阿根廷CHE油田钻井液技术.pdf
第 2 9卷 第 4期 2 0 1 2年 7月 钻井液与完井液 DRI LL I NG F LUI D COMP LET 1 0N F LUI D 、 b1 . 2 9 NO. 4 J ul v 2 01 2 【 理论研究与应用技术 】 阿根廷 C H E油田钻井液技术 袁俊文 江汉石油管理局钻井二公司,湖北潜江 袁俊文 . 阿根廷 C H E油田钻井液技术 [ J ] . 钻井液与完井液,2 0 1 2 ,2 9 4 4 1 4 4 . 摘要C HE油田位于阿根廷门多萨市以南安第斯山脉东麓库亚那 C u y a n a盆地中部。该油田上部地层富含 活性黏土,造浆趋势强,易出现钻头、扶正器泥包 ; 下部地层受造 山运动影响,地应力强,井壁稳定性差,掉块 多,易发生卡钻 ;目的层渗透性好,易形成厚泥饼,导致起下钻阻卡严重 ; 地层中含有 C O ,易出现 H C O, 一 污染 ; 现场无钻屑池,要求钻屑不落地、废液零排放,对固相控制技术的要求高。江汉油田阿根廷项 目部在该油田完成 5口 开发井,通过采用聚合物钻井液,配合先进的固相控制技术及针对性的防塌技术,较好地解决 了以上技术难 题。应用结果表明,将高、 低速离心机串联使用,同时采用化学絮凝技术,既能清除劣质固相,又不浪费加重材料, 能彻底解决该油田钻井液施工中的固相控制问题,有利于保持钻井液性能稳定。 关键词 聚合物钻井液 ; 地层造浆 ; 井壁坍塌 ; 零排放 ; HC O 一 污染 ;絮凝 ;固控设备 ; C HE油田 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 4 . 0 0 4 1 . 0 4 C h a fi a r e s H e r r a d o s 简称 C H E油 田位 于阿根 廷西北部 门多萨市 以南 5 0 k m,安第斯 山脉东麓库 亚那 C u y a n a 盆地中部 。该油 田地层 自上而下依 次为第四系、上第三系、下第三系、白垩系、侏罗 系及三叠系,岩性以砂岩、泥岩、凝灰岩为主,目 的层为侏罗系巴兰卡斯 B a r r a n c a s 组、三叠系维 克多 Vi c t o r 组 。该井一开使用 西3 1 1 . 2 n 3 n l 钻头 钻至井 深 7 0 0 m,下人 西2 4 4 . 5 m m 表层 套管 ;二 开使用 西 2 1 5 .9 m m钻头钻至井深 3 6 0 0 m,下入 1 3 9 . 7 mm油层套管至井深 3 5 6 0 m,平均机械钻 速为 9 . 1 6 m/ h ,钻井周期为 3 0 d 。 1 钻井液技术难点 1 上部井 段 0 ~2 6 0 0 m可钻性 好 ,机 械 钻速快 ,地层岩性以泥岩、砂质泥岩和泥质砂岩为 主 ,富含活性黏土成分 ,造浆井段长 ,造浆趋势强 , 钻井液中的膨润土含量上升快 ,导致钻井液抗污染 能力差 ,易出现钻头及扶正器泥包。 2 山前构造 ,地应力强 ,井壁稳定性差 ,自 井深 6 0 0 m以下各层位均有明显掉块。其中,上部 井段同时存在地层造浆和井壁掉块问题,若以低黏 度、低切力聚合物钻井液控制地层造浆,则不能将 掉块及时携带出来,造成接立柱、起下钻阻卡 ; 若 保持钻井液有较高的黏度和切力 以携带掉块 ,则不 利于控制地层造浆,易泥包钻头及扶正器。 3下部井段白垩系玄武岩、侏罗系硬脆性泥岩 及三叠系碳质泥岩较为发育,尤其是 2 7 5 0 2 8 5 0 m 井段 的玄武岩及硬脆性泥岩 ,极易发生井壁坍 塌, 形成不规则井径, 造成卡钻、 电测遇阻及下套管阻卡。 4自井深 4 0 0 m 以下各层位均含有 C O , ,钻井 液易受 HC O 一 污染 , 流变性及滤失造壁性难 以控制 。 5 目的层渗透性较好 ,且为保持井壁稳定, 钻井液密度远高于目的层地层压力,既不利于储层 保护 ,又极易在井壁形成厚泥饼 ,导致井眼缩径 , 起下钻困难 , 而且易发生钻具及套管压差卡钻问题 。 6 现场无 钻屑池 ,要求钻屑不落地、废液零 排放 ,严格的环境保护要求增大了钻井液 固相控制 的难 度 第一作者简介 袁俊文,主任工程师,1 9 7 5 年生,1 9 9 4年毕业于华北石油学校,一直从事钻井液技术工作。