柴1HF井钻井液技术.pdf

第 3 1 卷 第 1 期 2 0 1 4年1月 钴井液与 完井液 DRI LL I NG F LUI D ＆ COMPL ET 1 0N F LUI D vo l _ 3 1 No ． 1 J a n．201 4 d o i l 0 ． 3 9 6 9 0 ．i s s n ． 1 0 0 1 - 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ．0 1 ．0 2 4 柴 1 H F井钻井液技术 邱春阳， 王兴胜， 刘学明， 司贤群， 何兴华， 王宝田 中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司，山东东营 邱春阳等 ． 柴 1 HF井钻井液技术 『 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 1 9 1 9 4 ． 摘要柴 I HF井是 中石， 匕 实施非常规战略后在西部新区所钻的第 1口评价井。柴窝堡地区是典型的山前高陡构造 区，近年来在该区块先后施工了多口井，但是复杂情况频频发生，勘探与开发进程一度终止。通过使用铝胺抑制防塌 钻井液体系，采用多元强化抑制 一 双重封堵防塌 一 合理密度支撑措施，结合相应的现场维护处理工艺，电测一次成功 率 1 0 0 ％ ；下套管顺利到底，二开井径平均扩大率为 8 ． 5 ％。三开井径平均扩大率为4 ．9 3 ％，井身质量 良好 ；同该地 区 其他已完钻井相比，柴 1 H F井井径均匀，井径扩大率小，复杂情况得到解决，为西部新区的开发积累了经验。 关键词 柴 1 HF井 ； 高陡构造 ； 柴窝堡 ； 井壁稳定 ； 铝胺 中图分类号 T E 2 5 4 _ 3 文献标识码 A 文章编号 1 O O 1 5 6 2 0 2 0 1 4 O l 一 0 0 9 1 0 4 柴 1 H F井位于准噶尔盆地柴窝堡凹陷中央断褶 带柴窝堡构造，是中石化实施非常规战略后在西部新 区所钻的第一 口评价井。柴窝堡地区是典型的山前高 陡构造区，近年来在该区块先后施工了多口井，但由 于山前高陡构造地质特点，钻探过程中复杂情况频频 发生，柴 1 井因事故提前完钻 ； 柴 2 井事故完井 ； 柴 3 井从开钻起，井内复杂不断，起下钻阻卡严重，被 迫反复划眼 ； 柴参 1 侧 1 井工程报废完井，不但造成 了巨大的经济损失，勘探与开发进程一度终止。随着 西部新区勘探开发战略的实施，柴窝堡区块勘探被提 上了日 程。在分析柴窝堡区块井壁失稳原因后，调研 了国内外防塌钻井液的研究及应用情况 ，优选了铝胺 抑制防塌钻井液 ，现场通过多元强化抑制 一 双重封堵 防塌 ． 合理密度支撑措施，配合现场钻井液维护处理 工艺， 保证了柴 1 H F 井的顺利施工， 完成了钻探 目的。 1 柴窝堡 区块井壁失稳原因分析 1 地应力作用明显。山前高陡构造地区，地应 力作用明显。钻开地层后 ，地层原有的结构力遭到破 坏， 地应力便沿井眼的径向方向释放， 导致井壁坍塌 [1] 。 2 黏土矿物含量高。黏土矿物总量达 7 0 ％ 以上， 三叠系中统克拉玛依组以下泥页岩地层中，伊 ／ 蒙混 层相对含量高达 9 2 ％。黏土矿物的水化膨胀，特别 是伊 ／ 蒙混层水化后膨胀不均导致岩石 “ 内部推挤” ， 易造成井壁失稳。 3 地层破碎，裂缝及微裂缝发育 [2】 。钻井液滤 液侵入导致岩石胶结强度降低。另外 ，滤液进入微裂 缝及破碎性地层后，“ 水力尖劈”作用加剧井塌。 4 流变性控制不合理。