川西沙溪庙组水平井封堵防卡钻井液技术.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 I ON F L UI D Vo 1 ． Z O． 斗 J ul y 2 01 2 【 理论研究与应用技术 】 川西沙溪庙组水平井封堵防卡钻井液技术 杨 国兴 ， 张珍 ， 周成华 ， 张杰 ， 邓天安 ， 陈柯 4 1 ． 中石化西南石油局钻井工程研究院，四川德阳 ； 2 ． 西南石油大学石油工程学院，成都 ； 3 ． 中石化西南石油局固井公司，四川德阳 ； 4 ． 西南油气田公司重庆气矿，重庆 杨国兴等 ． 川西沙溪庙组水平井封堵防卡钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 4 3 5 ． 3 7 ，4 0 ． 摘要在川西新场气田的沙溪庙组水平井钻井施工过程 中，由于泥岩地层易水化膨胀而造成井壁掉块和坍塌， 同时该组地层压力不均一，易造成压差卡钻，水平段钻进过程中易出现托压等复杂问题。针对以上难题，利用多 元复合封堵、固液协同润滑技术，优选出了适合川西沙溪庙组的水平井封堵防卡钻井液技术。现场应用表明，该 封堵防卡钻井液解决了水平井防塌、防卡、防托压技术难题，取得了较好的应用效果。 关键词 钻井液 ； 封堵 ；防塌 ；防卡 ；沙溪庙组 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 3 5 0 3 新场气田是川西坳陷上规模最大的大型天然气 田，它的中深层沙溪庙组气藏是继浅层蓬莱镇组气 藏之后 ，又一投入规模化开采 的重要层位 。为解决 川西新场构造沙溪庙组 的水平井封堵 防塌、防卡技 术 难题 ，通过优化钻井液的封堵 防塌和润滑性能 ， 研究出了封堵防卡钻井液技术 [ 1-8 ] 。 1 钻井液技术难 点 1沙溪 庙组地 层岩性 以砂岩 、泥 页岩为 主 ， 稳定性较差，极易发生井壁掉块和坍塌，因此保持 井壁稳定 ，做好润滑防卡 、井眼清洁和井控工作是 该井钻井液施工的难点和重点 [ 1 - 3 1 。 2沙溪庙上下地层压力不均一 ，上部压力高， 下部压力低 ，低压层及高压层 同时存在于同一裸眼 井段内，而钻井液密度必须在保证平衡上部地层压 力的前提下确保下部低压地层 的安全钻进 ，造成钻 进时压差卡钻风险极大。因此 防卡是该段钻井液技 术的难点之一 [4 - 6 ] 。 3 沙溪组低压地层 C层裂缝发育，钻井液易 在井壁形成较厚泥饼 ，易造成压差卡钻。 4水平段钻进过程 中，由于重力 的作用 ，钻 具与下井壁接触 面积大，易于泥饼相黏附，在压差 的作用下 ，易造成起下钻遇阻和卡钻。 5在水平段 的钻进过程 中，因钻具偏心弯 曲 变形，导致滑动钻进摩阻很大、转动钻进扭矩大， 钻压传递非常困难 ，造成 托压现象 ，严重影响 了钻 进速度 2 川西新场防卡钻井液室内研究 针对川西新场地区沙溪庙组水平井钻井液技术 难点 ，分析认为提高钻井液的封堵防塌和润滑防卡 性能是钻井液技术的关键，可通过使用多元复合封 堵和固液协同润滑技术来达到这一要求。根据川西 地区沙溪庙组地层的特点，确定钻遇沙溪庙组水平 井的钻井液基本配方如下。 1 2 ％膨润土 0 ． 2 ％～0 ． 4 ％ MMH O ． 0 8 ％ ～ 0 ． 1 ％ F A 3 6 7 3 ％S MC 4 ％S MP ． 1 4 ％F T ’ 3 4 2 2 ％ 聚合醇重晶石 钻井液密度为 1 ．9 5 g ／ c m 基金项 目 教育部高等学校博士学科点专项科研基金 “ 一种新型钻井堵漏材料的研制” 2 0 0 9 5 1 2 1 1 2 0 0 0 5 的部分研究 成果。 