川西须五水平井页岩段钻井液技术-.pdf

201 5正 第9 卷 第5 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s Te c h n o l o g y a n d Ec o n o my Vo 1 ． 9． No ． 5 Oc t ． 2 O1 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9／ j ．i s s n ．2 0 9 5 1 1 3 2 ．2 0 1 5 ．0 5 ． 0 1 0 川西须五水平井页岩段钻井液技术 李丽 刘伟 1 ．中国石化西南油气分公司石油工程技术研究院，四川德阳6 1 8 0 0 0 2 ．中国石化西南油气分公司工程技术管理部，四川 成都6 1 0 0 4 1 摘要 川 西须五段储 层砂 岩钻进 中可能钻遇 长段 页岩 ，容 易发 生井壁失稳 。为能在 页岩水平段 中安全钻进 ，室 内通过强化常规水基钻井液的抑制和封堵性能，形成一套高性能水基钻井液并在XY H F 一 1 井进行探索性应用，现场应 用显示 ，高性 能水基 能明显减缓 页岩失稳速 率 ，但 随钻井 时间延 长 ，页岩失稳风 险仍逐渐 上升 ，需及 时转换 为油基 钻 井液。相对水基钻井液，油基能满足页岩段稳定井壁要求，提高了机械钻速，缩短了钻井周期。 关键词 川西须五非常规致密高性能水基油基钻井液 文献标识码 B 文章编 号 2 0 9 5 一 l 1 3 2 2 0 1 5 0 5 0 0 3 2 0 3 0 引言 川西须五段非常规致密气资源丰 富 ，勘探 开发 潜力 巨大 ，储层埋深为 2 1 0 0 ～3 5 0 0 m。须五段储层 存在砂 页互层 、非均质性较 强 、砂体 的展 布变化较 快 的特征 。在水平段施 工过程 中 ，如砂体展 布发生 变化 ，钻遇薄层页岩时 ，由于在页岩层 中水平钻进 ， 导 致钻遇 长段 页岩 ，如川 西须二 段水平 井 X1 0 1 H 井 ，水平段钻遇页岩夹层 ，垂直厚度 4 0 c m，水平段 钻进井段为 8 m，该 页岩段井壁失稳导致后期施工中 憋泵 、蹩停顶驱现象频繁 ，总计进行了 2 4 ． 0 4 d的专 项通井 、划 眼。水平段 中钻遇长段页岩 时 ，页岩在 水相滤液侵人后 ，易发生剥落掉块 ，且水平段 中的 掉块不易返 出井筒 ，导致施工条件恶化 ，给钻井施 工带来极大 的风 险 ，也 给钻井液技术提 出了巨大 的 挑战 。 l 须五 泥页岩段施工难点 须五泥页岩段 的施工难点主要有 ① 施工地层 压力高 ，水平方 向最大 、最小主应力差值大 ，井 眼 轨迹沿最小主应力方向钻进 ，不利于井壁稳定 ；② 须五段 岩性 主要 以页岩 、砂岩 为主 ，局部 夹煤层 ， 须五段页岩 占比高达 5 0％以上 ，泥页岩表 面有较多 微裂缝和微孔 ，煤层 线 占7％ 左右 。泥页岩在钻井 液 浸泡 下容 易剥 落掉 块甚 至 垮塌 ，井 壁失 稳 风 险 大 。在西南工 区施工的 3口须家河组水平井均在水平 段钻遇长段 的泥页岩 ，钻井施工 中均 出现井壁失稳 现象 ，导致井下复杂情况频繁 ，部分井提前完钻。 2 须五泥页岩段井壁失稳关键因素分析 室 内对须五段泥 页岩进行水化膨胀 率和滚动 回 收实验 ，7 0 q c 、3 MP a 条件下测定页岩岩粉制成 的岩 样在钻井液 1 7 h 的水化膨胀率低 于2 ． 5％，岩屑滚动 回收率均超 过 9 0％，显示页岩岩屑不易水化分散 的 特性 。 须 五段 泥 页岩 岩样 主要 矿物 组分 是 石英 和粘 土 ，其次为钠长石 、斜长石 、方解石 、白云石 、菱 铁矿 ，部分含有少量钾长石和石盐 。其 中粘土矿物 含量大都在 3 0％～5 0％，粘土矿物组分主要 以伊 ／ 蒙混 层 和伊利 石 为主 ，含 有少 量 的高 岭石 、绿 泥 石 ，不含蒙脱石 ，其 中伊 ／蒙混层 比例 较高 ，基本 在粘土矿物相对含量 的4 0％以上 ，伊 ／蒙混层 中蒙 脱石含量相对不高，大约 1 0％～2 0‰ 须五段页岩电镜扫 描显示 图 1 ，岩样较致密 ， 粒间存孔缝 ，孑 L 缝宽度为纳米 一 微米级别 ，部分样 品泥质问填 充方解 石 ，伊 蒙混层成层状 或片状 ，这 修订 回稿 日期 2 0 I 5 0 82 8 作者简介李Ⅲ 1 9 7 8 一 ，女，从 钻 液的没汁『 吏 科研 『 ． 作E - m a i l j I o v e m v l a , n i l i v 1 6 3 0 11 32／N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o my 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第9 卷 李丽，等川西须五水平井页岩段钻井液技术 第5 期 0 ．