调研已完井钻井液施工 情况，流变性控制不合理，使用的钻井液体系对地层 黏土抑制性很强，但同时也抑制了钻井液中配浆黏土 的分散，导致黏土发生聚集，钻井液流变性被破坏， 主要表现是造壁性差，悬浮携带能力弱。钻井液造壁 性差 ， 不能对地层进行有效封堵， 导致地层坍塌掉块； 而钻井液悬浮携带能力弱，不能及时将掉块携带出， 导致起下钻遇阻，严重者卡钻。 2 钻 井液技 术对 策 要求钻井液具有一定的抑制性 ，以降低黏土矿物 的水化程度，防止伊 ／ 蒙混层水化不均引起 “ 推挤作 用”而导致的井壁失稳 ； 强化钻井液的封堵性 ，减缓 钻井液滤液对地层的侵入，并发挥钻井液液柱对井壁 的物理支撑作用 ； 使钻井液密度合理，通过钻井液液 柱压力径向支撑平衡地应力，防止井壁坍塌 ； 调整好 钻井液流变性，使钻井液在具有抑制性的同时，还具 有良好的造壁性，解决抑制性和造壁性的矛盾。 第一作者简介 邱春阳， 工程师， 2 0 0 5 年毕业于辽宁石油化工大学应用化学专业， 现在从事钻井液体系研究和技术服务工作。 地址 山东省东营市东营区勘探路 3 7号 ； 邮政编码 2 5 7 0 6 4；电话 1 3 9 5 4 6 5 2 9 7 9； E - ma i l d r i l l i n g we l l 1 6 3 ．t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 2 钻井液与 完 井液 2 0 1 4 年 1 月 3 钻井液体 系及性能评价 针对柴窝堡区块高陡构造地层特性，确定以抑制 和封堵为主， 注重平衡地层应力， 兼顾体系的流变性， 经过处理剂优选及加量优化，确定铝胺抑制防塌钻井 液体系配方如下。 4 ％～5 ％ 膨 润 土 O ． 3 ％～0 ． 5 ％ K P AM 2 ％ ～ 3 ％ 抗盐钙降失水剂 2 ％～3 ％ 无水聚合醇 3 ％～5 ％ 沥青类封堵剂 0 ．5 ％～1 ． 0 ％ 有机胺 0 ．5 ％～1 ．5 ％ 铝络合物抑制剂 2 ％～4 ％ 磺化酚 醛树脂 0 ． 5 ％～l ％ 非渗透处理剂 2 ％～3 ％ 超 细碳酸钙 2 ％～3 ％ 白油润滑剂 3 ． 1 抑制性能 采用抑制岩心膨胀和岩屑分散实验考察钻井液的 抑制性能，结果见表 1 。由表 1 可知，岩心在聚磺钻 井液 中 1 6 h线性 膨胀高度为 1 ． 4 5 I I I l T I ，而在铝胺 抑 制防塌钻井液中 1 6 h的线性膨胀高度仅为 0 ．5 4 tu r n； 岩屑回收率也显著高于聚磺钻井液。可见铝胺抑制防 塌钻井液能显著降低泥页岩的水化膨胀。 表 1 抑制性能评价 3 ． 2 封堵性能 采用直径为 0 ．4 5 N0 ．6 6 m m的石英砂为过滤介 质，加压 0 ．6 9 MP a ，检验钻井液的封堵能力。结果 见表 2 。从表 2 可知，铝胺抑制防塌钻井液在压差下 能快速形成一个承压封堵带，阻止滤液向地层渗透。 表 2 封堵性能评价 4 现场钻井液维护处理措施 柴 1 H F 井一开使用 4 4 4 ． 5 m m钻头钻至井深 1 6 3 2 m，下 人 西3 3 9 ． 7 r l l r l l 套 管 至井 深 1 6 0 1 ． 2 m ； 二开使用 西3 1 1 ．2 rn lT l 钻头钻至井深 2 9 0 0 m，下人 西 2 4 4 ．5 mm套管至井深 2 8 9 9 m； 三开使用 西2 1 5 ．9 m l n 钻头钻至井深 3 6 9 0 m，裸眼完井。 1 钻井液密度调控。施工中控制钻井液密度在 设计下限，进入红雁池组 顶深2 2 1 2 ． 0 0 m 后控制 钻井液密度在设计上限，通过钻井液液柱径向支撑平 衡地应力，防止地应力释放造成坍塌掉块 ； 进入芦草 沟组 顶深 3 1 0 6 ． 