第一作者简介 杨国兴，1 9 7 0年生，毕业于重庆石油高等专科学校油田化学专业，现在主要从事钻井液技术工作，地址 四川省德 阳市金沙江西路 6 9 9号 ； 邮政编码 6 1 8 0 0 0； E - ma i l y d y 7 0 2 s i n a ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 7月 2 ． 1 封 堵性能优 化 通过高温高压砂床滤失实验对封堵剂进行 了优 选，建立封堵防塌钻井液体系。通过材料优选，选 用超细 C a C O ， 粒径为 3 7 ． 5岬 、1 8 ． 8岬 和 6 ． 3岬 的 C a C O 的比例为 1 3 1 作为刚性粒子封堵剂 ， 优选 出微米级 封堵抑制剂 F DF T - 1 、多软化点沥青 F G L作为软性封堵剂。 在钻井液高温高压失水仪底部放上与其内径面 积一样大的纱布 ，将一定量不同粒径 、不同比例的 石英砂混匀， 倒入失水仪中， 摇动石英砂柱并压平， 再倒人配制好 的钻井液 ，盖上顶部盖子密封好 ，测 定高温高压滤失量并记录数据， 测定条件为 1 5 0 o C 、 3 ． 5 MP a 、 3 0 mi n ， 待冷却后取出内体将钻井液倒出， 再倒入蒸馏水，在相同条件下测定滤失量并记录数 据，待冷却后取出内体将蒸馏水倒出，小心取出过 滤介质，测量过滤介质厚度并观察滤饼情况，按达 西公式计算出蒸馏水通过过滤介质 的渗透率 。3 种 封堵材料的封堵效果见表 1 。 表 1 在基浆中加入不同封堵防塌剂的实验结果 钻井液 K 、 l x 2 ／x 3 ／ K ． ／ K 1 0 一 la m 1 0 一 岬 1 0 一 岬 1 0 一 g m 1 0 一 g m l 基浆 0 ． 0 8 2 6 0 ． 0 7 4 2 0 ．0 6 5 4 0 ． 0 5 3 6 0 ． 0 4 2 3 1 1 ％ Ca CO 0．0 7 7 6 0 ．0 7 0 2 0 ．0 6 3 8 O ． O 5 1 2 O ． 0 41 7 l 2 ％C a C O I 0 ． 0 7 0 4 0 ． 0 6 4 2 0 ． 0 5 8 2 0 ． 0 5 1 5 0 ． 0 4 0 1 1 3 ％Ca CO 0 ． 0 6 9 8 0 ． 0 6 4 3 0 ． 0 5 7 2 0 ． 0 5 1 0 0 ． 0 4 0 2 l 0 ． 5 ％F DF T - 1 O ． 0 6 4 7 0 ． 0 6 0 2 0 ． 0 5 5 6 0 ． 0 4 4 8 0 ． 0 3 9 9 l1 ． O ％F DF T - l O ． 0 5 5 8 0 ． 0 5 4 1 0 ． 0 4 6 7 0 ．0 3 4 2 0 ．0 3 2 4 l1 ． 5 ％F DF T _ 1 0 ． 0 5 2 1 0 ． 0 5 3 2 0 ． 0 4 4 6 0 ． 0 3 1 4 0 ． 0 3 0 6 I0 ． 5 ％F GL 0 ． 0 7 2 6 0 ． 0 6 4 3 0 ． 0 5 7 8 0 ． 0 4 8 6 0 ． 0 4 0 2 I1 ． 0 ％F GL 0 ． 0 6 8 4 0 ． 0 6 0 2 0 ． 0 5 2 7 0 ． 0 4 4 2 0 ． 0 3 9 6 I1 ． 5 ％F GL 0 ． 0 6 7 2 0 ． 0 5 8 3 0 ． 0 51 4 0 ． 0 4 4 2 0 ． 0 3 9 6 I 0 ． 5 ％ F DF T - 1 1 ． 5 ％ F GL I1 。 0 ％ F DF T - 1 1 ． O％FGL I1 ． 5 ％ F DF T - l 0． 5 ％ FGL 0 ． 0 3 3 4 0 ． 0 3 0 3 0 ． 0 2 3 6 0 ．