全部溶解 ，然 后检测配制好的有机盐钻井液性能 ，满足施工条件 后方可三开钻进 。 2钻井液 的维护处理。① 由于井眼大、钻速 快 、钻井液消耗量大 ，按配方配制钻井液 ，配合胶 液保持钻井液的量和性能稳定。根据现场情况和性 能需要 ，用胶液调整钻井液性能 ，漏斗黏度低于 4 5 S 在 、 读值 低 于 3时 ，在 胶液 中添加 3 ％V i s c o l ， 提高钻井液黏度和切力 ； 用 1 ． 5 ％Re d u l 、2 ％抗高温 降滤失剂控制高温高压滤失量在 1 0 m L以内 ； 防塌 剂 日常维护用 2 ％N F A一 2 5 ，在进入膏岩层后添加乳 化沥青使之含量达到 2 ％， 2者作为防塌 、 降滤失剂 ， 兼有很好的润滑 、造壁作用 ； 利用 P GC S ． 1的浊点 效应 和防塌润滑作用 ，能更好地改善泥饼的质量 、 提高防塌效果 ，P G CS ． 1的 日常用量为 2 ％，在特殊 岩性井段用量为 4 ％ ； NF A一 2 5 、乳化沥青 、P G CS 1 这 3 种处理剂在抑制膏岩溶解 、封堵 、防塌、润滑 作用明显，具有对钻井液体系综合增效的作用，使 牛东 1 井井径扩大率明显好 于邻井 ； We i g h t 2的抑 制作用强 ，可以抑制膏岩、盐岩溶解 、泥岩水化分 散造浆 ，还可以控制膨润土含量 ，该井 三开井段进 入膏岩层前 We i g h t 2加量为 4 0 ％，见膏岩后加量增 至 5 0 ％，在钻至设计盐层前再次提高加量到 6 0 ％， 保证了井 眼质量和施工顺利 。②钻井液流型调整。 该井三开后 期因密度高 最高密度为 1 ． 6 9 g ／ c m 、 固相含量高，使钻井液黏度偏高，使用 1 0 ％D E V I S 配合复合有机盐溶液降低黏度 、调整流型 ，保证 了 三开井段 的钻井液流型稳定。从地质录井和岩屑返 出情况可以看出，岩屑较为完整 ，钻头牙齿 的光滑 切削面清晰可见，说明钻井液流型合适、携岩性 好 ，有利于井眼清洁。③该地区沙河街组个别井段 地层应力大 ，易形成应 力释放性垮 塌 ，钻 至井深 3 3 6 4 1 T I 时起钻正常，钻井液密度为 1 ． 4 2 g ／ c m ，但 在下钻至井深 3 3 0 0 m后划 眼，返 出岩屑块大 、量 多 ， 发生应力性垮塌 ， 经逐步提高钻井液密度至 1 ． 4 8 g ／ c m 后恢复钻进。 3 ． 3 四开 四开钻井液是将 回收的三开复合有机盐钻井液 用离心机清 除固相 ，降低密度至 1 ． 4 0 g ／ c m ； 调整 三开 回收钻井 液性能至设计要求 ，因四开井 段无 特殊岩性 ，所 以逐步使含盐量 由 6 0 ％ 降至约 3 0 ％。 其他维护处理方法及要求与三开相 同。四开井段施 工顺利 ，只是从井深 4 6 3 3 1 1 3 后气层较多 ，全烃值 一 直在 1 0 0 ％ 居高不下 ， 点火就着 ， 火焰达 8 1 T I 以上 。 因长时间循环排气烃值不降，为了井控安全 ，在井 深 5 0 0 6 I l l 后 ，逐步提高钻井液密度至 1 ． 6 5 g ／ c m ， 后为实现钻井提速 目标在井深 5 5 4 4 I T I 将钻井液密 度 降为 1 ． 5 8 g ／ c m ，因密度下 降幅度太大 ，导致 井 壁失稳钻进憋跳严重 ，在井深 5 5 7 7 m提高钻井液 密度至 1 ． 6 3 g ／ c m3 ，很 快恢 复正常 ，四开后期起 下 钻畅通 ，电测 、下套管顺利 。四开钻井液配方如下 。 2 ％ ～ 3 ％ Vi s c o l 0 ． 5 ％～ 1 ． 0 ％ R e d u l 一 2 2 ％～4 ％ NF A． 