0 0 m 后钻井液密度逐渐降低到下 限。全井钻井液密度调控情况如图 1 所示。 井深， m 图 1 钻井液密度调控情况 2 抑制性调控。进入下仓房沟群 顶深 9 5 2 m 前，一次性加入 1 ．0 ％有机胺、O ．5 ％铝络合物抑制剂 和 1 ． 5 ％无水聚合醇，以后以胶液形式补充 浓度为 1 ％有机胺、 2 ％无水聚合醇和 1 ．O ％铝络合物抑制剂 ， 依靠晶层镶嵌、浊点效应和化学键合三元协同提高钻 井液滤液 的抑制性 [ 3 ] ，防止黏土矿物膨胀。 3 滤失量的调控。进人下仓房沟群前 ，控制钻 井液中压滤失量在 5 m L左右 ； 进人下仓房沟群后， 加入足量 S MP ． 1 和抗盐抗钙降滤失剂，含量达到 3 ％ 以上，控制高温高压滤失量在 1 0 m L以内，减缓黏 土矿物的水化趋势 。 4 封堵性能调控。下仓房沟群 底深 2 2 1 2 m 底部，一次性加入 2 ％沥青类防塌剂、2 ％超细碳酸 钙和 1 ％非渗透处理剂。以后沥青类防塌剂和非渗透 处理剂采用胶液 浓度为 3 ％沥青防塌剂和 1 ．O ％非 渗透处理剂 形式补充， 超细碳酸钙以干剂形式加入， 通过沥青的 “ 软化点”机理和膜封堵机理 [ 6 】 ，封堵地 层的微裂缝和破碎带，增强钻井液体系的防塌能力。 5 流变性调控。上部地层钻速快，钻井液漏斗 黏度控制为4 5 s ，依靠大排量适当冲刷井壁，净化井 眼。进入下仓房沟群后逐渐提高漏斗黏度，变紊流为 层流， 由依靠排量携岩转为依靠钻井液悬浮携带岩屑。 全井漏斗黏度、塑性黏度和动切力调控情况见图2 。 6 其他措施。①在钻进过程中注意观察振动筛 上返出岩屑的形状及变化情况，做好井眼稳定性防护 及监视工作，避免出现井壁垮塌的恶性事故 ， 确保正 常钻进 ； ②坚持起钻必封的原则，把每一新钻开的井 段，用封井液 配方 井浆 1 ％沥青防塌剂 0 ．5 ％ 非渗透处理剂 O ． 5 ％铝络合物抑制剂 I ％S MP ． 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 l 卷 第 1 期 邱春阳等柴1 H F 井钻井液技术 9 3 封井，确保钻进 1 m，保证 1 m； ③工程上控制起下 钻速度，下钻过程中分段循环，采用先转动转盘后开 泵的原则，不在破碎地层开泵及定点循环，减小压力 激动，防止由于压力激动而引起井壁失稳。 孽 一 ／ ． ， 2 。0 [ 圣苫兰三 。 井深／ m 图2 全井钻井液流变性调控情况 5 复杂情况处理 5 ． 1 二开井壁掉块 二开钻进到下仓房沟群底部出现掉块 ，掉块直径 为 3 ～5 c m，起下钻遇阻， 需要划眼。划眼到底后返 出掉块较多。井壁失稳井段井径扩大率见图 3 所示。 地层岩性为灰色砂砾岩、含砾砂岩与灰色泥岩、砂质 泥岩不等厚互层。 5 ． 1 ． 1 处理措施 室内测定井浆的岩屑回收率为 9 4 ．4 ％ 1 2 0℃， 1 6 h ，高温高压滤失量为 1 2 mL 1 5 0 o C ，现场专 家组认为井壁失稳是地应力所导致。建议从以下 3 个 方面改善钻井液性能 ①适当提高 S MP ． 1 和抗盐抗 钙降滤失剂的加量，继续降低钻井液的高温高压滤失 量 ； ②加入沥青防塌剂 H Q ． 1 、超细碳酸钙和非渗透 处理剂的含量，优化泥饼质量，增加对井壁的封堵效 果。③在前 2 点建议的基础上逐渐提高钻井液密度， 平衡地层坍塌压力。 l 3 ． 5 l 3 ． O 1 2 ． 5 l 2 ． 0 l 1 ． 5 l 1 ． O 1 0 ． 5 l 0 ． O 9 ． 5 2 井深／ m 图 3 二开井壁失稳井段井径扩大率曲线 5 ． 1 ． 