地址 湖 北省潜江市江汉油田钻井二公司 ;邮政编码 4 3 3 1 2 1;电话 1 3 7 0 7 2 2 7 2 6 5; E ma i l 2 3 2 1 5 9 2 5 1 q q . t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 钻 井 液 与 完 井液 2 0 1 2年 7月 2 钻井液技术对策 2 . 1 控制地层造浆H 使用高分子量聚合物 E Z MU D及聚合物包被 剂 C L A Y G A RB B E R抑 制黏 土水 化分 散 ,控 制地 层造浆 。其 中,E Z MUD在钻井液中的含量保持为 0 . 1 %n0 . 2 %,将 C L A Y G AR BB E R 水剂 配制成 0 . 8 % 的水溶液 ,按 0 . 5 ~ 1 . 5 m / h的速度直 接注入 离心机内,提高离心机分离效率,清除钻井液中的 劣质黏土 ,控制膨润土含量在 5 0 g / L以内。同时, 控制钻井液黏度为 4 0 ~5 5 S 、动切力在 6 P a以上 , 每钻进 2 0 0 3 0 0 m用稠浆洗井一次,确保将掉块 及时携带出井眼。 2 . 2 防止井壁坍塌 4 1 逐步提高钻井液密度 ,平衡 地层应力 ,保 持井壁稳定。在进入 白垩系玄武岩地层前将密度提 高至 1 . 3 0 g / c m 以上,进入侏罗系前将密度提高至 1 . 3 5 g / c m 以上 ,进入三叠系碳质泥岩地层前将密 度提高至 1 .5 0 g / c m 以上。 2调 整 钻 井 液 固相 级 配 ,提 高 封 堵 能 力 , 保持井壁稳定。在进入 白垩系前加入裂缝封堵 剂 S T E E L S E A L 、填 充 剂 B A R A C A R B,其 中 封 堵 剂 S T E E L S E AL的 加 量 为 1 %~2 %, 填 充 剂 B AR AC AR B选用 3种不 同粒级 1 5 0 、5 0 、5 g m 颗粒按 1 1 1 复配使用,加量达到 3 %以上。 3 降低钻井液滤失量,保持井壁稳定。使用 P A C . L 、B D F . 3 4 1 控制钻井液滤失量,在进入白垩 系前将滤失量降至 6 m L ,进入三叠系前将滤失量 降至 5 mL以下 ,高温高压滤失量降至 1 2 mL以下。 4 调整钻井参数,保持井壁稳定。在进入白 垩系前, 将转速降至 4 0 r / min , 排量降至 2 4 L / s 左右, 减轻钻具对井壁的碰撞及钻井液对井壁的冲蚀。 2 . 3 防止HCO3 - 污染 在钻上部井段时 ,将 C a O与 Na O H按 1- 1的 比例配合使用进行 日常维护,保持钻井液 p H值为 8 . 5 ~9 . 5; 钻下部井段时 ,根据钻井液 中 H C O 一 的 含量,将 C a O与 N a O H按 1 ~2 - 1 的比例配合使 用进行 日 常维护,保持钻井液 p H值为 9 ~1 0 。 2 . 4 储层保护 ①在进人 目的层前加入 1 %~2 % 甲酸钾、1 % 低分子量聚合物页岩抑制剂 C L A Y S E A L , 提高钻井 液抑制性 [ 7 】 。②将钻井液膨润土含量控制在 4 0 g / L 以内,使用 P A C L 、抗高温降滤失剂 B D F . 3 4 1 控 制钻井液滤失量小于 5 m L 、高温高压滤失量小 于 1 2 mL 。③ 使 用 封 堵 剂 S T E E L S E AL、填 充 剂 B A R AC A R B调节钻井液 固相级配 ,改善钻井液造 壁l 生,对储层实现屏蔽暂堵 。 2 . 5 固相控制 由于当地对环境保护 的要求严格 ,现场没有钻 屑池 ,不能采用清罐 、排放振动筛漏斗及除砂除泥 一 体机底流等方法,必须依靠固控设备配合化学絮 凝技术来清除劣质固相 、降低膨润土含量 ,控制地 层造浆。这种机械分离与化学絮凝相结合 的固相控 制技术主要用于离心机。 1未加重钻井液 的固相控制技术。在离心机 进料 口同时注人钻井液和絮凝剂溶液,利用絮凝剂 溶液稀释钻井液并起到絮凝 固相的作用 ,再通过离 心机 的高速旋转将钻井液中的固相分离出来 。