0 2 8 5 0 ． 0 2 2 8 0 ． 0 2 5 6 0 ．0 2 l 5 0 ． 01 6 4 0 ． 0 1 0 3 0 ． 0 0 8 6 0 ． 0 2 8 9 0 ．0 2 4 6 0 ． 0 2 0 2 0 ． 0 1 4 6 0 ． 0 1 3 2 注 渗透率 、 、 、 、 分别在 0 ． 7 、1 ． 4 、2 ． 1 、 2 ． 8 、3 ． 5 MP a下测定，测试温度为 1 2 0 o C 。 由表 l可 以得 出，在基浆 基础 上 ，添加 刚性 离子封堵剂和液体封堵防塌剂对钻井液渗透率均有 显著的降低，其中单独使用封堵材料最优加量是 1 ． 5 ％F DF T - 1 。而将多元液体 封堵剂和 固体封 堵剂 协同使用比单独使用封堵材料更能降低钻井液的渗 透率。因此该研究选择 2 ％C a C O 、1 ．0 ％F D F T - 1 、 1 ． 0 ％F GL作为封堵防塌剂。 2 ． 2 润滑性能优化 通过实验优选 了原油 、抗高温润滑剂 RH ． 2 2 0 、 极压 润滑剂 R H1 0 2作为润滑剂。实验对 3种材料 的润滑效果进行 了评价 ，结果见表 2 ，实验用基浆 配方如下。 2 1 ％2 ％Ca CO3 1 ． O ％F DF T - 1 1 ． O ％F GL 由表 2可以得 出，在 2 配方的基础上 ，优选 出 的液体润滑剂原油 、R H． 2 2 0和极压润滑剂对钻井 液的极压润滑系数均有显著的降低 ； 其中，将固液 润滑剂协同使用比单独使用固体或液体润滑剂钻井 液的润滑性能强，因此优化出配方如下。 3 2 0 ． 4 ％S P一 8 0 6 ％ 原 油 1 ％RH1 0 2 3 ％RH． 2 2 0 表 2 不 同润滑剂的润滑效 果 配方 2 基浆 4 ％ 原油 0 ． 2 ％S P ． 8 0 2 6 ％原油 O ． 4 ％S P ． 8 0 2 8 ％原油 O ． 6 ％S P ． 8 0 2 0 ． 5 ％ RH1 O 2 2 1 ． 0 ％ RH1 0 2 2 1 ． 5％RHl O 2 2 2 ％RH一 2 2 0 2 3 ％ RH． 2 2 0 2 4 ％ RH一 22 0 2 6 ％ 原油 1 ％R H1 0 2 3 ％RH． 2 2 0 0 ． 4 ％ S P一 8 0 0． 1 5 2 O． 1 34 0． 1 2 4 0． 11 6 O． 1 38 0． 1 28 0． 1 22 0． 1 40 0 ． 1 2 6 O． 1 2 4 0 ．0 8 2 注 实验条件为在 1 2 0℃热滚 1 6 h ，测试温度为 6 0 。 2 ． 3 抑制性评价 对 3 配方钻井液做膨胀率和回收率实验，评 价体系的抑制性能，结果见表 3 。由表 3 可以得出， 封堵防卡钻井液的线性膨胀率显著低于基浆，回收 率达 1 0 0 ％，说明该体系具有较强的抑制性。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 4期 杨 国兴等川西沙溪庙组水平井封堵 防卡钻井液技术 3 7 表 3 钻井液的抑制性能评价 2 ． 4 高温稳定性 将 钻井液加 重至密度 为 1 ． 8 g ／ c m 后 ，将 经过 1 2 5 o C 热滚 1 6 h后的钻井液注满 5 0 0 mL量筒 ，静 置 2 4 h后，分别测量其上 1 ／ 3与下 1 ／ 3 部分的钻 井 液密 度 ，实验结果 如表 4所示。 由表 4可 以得 出，常温下该钻井液的黏度明显高于热滚后的黏 度 ，但在不 同温度热滚后 的钻井液性能均稳定 ； 在 8 O ～1 2 0℃时钻井液 的表观黏度 、切力变化较小 ； 体系的动切力均大于 1 3 P a ，沉降稳定性好，能满 足水平井钻进过程 中所需要 的良好的携砂性能。 