2％ 增粘剂 3 ％～5 ％降滤失剂 2％～ 3％封堵 剂 重晶石 。 室 内配方油水 比控制在 8 5 1 5 ，常温和 1 0 0 老 化 1 6 h的性能试验数据如表 2 所示 ，室内评价显示油 基配方老化前后破乳电压均较高 ，高温高压滤失量 小 ，滤失量值仅为 3 ． 6 mL 。 表2 油基钻井液性能实验数据表 4 现场应用 须五段非常规致 密气藏第一 口水平井为 X Y HF 一 1 ，该井是一 口三开制水平井 ，第三次开钻井 眼尺寸 2 1 5 ． 9 mm，第三次开钻施工井段 3 2 8 1 ～3 4 1 7 m，地 质预计在第三次开钻井段为纯砂岩 ，但实际施工过 程 中 自3 3 0 2 m开始钻遇纯碳 质页岩 ，施工 1 1 5 m后 仍未 发现砂体后 即转换为油基钻 井液体系 ，该 井在 水平段 1 3 6 m探索性使用了高性能水基钻井液。 高性能水 基钻井液在该井现场应用表 明 ，相 比 常规水基钻井液 ，高性能水基钻井液滤失量更低 中 压降滤失量值≤ 2 m L ，1 2 0 C 高温高压降滤失量≤ 5 mL ，滚 动 回收 率提高 l 8％，防塌性能 更优 。X Y HF 一 1 井采用高性能水基施工 的 1 3 6 m页岩段 中 ，施 工顺利 ，页岩井壁在高性能水基钻井液 中浸泡时间达 1 9 d ，相 比M2 1 H井 钻进约 1 3 d 发生井壁失稳复杂 情况 和 Xl 0 1 H井 钻进约 9 d 发生井壁失稳 复杂情 况 ，高性能水基钻井液能减缓页岩井壁失稳的速率 。 从 油水基转 换时 的起钻大钩数据和返 出掉块情 况可看出 图4 ，在转换为油基钻井液后 ，3 3 6 0～3 4 0 0 m 碳质页岩发育 起钻井段 ，大钩载荷变化值大 且 不 平稳 ，起 钻 需上 下 活 动钻 具 ，下钻 至 井 深 3 3 2 2 ．7 5 m遇阻，循环划眼， 循环一个周期后返出页岩 掉块 ，通 过后期 油 基施 工情 况 和起钻 大 钩载 荷可 知 ，页岩段在高性 能水基浸泡下 ，井壁仍然有轻微 失稳特征 ，但对后续施工无影响。 相 比水基钻 井液 ，油基钻 井液提 速效果 明显 ， X Y HF 一 1 井第三次开钻水平段采用高性能水基 的平均 机械钻速为 1 ． 3 m／h ，转换为油基后的平均机械钻速 为2 ． 1 2 m／ h ；X 5 0 5 H井 2 1 5 ． 9m m井眼水平段 9 0 7m， 34／Na t u r a l Ga s T e c h n o l o g y a n d E c o n o my 机械钻速达 4 ． 8 8 m／h ，创 2 1 5 ． 9 m i l l 井眼水平段施 工周期最 短 2 2 ． 9 2 d的记 录。这主要是 由于油基在 防 塌性 、润滑性方面均明显优于水基钻井液 ，柴油基 钻井液 的滚动 回收率 为 9 8 ． 9 2％，显示岩屑在油基钻 井液 中几 乎 不分 散剥 落 ，油基 施 工过 程 中井壁 稳 定 ，岩屑成型明显 ，容 易被钻井 液携 带出井 ，不易 在井底被 钻头二次碾磨 。柴油基钻井 液润滑系数值 较高性能水 基明显偏低 ，E P值仅 为 0 ． 0 8～0 ． 1 1 ，而 水基钻井液E P值为0 ． 2 ，因此油基钻井液施工井段机 械钻速提升明显。 3 3 8 0 3 4 0 0 3 4 2 0 图4 水基转换和油基施工起钻大钩载荷变化图 5 结论 1 高性 能水基 钻井液 性 能优于 常规水 基钻井 液 ，滤失量更低 ，防塌性能更优 ，钻井液性能 的优 化会减缓地层失稳 的速率 ，但随着水基钻井液施T 时 间增长 ，仍然存在地层失稳 的风险 ，在长 页岩水 平段全程采用水基钻井液仍面 临技术难题 ，需进一 步技 术 攻关 。 2 油基钻井液 防塌和润滑性能优异 ，能明显提 高页岩段的机械钻速，降低钻井周期，能够满足川 西须五水平井页岩段的施工需求。 参考文献 [ 1 ]王怡 ，徐江．含裂缝的硬脆性泥岩理化及力学特征研究 [ J ] ．石油天然气学报 江汉石油学 院学报 ，2 0 1 1 ，3 3 6 1 0 4 1 0 8 ． [ 2 ]王睿，欧阳伟，金永平，等．合成基钻井液在四川地区页 岩气井的应用 [ J ] ．天然气技术与经济 ，2 0 1 3 ，7 3 2 7 2 9． 编辑 李臻 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m