絮凝 剂配方为 清水 0 . 8 % C L A Y G A R B B E R 。通过调 节钻井液与絮凝剂溶液注入量来控制离心机的分离 效果,通常絮凝剂溶液的注人量为 0 .5 ~1 .5 m / h , 当钻井液与絮凝剂溶液注入量为 2 0 1 时,可达到 最佳分离效果 ,钻井液 中的固相基本被完全清除 , 排液口溢流密度最低可达到 1 . 0 1 g / c m。 。钻进过程 中,若地层造浆趋势强 ,膨润土含量上升快 ,可使 用 2台离心机并 同时配合化学絮凝技术 ,当地层造 浆得到控制时,只需要使用 1 台离心机。 2加重钻井液 的固相控制技术 。处理加重钻 井液时 ,将 2台离心机串联使用 如图 1 所示 。 图 l 用 2台离心机并配合化学絮凝技术清除劣质固相 其中,低速离心机 1 8 0 0 r / ra i n 常规使用, 排砂 口排出的固相主要是加重材料 ,将其冲回至循 环罐中,排液 口排出的溢流进入一个 中间容器 ,再 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 4期 袁俊文 阿根廷c HE 油田钻 井液技术 4 3 由高速离心机 ≥2 5 0 0 r / min 来处理,配合化学 絮凝技术 ,将钻井液中的低密度 固相分离 出来 ,从 而既可降低膨润土含量 ,又不浪费加重材料 ,保持 钻井液密度稳定 。絮凝剂溶液配方与注入量 同未加 重钻井液的固相控制技术。 3现 场维护处 理 3 . 1 0 ~7 0 0 i n 井段 一开 1 钻井液配方。清水 0 . 1 %Na O H 6 % 膨润土 0 . 1 %~ 0 . 2 % E Z MUD。 2钻井液 的维护处理。① 钻至井深 4 0 1T I 后 , 缓 慢 均匀加 入 E Z MUD溶 液。② 配合使 用 Na OH 和C a O,保持 p H值为 8 ~9 。③控制膨润土含量为 5 0 ~ 7 0 g / L ,若黏度和切力偏低 ,可加入膨润土浆 , 保持钻井泵排量大于 4 5 L / s ,确保及时携带掉块。 3 固控设 备 使用 情 况。振 动筛 使 用孔 径 为 0 . 1 8 m m 的筛布,使用率为 1 0 0 % ; 除砂除泥一体 机使用孔径为 0 . 1 0 5 l n m 的筛布,使用率为 1 0 0 %; 离心机视情况使用。 4主要 性 能。该井 段 钻 井 液 密度 为 1 . 0 4~ 1 . 1 2 g / e m ,黏度为 4 5~ 7 0 mP a S ,动切力不小于 5 P a ,p H值为 8~ 9 ,膨润土含量为 5 0~ 7 0 g / L 。 3 . 2 7 0 0~1 7 0 0 m井 段 二开 1 钻井液配方。井浆 0 . 1 %~0 .2 % N a O H 0 . 1 %~0 . 2 % E Z MUD 0 . 2 %~0 . 3 % P AC L 0 . 1 %~0 . 2 % C L A Y GA R B BE R 0 . 1 %~0 . 2 %聚 阴离子纤维素 P AC . R 0 . 1 %XC 0 . 1 %除氧剂 0 . 1 % 缓蚀剂 0 . 1 %~0 . 2 % C a O。 2钻井液 的维护处理。①二 开前用 离心机将 钻井液密度降至 1 .0 5 g / c m 以下,膨润土含量降 至 4 0 ~5 O L,并 在钻 井液 中加 入 0 . 2 %P AC . L及 0 . 1 %P A C R降低滤失量。②用清水钻水泥塞,钻完 水泥塞后 ,用钻井液将其全部顶 出并 回收 ,防止污 染钻井液 。③钻进 时均匀补充 0 . 2 %N0 . 4 %E Z MUD 溶液 , 保持钻井液 中 E Z MUD含量为 0 . 1 %~0 . 2 %。 ④ 用 P AC . L 、P AC . R、XC控 制 钻 井 液 滤 失 量 不 大 于 1 2 mL、黏 度 为 4 5 ~6 0 S , 塑 性 黏 度 小 于 2 0 mP a S ,动切力大于 5 P a ,初切小于 3 P a 。⑤用 Na OH和 C a O控制 p H值为 9 左右 ,防止 HC O 一 污 染。⑥ 保持除氧剂 、缓蚀剂含量 为 0 . 1 %。