2 现场维护处理措施 1 按照循环周将 I ％S MP ． 1 和 1 ％抗盐抗钙降滤 失剂加人到钻井液中，然后按照循环周加入 1 ％沥青 防塌剂 H Q 一 1 、1 ％超细碳酸钙和0 ．5 ％非渗透处理剂， 处理剂加入后，掉块有所减缓，但是没有停止。 2 将钻井液密度从 1 ． 3 7 g ／ c m 逐渐提高，每 个循环周提高幅度不超过 0 ． 0 2 g ／ c m ，密度提高到 1 ．4 7 g ／ c m 后 ，掉块停止，顺利钻至中途完钻，没有 再发生复杂情况。处理前后钻井液性能如表 3 所示。 表 3 井塌前后钻井液性能 5 ． 2 三开井漏 三开钻至井深 3 4 2 6 ．4 7 m芦草沟组时发生井漏， 倒划眼起钻至套管内。岩性为棕红色砂砾岩、含砾砂 岩与深灰色泥岩、砂质泥岩不等厚互层。 5 ． 2 ． 1 处理措施 岩心录井及实测物性分析发现，芦草沟组裂缝发 育，主要发育半张开缝、微裂缝、张开缝、垂直缝、 斜交缝隙等，地层承压能力低，而二开套管没有完全 封住易塌地层红雁池组，因而三开施工中必须使用相 应的钻井液密度平衡红雁池组地层坍塌压力，过高的 钻井液密度压漏地层。建议从以下 2 方面进行处理 ①静止堵漏及桥塞堵漏，如果堵漏失败，挤入水泥封 固 ； ②挤入水泥后，钻进中逐渐降低钻井液密度，并 降低钻井液黏度和切力，降低环空压耗。 5 ， 2 ． 2 现场维护处理措施 1 静止堵漏。①第 1 次配方 4 5 m 井浆 2 0 0 0 随钻堵漏剂 5 0 0 k g 综合堵漏剂 1 0 0 0 k g 非渗透 处理剂 2 0 0 0 k g 超细碳酸钙，注入堵漏浆 3 5 m。 ，起 钻至套管内，堵漏失败 ； ②第 2 次配方 4 5 m 井浆 3 0 0 0 k g酸溶堵漏剂 1 5 0 0 k g 综合堵漏剂 1 0 0 0 k g 非渗透处理剂 5 0 0 k g 核桃壳，注人堵漏浆过程中未 发生漏失，下钻划眼过程中发生漏失 ； ③第 3 次配方 2 8 m 井浆 2 0 0 0 k g酸溶堵漏剂 2 0 0 0 k g 复合堵漏 剂 1 0 0 0 k g 核桃壳，堵漏浆到井底前钻井液进多出 少， 堵漏浆到井底后， 返浆逐渐正常。下钻至 3 4 2 6 m， 加压钻进时又发生漏失 ； ④第 4 次配方 6 0 m 井浆 2 0 0 0 k g 核桃壳 2 5 0 0 k g 综合堵漏剂 1 5 0 0 k g 酸溶 堵漏剂，打堵漏浆及替浆过程中钻井液进多出 堵 漏失败 ； ⑤第 5 次配方 5 0 m 井浆 3 5 0 0 k g 核桃壳 5 0 0 0 k g 综合堵漏剂 3 0 0 0 k g 酸溶堵漏剂，替浆过 程中发生漏失。⑥第 6 次配方 4 0 IT I 井浆 8 0 0 0 k g 一 _ 、 b I g ．| j m *K 求 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 4年 1月 复合堵漏剂 8 0 0 0 k g 粗核桃壳 6 0 0 0 k g 酸溶堵漏剂， 共憋人地层1 6 m ， 泵压降低， 堵漏失败。 挤入水泥封固。 2 继续钻进过程中逐渐降低钻井液密度， 由 1 ．4 6 g ／ c m 。 降低到 1 ．4 3 g ／ c m 。 ，最后降低至 1 ．4 1 g ／ c m 。 ，漏 斗黏度从 1 2 0 s 逐渐降低至 9 5 s 左右，钻进中加入随 钻堵漏剂，漏失逐渐停止，一直到完钻，没有再发生 复杂情况。井漏前后钻井液性能变化见表 4 。 表 4 井漏前后钻井液性能 5 ． 2 ． 