2 5 2 ％～4 ％ P GCS 一 1 2 5 ％～ 4 0 ％ We i g h t 2 使用筛孔孔径为 0 ． 1 0 0 ～0 ． 1 2 5 m m的振动筛筛 布，钻井液在筛布覆盖率达到 7 5 ％，除砂器利用率 为 1 0 0 ％ ； 可根据井 深、进尺 、钻井液密度 、井下 状况强化离心机的使用 ，及时清除有害固相 ，保持 钻井液清洁、性能稳定，降低钻井风险。 3 ． 4 五开 3 ． 4 ． 1 钻井液体 系 发生破碎带垮塌前期钻井液体系配方如下 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 3期 胡景 东等 渤海湾超深井牛东1 井钻井液技术 3 1 3 ％ 膨 润 土 0 ． 3 ％K P AM 0 ． 6 ％H MP 一 2 1 1 ％S N 树脂 0 ． 5 ％T C K l 。 5 ％S MP - 1 2 ％S MP - 2 1 ％DF T - 1 2 ％W F T- 1 0 8 1 ％ HY． 2 O5 1 ． 5 ％GF R- 1 0． 2 ％ XP99 0 8 发生破碎带垮塌后钻井液体系配方为 原 浆 5 ％土 粉 5 ％KJ AN1 ％Re d u l 一 2 2 ％ S MP ． 2 2 ． 5 ％ 沥青 5 ％超细钙 3 ％C a O 五开钻进至井深 5 7 4 1 m起钻 中途测试 ，因测 试抽吸作用造成破碎带垮塌 ，在井深 5 6 9 9 ～5 7 4 1 m 多次划眼且挂卡严重 ，因垮塌形成 大肚子井眼 ， 携砂困难 ，无法正常施工 。 3 ． 4 ． 2 维护处理 五开前期钻井液存在如下问题。①钻井液抗温 性能、 抗污染能力差 ， H C O 一 含量为 1 1 5 7 4 ． 5 2 mg ／ L， 井 口返出钻井液气泡多 ，几乎失去流动性 。②虽然 用 K P AM 将钻井液的黏度提得很高，稠浆钻井液的 漏斗黏度为 1 2 0 S ，但因其抗温性能差，在井温高、 低固相情况下会发生高温降解、高温稀释现象，钻 井液悬浮性差， 用稠浆携带、稠浆封闭裸眼提高悬 浮力都无效果，几乎每次停泵都发生埋钻具现象， 工程上用与钻铤直径相同的洗锥代替钻头划眼，还 是经常憋泵 ，防塌 、携岩的瓶颈难题均未解决 。 灰岩地层一般裂缝发育 ，但井壁稳定性好 ，不 易垮塌掉块 ，所以五开先期处理较简单 。发生破碎 带垮塌后 ，在原钻井液基础上增添了抗高温降滤失 剂 5 ％ AN 1 ％R e d u 1 2 2 ％S MP 一 2 ，3种处 理 剂兼 有调整 、稳定流型作用 ； 为增强钻井液的封堵 、防 塌 效果 ，添加 了 2 ． 5 ％沥青 和 5 ％超 细钙 ，对钻井 液体系起到了综合增效作用。因原钻井液受 HC O 一 污染严重 ，导致性能差 ，处理措施为 首先按测出 的 HC O 一 含量计算 出 C a O加 量，按 2个循环周 添 加 C a O处理 HC O 污染 ， 污染消除后流型明显好转 ， 钻井液黏度从原来 的 1 0 0 S 以上降到 4 5 S 左右 ，流 型好转后开始提高膨润土含量至 7 0 g ／ mL左右，提 高钻井液的结构力，各种抗温、防塌、封堵性处理 剂的复配加入提高钻井液的综合 防塌、悬浮 、携岩 效果 ，使井下复杂很快解除。 调整后 的钻井液漏斗黏度为 5 0 ～6 0 S ，切力为 1 0 ～1 5 ／ 1 2 ～2 2 P a ／ P a ，动切 力 为 1 0 ～2 0 P a ， 塑 性黏度 为 1 5 ～2 8 m P a s ， 值为 8 ～1 8 ，膨润 土含量为 6 0 ～7 0 g ／ L。 