⑦保持 钻井泵排量大于 3 5 L / s ,每钻进 2 0 0 ~3 0 0 m用稠 浆洗井一次。 3 固控设备使用情况。振动筛使用孔径为 O . 1 2 5 m lT l 的筛布,使用率为 1 0 0 % ; 除砂除泥一体 机使用孔径为 0 . 0 9 4 mm 的筛布 ,使用率为 1 0 0 % ; 离心机采用化学絮凝技术 ,使用率为 1 0 0 %。 4 主要性 能。该井段钻井液密度为 1 .0 4~ 1 . 0 8 g / c H l 3 ,黏度为 4 5~ 6 0 S ,塑性黏度为 1 0~ 2 0 mP a S ,动切 力为 5~ 1 0 P a, 静切 力为 1~ l 0 / 3 ~1 5 P a / P a , 滤失量不大于 1 2 m L , p H值为8 ~9 , 膨润土含量为 4 0~ 6 0 g / L,固相含量不大于 6 %。 3 . 3 1 7 0 0 ~2 6 0 0 I ll 井段 二开 1 钻井液配方。 0 . 1 %~0 . 2 % Na O H 0 . 1 %~ 0 . 2 % E Z MUD 0 . 1 %~0 . 2 % C L A Y G AR BB E R 0 . 2 %~0 . 4 % P AC L 0 . 2 %~0 . 3 % P AC R 0 . 1 %~0 . 2 % XC 0 . 1 % 除 氧 剂 0 . 1 % 缓 蚀 剂 0 . 1 %~0 . 2 % C a O 加重料 2 钻井液维护处理。①钻至井深 2 3 0 0 m时将 密度提高至 1 . 1 5 c I I1 3 , 钻至井深2 5 0 0 m时提高至 1 .2 0 g / c m ,钻至井深 2 6 0 0 m时提高至 1 . 2 5 g / c m 。 。 ② 用 P A C L 、P A C . R 、X C逐 渐 控 制 钻 井 液 滤 失 量 小 于 8 mL 、黏 度在 5 0 S 左 右、塑性 黏 度 小 于 2 5 mP a S 、动 切 力 大 于 6 P a 。③ 钻进 时 均 匀 补 充 0 . 2 %~0 . 4 %E Z MUD溶 液 ,保 持 其 浓 度 为 0 。 l %~0 .2 %。④加重前充分使用离心机降低膨润土 含量至 5 0 g / L以下 ,加重后离心机采用 串联方式 , 视性能情况调节絮凝剂注入量。⑤用 C a O和 N a O H 控制钻井液 p H值为 9左右 ,防止 H C O 一 污染 。⑥ 保持钻井液中除氧剂、缓蚀剂的含量为 0 . 1 %。 3 固控设备使用情况。振动筛使用孔径为 0 . 1 2 5 m m 的筛布,使用率为 1 0 0 %,除砂除泥一体 机使用孔径为 0 .0 9 4 m m 的筛布,使用率为 8 0 %, 离心机采用化学絮凝技术 ,使用率为 1 0 0 %。 4主要性 能。该井段的钻井液密度 为 1 . 0 8 ~ 1 . 25 g / c m3 ,黏度为 4 5~ 6 0 S ,塑性黏度为 1 0 ~ 3 0 mP a S ,动切力 为 5~ 1 5 P a, 静 切力 为 1 ~ 1 0 / 3 ~ 2 0 P a / P a , 滤失量为 1 2~6 mL, p H值为 8 ~ 9 , 膨润土含量为 4 0~ 5 0 g / L,固相含量不大于 1 3 %。 3 . 4 2 6 0 0 ~3 6 0 0 n l 井段 二开 1 钻井液配方 。 0 . 1 %~ 0 . 2 % Na O H 0 . 1 %~ 0 . 2 % E Z MU D 0 . 5 %~ 1 % C L A Y S E AL 0 . 2 %~ 0 . 4 % P AC L 1 % ~ 2 % B DF 一 3 4 1 1 . 0 % ~ 1 . 5 % 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 7月 防塌剂 B A R OT R OL P L U S 3 %B A R AC A R B 0 . 5 % ~ 1 %S T E E L S E A L 1 % ~ 2 %甲酸钾 0 . 1 %除 氧剂 0 . 1 %缓蚀剂 O . 1 % ~ 0 . 2 %C a O 加重料 2 钻井液的维护处理。