3 堵漏失败原 因分析 井漏后，采用静止堵漏和桥塞堵漏均失败，专家 组分析其原因如下 钻进中使用的钻井液流变性不合 理，体系的黏度和切力高，循环中产生的压耗大，故 压漏地层。而在此基础上配制的堵漏钻井液黏度和切 力更高，在泵人堵漏浆的过程中，过大的环空压耗进 一 步压裂地层，使原本存在的裂缝扩张，甚至联通， 使堵漏剂不能留存在地层孔道中，导致堵漏失败。 6应 用效果分析 1 柴 1 H F井使用铝胺抑制强防塌钻井液后，虽 然在 2 1 3 0 2 5 2 5 1T I 井段及芦草沟组出现复杂情况， 通过采取相应的钻井液处理技术， 复杂情况得到解决， 钻达 目的层，完成了钻探目的和地质任务。 2 电测一次成功率为 1 0 0 ％ ； 下套管顺利到底。 二开井径平均扩大率为 8 ．5 ％ ； 三开井径平均扩大率 为 4 ． 9 3 ％， 井身质量良好。 3 同该地区其他已完钻井相比，柴 1 H F 井井径 均匀， 井径扩大率小。详细隋况见表 5 中所示。 表 5柴窝堡地区已完钻井数据对比 *目 完钻井深 ／钻井周 机械钻最大井径井径平均 m 期 ／ d 速 ／ m／ h 扩大率 ／ ％ 扩大率 ／ ％ 4 柴 1 H F 井的钻探成功，为深化研究柴窝堡区 块油气成藏条件及下部勘探部署提供了基础资料，为 西部新区的开发积累了经验 。 7 结论 及 认 识 1 ． 柴窝堡区块下仓房沟群到红雁池组地层易掉 块，应提前加足各种封堵性材料， 加强钻井液的造壁 性和封堵性 。 2 ． 柴窝堡区块芦草沟组地层破碎 ，裂缝发育，容 易发生井漏，现场必须准备大量的堵漏剂，同时监测 好钻井液返出情况和循环罐中钻井液液面。 参 考文 献 [ 1 ] 杜青才，石晓兵，聂荣 国，等 ． 高陡构造井壁失稳及井 下复杂的机理研究 [ J ] ． 钻采工艺，2 0 0 4 ，2 7 4 6 - 8 ． D u Qi n g c a i ， S h i Xi a o b i n g ， Ni e Ro n g g u o， e t a 1 ． Me c h a n i s m r e s e a r c h o n s i d e wa l l u n s t a - b i l i t y a n d d o wn h o l e c o mp l e x i t y i n h i 曲 and s t e e p s tr u c t u r e o f x i n j i a n g o i l fi e l d[ J ] ． Dr i l l i n g＆ P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y ，2 0 0 4 ，2 7 4 6 8 ． [ 2 】 周进松，童小兰，冯永宏 ． 柴窝堡背斜储层构造裂缝发 育特征及控制因素 [ J ] ． 石油学报， 2 0 0 6 ， 2 7 3 5 3 ． 5 6 ． Z h o u J ins o n g， T o n g Xi a o l a n ，F e n g Yo n g h o n g ． De v e l o p me n t c h a r a c t e r i s t i c s a n d c o n t r o l f a c t o r s f o r r e s e r v o i r fra c t u r e i n c h a i w o p u ant i c l i n e o f j u n g g a r b a s i n [ J ] ． A c t a P e t r o l e i S i n i c a ， 2 0 0 6 。2 7 3 5 3 ． 5 6 ． 【 3 ] 郭京华，田凤，张全明，等 ． 