钻井液的动切力和 值较高 ， 使体系的携岩性很好，能将原大肚子井眼中的垮塌 物和钻屑顺利带出，解决了该井前期携岩 困难 的瓶 颈难题 ； 钻井液的触变性较大，钻井液静置后的切 力马上升高 、结构力增强 ，解决 了钻井液静态情况 下 的悬浮力问题 ，保证 了井下正常 、起下钻畅通 ； 由于钻井液 的初切虽高但终切值并不太大 ，所以不 影响开泵， 下钻中途打通水眼一次到底， 开泵正常。 牛东 1 井主要井段钻井液性能见表 1 。由此可 知 ，该钻井液具有强 的抑制能力及很好的抗温和抗 污染特性 ； 五开井段 因破碎带垮塌调整后 ，钻井液 黏度不高 ， 悬浮、 携岩性好 ， 初切较大， 终切不太高 ， 初终切值差别不大 ，提高悬浮力情况下也好开泵 。 表 1 牛东 1 井主要井段钻井液性能 睬 ／F v | p |P v |Y p | P iP v {F L 州 F L m G e l ／ 次 m s c m3 m P a ． s P a P a ／ mP a ． s m L m L P a ／ P a 注 三开兕 T H P 测试温度为 1 5 0 ～1 6 0℃，四开 凡H T H 测试温度为 1 6 0 ～ 1 6 5℃。 4 复杂情况分析 4 ． 1 三开井段划眼 钻进至井深 3 3 6 4 m时 ，换钻头下钻 ，在 3 2 9 4 ～ 3 3 6 4 IT I 间断划眼 ，返出垮塌物量多且有的如鹅 蛋大小 ，划眼到底后逐步将钻井液密度提高至 1 ． 4 8 g ／ c m 隋况好转 ，后期施工钻井液密度为 1 ． 6 8 g ／ c m 左右，第 1 趟钻划眼后，后期起下钻划眼以点划为 主，主要是膏泥岩地层。第 1 次划眼为沙一下部地 层 ，应力偏大 ，设计钻井液密度偏低 1 ． 4 0 g ／ c m ， 不能平衡地层应力造成划眼。后期施工个别点划眼 原因 ①地层应力释放 ； ②第 1 次划眼后形成大肚 子井眼，始终有少量掉块不能带 出，在起下钻时造 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 钻 井 液 与 完 并 液 2 0 1 2年 5月 成点划 ； ③膏泥岩井段易吸水膨胀 ，造成井眼缩径 ； ④因发生过漏失且泵压高 2 0 MP a ，钻进期间排 量小 3 4 L ／ s ，岩屑上返过程 中在离心作用下贴在 井壁上形成虚厚砂泥饼 ， 使起下钻困难。在提密度 后个别点的划眼中返出物很少，只有下钻到井底时 才返出一些沙子 ，但量不大。 4 ． 2 三开下 套管井 口失返 三开下入 西2 4 4 ． 5 m l T l 套管至 1 0 6 根 时发现井 口钻井液失返 ，起套管。第 2次下套管前钻井液密 度 由 1 ． 6 9 降低至 1 ．6 7 g ／ c m ，黏度 由 1 2 0 S 下降到 1 0 0 S ，控制下套管速度大于 8 4 s ／ 根，第 2 次下套 管正常。钻井液失返原因 地层易漏失 ，钻井液密 度窗 口窄，稍有激动压力就会漏失 ； 三开套管外径 与二开套管内径间隙小，对钻井液上返阻力大 ； 钻 井液切力低 ，激动压力传递快。 4 ． 3 五开破碎带垮塌处理 1 选用抗 高温 、抗污染 能力强 的处理剂 抗 温防塌降滤失剂 K J A N 抗温降滤失剂 R e d u 1 ． 2 。 2用 C a O清除原钻井液 中的 HC O 一 ，解决钻 井液受污染 问题 。 3调整钻井液黏度为 5 0 ～6 0 S ，切力为 l 0 ～ 1 5 ／ 1 2 ～2 2 P a ／ P a ，动切力为 1 0 2 0 P a ，塑性 黏度 为 1 5 ～2 8 mP a S ， 值为 8 ～ 1 8 ，膨润土 含量为 6 0 ～7 0 g ／ L 。