①在井深 2 7 0 0 n l 以前 将钻井液密度提高至 1 . 3 0 g / c m3 ,在井深 2 9 0 011 1 以 前提高至 1 .3 5 g / c ,至井深 3 0 0 0 m以前提高至 1 .4 0 c m 3 左右, 井深 3 2 0 0 m以前提高至 1 .4 5 g / c 左右,井深 3 4 0 0 m以前提高至 1 . 5 0 g /c m 3 。②进 入 白垩系前按 l 1 1 的 比例加入 3种不同粒径 的 填充剂 B A R A C A R B,使其总量达到 3 %,并加入 1 %~2 % S T E E L S E A L提高封堵性能,同时降低 排量及转速 ,减少对井壁的冲蚀和碰撞 ,防止井壁 坍塌。③控制钻井液滤失量小于 5 m L 、高温高压 滤失量小于 1 2 mL 。④控制黏度低于 9 0 S 、塑性黏 度小于4 0 m P a S 、动切力小于 1 5 P a , 若黏度偏高, 可加入降黏剂并使用离心机清除低密度固相。⑤用 C a O和N a O H控制p H值为9 ~1 0 , 防止H C O 一 污染。 ⑥加入 l %~2 %甲酸钾及 1 % C L A Y S E A L ,提高钻 井液抑制性。⑦保持缓蚀剂、除氧剂含量为 0 . 1 %。 ⑧通过长、短程起下钻保证井眼顺畅 ,完井作业期 间密度 比钻进 时高 0 . 0 3 ~0 . 0 5 g / c m ,电测前 充分 循环,下套管前用稠浆封闭下部井段。 3 固控设备使用情况。振动筛使用孔径为 0 . 1 2 5 m m 的筛布,使用率为 1 0 0 %,除砂除泥器使 用孔径为 0 .0 9 4 m l n的筛布,使用率为 8 0 %,离心 机采用串联 化学絮凝技术,视情况使用。 4主要性能。该井段钻井液的密度为 1 . 3 0 ~ 1 . 6 0 g / c m ,漏斗黏度为 5 5 ~9 0 S ,塑性黏度为 2 5 ~5 0 mP a S ,动 切 力 为 1 O ~3 0 P a,初 切 为 2 ~ 1 5 P a ,终切为 5 ~3 5 P a ,滤失量为 5 ~4 mL,p H 值 为 8 ~l 0 ,膨润土含量 为 3 O ~5 0 g m,固相含量 不 大 于 2 5 %。 4 结论 1 .C H E油田对环境保护要求高,不能用清罐、 排放振动筛漏斗及除砂除泥一体机底流等方法控制 固相,按常规使用离心机的方法不能有效控制上部 井段地层造浆 ,钻井液加重后 ,不但不能有效清除 劣质固相 ,而且会大量浪费加重材料。采用化学絮 凝技术可大大提高离心机的分离效果,钻井液加重 后 ,将高、低速离心机串联使用 ,既能清除劣质固 相又不浪费加重材料 ,能解决该油 田钻井液施工中 的固相控制问题, 有利于保持钻井液性能优质稳定。 2 .C H E油 田地层含有 C O ,极易造成 HC O ~ 污染, 使钻井液流变性变差、 滤失量增大、 泥饼虚厚。 用 C a O配合Na O H对钻井液进行 日常维护,可有 效防止 HC O 一 污染 ,避免 因钻井液 眭能恶化而进行 大幅度处理 ,有利于保持钻井液 I生能稳定。 3 .C H E油田受安第斯山造山运动影响,地应 力强,井壁稳定性差,尤其是下部地层含玄武岩、 硬脆l生 泥岩及碳质泥岩,极易发生井壁坍塌。采取 了提高钻井液密度、强化封堵性能、优化钻井参数 等技术措施 ,虽然未能彻底解决掉块 、扩径等问题 , 但可有效防止井壁出现严重坍塌,保障完井电测及 下套管作业安全顺利。 4 .C H E油田目的层渗透性好,钻井液密度高 于 目的层地层压力 , 易形成厚泥饼 ,导致井眼缩径 , 起下钻极为困难且易发生黏附卡钻。通过采取控制 高温高压滤失量、调节钻井液固相级配 以提高封堵 性能等技术措施 ,仍未能很好解决这一难题 ,需要 进一步针对地层孔喉尺寸优化封堵方案。 参 考 文 献 [ 1 】 杨金荣,贾建文,穆西伟 ,等 . 古巴G B O 一 1 0 3 大位移 井钻井液技 术 [ J ] . 钻 井液与完井液 ,2 0 1 1 ,2 8 6 3 5. 3 8. 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