铝络合物钾盐强抑制性钻 井液的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 4 ，2 l 3 2 3 ． 2 6 ． Gu o J i n g h u a ， T i a n F e n g ， Z h a n g Q u a n mi n g ， e t a 1 ． F i e l d a p p l i c a t i o n o f a l u mi n i u m c o mp o u n d - p o t a s s i u m c h l o r i d e d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 0 4 ， 2 1 3 2 3 ． 2 6 ． [ 4 】 张启根，陈馥 ，刘彝，等．国外高性能水基钻井液技术 发展现状 [ J ] ．钻井液与完井液 ，2 0 0 7 ，2 4 3 7 4 ． 7 7 ． Z h a n g Qi g e n，C h e n F u ，L i u Yi ，e t a 1 ． De v e l o p me n t o f h i g h p e r f o r ma n c e w a t e r b a s e m u d s a b r o a d [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d ＆C o m p l e t i o nF l u i d ，2 0 0 7 ，2 4 3 7 4 - 7 7 ． [ 5 ] 王洪宝，王庆， 孟红霞，等 ． 聚合醇钻井液在水平井钻井 中的应用 [ J ] ． 油田化学，2 0 0 3 ，2 0 3 2 0 0 ． 2 0 2 。 Wa n g Ho n g b a o ，Wa n g Q i n g ，Me n g Ho n g x i a ，e t a 1 ． A p o l y g l y c o l d ri l l i n g fl u i d u s e d i n d ri l l i n g h o r i z o n t a l we l l [ J ] ． Oi lfie M C h e m t r y， 2 0 0 3 ， 2 0 3 2 0 0 - 2 0 2 ． [ 6 ]6 蔡利山， 刘彦学 ， 张秀叶，等 ． 成膜树脂防塌钻井液在松 南后五家户地区的应用 [ J 】 ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 1 ， 2 9 1 2 2 ． 2 4 ． Ca i Li s h a n，L i u Ya n x u e ，Zh a n g Xi u y e ，e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n o f me mb r a n e -- r e s i n a n t i -- s l o u g h i n g d r i l l i n g flu i d s y s t e m i n s o n g n a n h o u w u j i a h u a r e a [ J ] ． P e t r o l e u m D r i l l i n g T e c h n i q u e s ， 2 0 0 1 。2 9 1 2 2 2 4 ． 收稿 日期2 0 1 3 ． 1 0 ． 1 1 ；H GF 1 4 0 1 N3 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m