表 4 3 配方钻井液高温热滚后的流变性能和稳定性 3 封堵防卡钻井液体 系现场应 用 新沙 2 1 ． 5 H井为水平井 ， 一开使用 西3 l 1 ． 1 5 mm 钻头钻进至井深 3 5 91 T I ； 二开使用 2 1 5 ． 9 mm钻头 钻至井深 3 0 1 5 1T I 。其 中，钻进至井深 1 9 1 0 m开始 造斜 ，钻至井深 1 9 5 0 I T I 时进入沙溪庙组 ，A靶点 垂深为 2 2 2 4 ． 8 3 1 T I ，B靶点垂深 为 2 2 2 9 ． 9 7 1T I ，完 钻井斜为 9 1 ． 2 0 。 ，完钻层位为上沙溪庙组。 根据室内实验配方 ，对新沙 2 1 5 H井进入沙溪 庙组前 造斜点前 5 0 1T I ，在钻井液中加入多元复 合封堵材料、固体和液体润滑剂，将体系转化为封 堵防卡钻井液 ，钻遇沙溪庙组地层 时控制钻井液具 有合适的密度 ，可以按压力梯度低限值和密度附加 低限值之和控制 ，搞好平衡压力钻井 ，在保证井下 安全 的情况下使用钻井液密度低限钻井 ，尽最大程 度地减小压差卡钻的风险。 3 ． 1 现场钻井液维护处理要点 1 进入沙溪庙组前 1 0 0 1 “13 造斜点前 5 0 m 补 充 2 ％C a C O 、1 ． 0 ％F D F T - 1 、1 ． O ％F GL，提 高 钻 井 液的封堵抑制性能，封堵渗透性强 的地层 ，消除压 差卡钻 的风险，同时对油气层进行暂堵保护 ，并在 以后正常钻进 中随时补充消耗量 以预防卡钻。 2进人造斜段后采取液体润滑剂和 固体润滑 剂复配降摩阻的技术，控制压齿式摩阻系数在 0 ． 1 以下、滑块式摩阻系数在 0 ．0 5 左右，形成薄而韧的 泥饼 ，厚度在 0 ．5 m m以下。钻井液 日常维护保证 固液润滑剂 6 ％原油 1 ％R H1 0 2 3 ％R H． 2 2 0 含量 在 1 0 ％ 以上 。 3 ． 2 现场应用效果 新沙 2 1 ． 5 H井沙溪庙组共钻过 9个气层 ，全井 无复杂情况，在上部的原裸眼井段及下部的新钻开 井段均很稳定 ，水平段送测一次成功 ，下套管一次 成功 ； 与川西其他井相 比，新沙 2 1 5 H井泥饼摩擦 系数小 见表 5 ，优质的薄、密、韧泥饼质量保证 了造斜钻进中未出现托压现象，配合定向技术， 保 证 了井 眼轨迹平滑 ，实现 了有效 防卡 的 目的。 由 表 5可以看出 ，进入造斜段后 ，由于对钻井液进行 了封堵防卡处理，钻井液的滤失量逐渐降低至 1 ．8 m L； 进入到水平段，滤失量最低为 1 ． 6 m L ，钻井 液具有低渗透的特性 ，同时具有较低摩阻系数 ，动 切力为 1 3 ． 5 ～ 1 7 ． 0 P a ，达到了钻进沙溪庙组地层要 求钻井液具有封堵防卡 、携砂的 目的。 表 5 新沙 2 1 5 H井钻井液的性能 井段PV I mP a ‘ S a 含油量 ／ ％ 注 为压持式摩阻仪测试。 下转第4 0 页 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 表 1 大庆油田4口储油井层氮气专打井基本情况 表 2 大庆油田4口储层氮气专打井施工参数统计表 对于储层氮气专打钻井完井工艺来讲 ， 4口井纯钻 进时间最多仅为 3 ． 0 7 h ，因此建议使用 车载设 备 ， 从而大大降低成本，提高设备利用率。 3 ． 球挂式液压丢手工具虽能满足完井管串的顺 利下人与脱开，并且可实现后期筛管的打捞作业， 但是其脱开后留在井下的下丢手接头与套管壁之间 存在缝隙，不具备密封功能，因此有必要开展球挂 式液压密封丢手工具的研制 ，将缝 隙完全密封。 ■ i 面 参考文献 ⋯ m h m／ h m ／ v a i n M P a k N r ／ mi n 注 V 平 均 为平均机械钻速 ； 钻头型号为 S J 4 3 7 J S，其 他为 YC 5 7 1 。 4认 识 和 建议 1 ． 储 层氮气专打钻井完井工艺技术对储层零污 染、无压持效应 ，对保护储层 ，增产效果明显 。 2 ． 氮气钻井配套设备较多，主要设备有空气压 缩机 、 增压机 、 膜制氮装置等 ， 而 目前多为撬装 [ 4 - 5 ] ， M e l l o t t J ．Te c h n ol o gi c a l i m p r o ve m e n t s i n w e l l s d r i l l e d wi t h a p n e u ma t i c fl u i d【 J ] ．1 A DC ／ S P E Dr i l l i n g C o n f e r e n c e ， 2 0 0 6 ． Ke n n e t h P M a l l o y ． Ta k i n g a n o t h e r l o o k a t t h e r i s k p r o fi l e f o r a i r d r i l l i n g i n p r e s e n c e o f h y d r o c a r b o n s [ J ] ． Ma n a g e d Pr e s s u r e d r i l l i n g， Ma r c h ／ Ap r i l 2 0 0 7 ． 贾平军 ，郑毅 ． 中国石油钻井技术发展综述 [ J ] ． 钻采工 艺 ，2 0 0 9 1 1 - 6 ． 窦金永 ， 韩玉安 ． 国内气体钻井设备现状 [ J ] ． 钻采工艺， 2 0 0 9 1 7 0 ． 7 2 ． 赖尉，何兴华，黄晓琳，等 ． 普光 1 0 5 ． 2 井空气钻井后 钻井液替人技术 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 1 0 ，2 7 4 9 0 91 ． 收稿 日期2 0 1 2 0 2 ． 2 5 ；H GF 1 2 0 4 N1 ；编辑王小娜 上接 第3 7 页 4结论 与建 议 1 ． 利用多元复合封堵 、固液协同钻井液技术 ， 通过优化钻井液抑制封堵和润滑性能 ，优选出了适 合川西沙溪庙组的水平井封堵防卡钻井液技术。 2 ． 该封堵防卡钻井液技术解决了川西沙溪庙组 地层水平井压差卡钻 、托压 、封堵防塌技术难题 。 3 ． 对于沙溪庙组水平井钻进过程中，保持近平 衡钻井是防止压差卡钻的关键之一 。 4 ． 对于川西气 田这种开发中 后 期 、开发井网 密度大，特别是在加密钻井时，准确掌握开发区块 地层压力动态变化 ，制定相应措施是防卡、防塌技 术的关键 。 参 考 文 献 理 [ J ] ． 石油钻探技术 ，2 0 1 0 ，3 8 4 2 2 ． 2 5 ． [ 2 】 李枝林，张亮，杜征鸿，等 ． 川西新场地区中深丛式定 向井防卡技术 [ J 】 ． 石油钻采工艺，2 0 0 7 ，2 9 6 2 1 ． 2 4 ． 【 3 ] 黄建林，张生军，房舟，等 ． 致密高压裂缝性气藏超深 水平井钻井技术难点与对策 【 J ] ． 石油钻探技术，2 0 0 8 ， 3 6 2 2 2 ． 2 4 ． 『 4 ] 王立泉，李学庆，王洪升，等 ． 华北油田长裸眼防卡防 塌钻井液技术 【 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 0 ，1 7 5 4 0 - 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