钻井液 的黏度合适 、流型好 ，可以清 洗大肚子 中的垮塌物 ； 携岩极好 ，能将井眼中的垮 塌物和钻屑及时带出 ； 静止触变性增高 ，使得钻井 液切力增高 、结构力增强 ，提高了钻井液静态情况 下的悬浮能力 ，保证 了井下正常、起下钻畅通 ；由 于钻井液终切不大，所 以不影响开泵。 5 应 用效 果 1 抑 制 防塌 能力强 ，岩 屑 回收率 大于 9 5 ％， 返出岩屑完整不分散。三开从 2 3 0 6 ～2 8 0 0 m为造 浆性极强的东营组，一般聚合物钻井液在该井段返 出不成形软泥，且糊筛布 、跑泥浆现象严重 ，该井 返 出的钻屑完整 、不分散且不糊筛布。常规钻井液 在该井段因造浆严重，须排放大量钻井液维持其性 能 ，而该钻井液在不排放钻井液情况下性能变化较 小 ，每天 只补充消耗的钻井液量 ， 减轻了劳动强度。 2 抑制膏盐溶解防蠕变，抑制泥岩水化膨胀 作用明显 ，井壁稳定。从 3 4 9 2 ～3 8 2 0 i n大段较纯 膏泥岩地层 没有发生大的垮塌 ，井径扩大率较低 ， 为 1 1 ％，后期井眼畅通 ，电测 、下套管顺利 。 3体 系抗温在 2 0 0℃以上 ，高温高压滤失 量 小于 1 0 mL； 抗污染能力强 ，钻水泥塞 、钻东营组 强造浆地层 、钻大段膏盐层 ，钻井液性能稳定。 4携岩效果好 ，解决 了三开长裸 眼、大井眼 的携岩问题 ，能保证岩屑及 时返出，利于提高机械 钻速 ，保证井下安全。 5复合有机盐钻井液保护环境和储层 ，不用 专配完井液 用于保护储层 ， 由于钻井液 陛能稳定 ， 不用排放钻井液 ，有利于环境保护 。 6有机盐钻井液 润滑效果好 ，钻井液 自身润 滑 I生好 ，不用添加润滑剂就能保证润滑性 ，4 5 mi n 摩阻系数小于 0 ． 1 2 ，解决了高密度防卡问题 。 7有 机盐钻 井液切力低 ，与黏度关 系不大 ， 不论黏度高低，三开期间终切始终保持 5 左右，利 于起下钻 、开泵 ，每次下钻不用中途循环 ，到底开 泵顺利 ， 返出钻井液几乎不用处理可 自然恢复黏度 。 8抗温 、抗污染 防塌钻井液解决了五开破碎 带垮塌和携岩的瓶颈难题 ，确保了井壁稳定 ，起下 钻畅通 ，井下正常。 6认 识 与建议 1 ． 复合有机盐钻井液适合深井 、超深井 、高密 度井 、复杂地层 、特殊岩性地层施工 ，能很好地抑 制膏盐溶解 ，防止塑性蠕变 ，抑制防塌能力强 ，可 保护油层、保护环境。 2 ． 使用复合有机盐钻井液 ， 及时补充水分 3 0 0 L ／ h ，以补充钻井液因温度高而挥发和失水量造成 的水分丢失。 3 ． 建议在复合有机盐钻井液 中增添适量造壁材 料，如超低渗透剂 ； 在五开钻井液中使用超高温处 理剂 ，以保证 l生能稳定 ， 控制钻井液密度以防漏失 。 参 考 文 献 [ 1 ] 王劲松，亢德峰，蓝强 ． 双聚磺胺基聚醇钻井液在渤南 低渗油田的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 3 5 1 ． 5 4 ． [ 2 ] 廖天彬，蒲晓林，罗兴树，等 ． 超高密度聚磺近饱和甲酸 盐钻井液室内研究 钻井液与完井液，2 0 1 0 4 2 6 - 2 8 ． [ 3 】 袁波 ，汪绪刚，汪世国，等 ． 聚磺钻井液在伊拉克艾哈 代布油田水平井中的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ， 2 8 3 8 2 ． 8 4 ． 收稿 日期2 0 1 2 ． o 1 - 2 5 ；H GF 1 2 0 3 N1 ；编 辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m