水平井超低土相混油钻井液技术.pdf

第 2 9卷 第 2期 2 0 1 2年 3月 钻井液与完井液 DRI L LI NG F LUI D COMP L ET 1 0N F L UI D 、 ， o1 ． 29 No ． 2 M a r ．201 2 【 理论研究与应用技术 】 水平井超低土相混油钻井液技术 王伟 良， 张迁， 吴生红， 刘波， 薛然明 川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，甘肃庆阳 王伟 良等 ．水平井超低土相混油钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 2 4 4 ． 4 6 ，5 0 ． 摘要面对提速降本与井下安全的双重压力，对往年水平井应用的低固相无荧光润滑钻井液进行了优化，在 2口水平段大于 6 0 0 m 的水平井上采用超低土相混油钻井液顺利完钻。该钻井液在中测时控制白土加量，增加超细 碳酸钙的加量，尽量将 白土含量降到最低程度，有利于钻井施工的顺利进行 ； 通过加入 K C1 等强抑制无机盐，控 制了井壁的坍塌 ； 通过适当提高体系的动塑比和静切力，提高了钻井液的携砂和悬浮能力，避免了岩屑床的形成 ； 原油的加入，提高 了钻井液的润滑性能。 关键词 井眼稳定 ； 悬浮携砂 ； 润滑性能 ；密度 ； 钻井液流型 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 2 0 2 ． 0 0 4 4 0 3 2 0 1 0年 ，超低土相混油钻井液在 2口水平井施 工中得到了成功应用， 满足了快速钻进、 油层保护、 井眼净化、润滑等要求。 1 水平井钻井液技术难点 ①上部井段的坍塌对下部井段施工中井眼净化 不利。直罗组泥岩稳定性差，易水化膨胀后坍塌。 延安组以碳质泥岩为主 ，夹有煤层 ，容易发生脆性 裂缝后坍塌。上部井段坍塌后形成大肚子井眼 ； 井 斜大的井段，岩屑向井筒低边沉积，容易在井筒低 边形成岩屑床。②长水平段摩阻控制难度增大。在 井斜较大的井段 ，钻具与井壁的接触面积大 ，滑动 钻进的摩擦阻力也大 ，而且随着钻进施工的延续 ， 钻井液中固相含量增加 ，密度上升 ，摩阻控制难度 增大。③斜井段与水平段井眼净化困难。井斜大于 4 5 。 ，容易形成岩屑床，要求钻井液必须有较强的 悬浮携砂能力，同时还要具备良好的流型。④录井 捞砂样 困难。入窗后常见录井捞取砂样量少甚至没 有，尤其是下人 P D C钻头，捞砂样工作更加困难。 ⑤甲方对油层保护要求高、原来使用的低固相无荧 光钻井液中亚微粒子较多，很容易侵入储层，使其 渗透率大大降低，从而对水平段油层造成了几乎永 久性的封堵 ，严重影响后期采收率 [ 1 - 6 ] 。 2 超低 土相混油钻井液技 术 1 该体系的一大特点就是 中和了低 固相分散 体系和无土相体系，达到了超低土相的目的。体系 中白土含量为 1 ％，使体系既能在井壁形成薄泥饼， 控制了井壁的坍塌 ； 又能减小井壁泥饼对钻具形成 的摩擦阻力，使砂样更容易从钻井液中分离出来， 为地质捞取砂样提供更好的条件。 2抑制性能 的调整。在 中测完成后 ，分别从 抑制泥页岩水化能力和平衡岩石坍塌应力方面来控 制地层的坍塌，通过补充 K C I 溶液，使体系中K C 1 含量为 2 ％ ； 也可以根据井塌 的情况适 当加大用量。 同时适当提高体系密度， 平衡岩石坍塌应力。 3 润滑性能的控制。在超低土相钻井液中分别 加人 2 ％DR H、2 ％ 原油 、 3 ％ 原油和 3 ％原油 0 ． 5 ％ 白 土 后 的摩 阻 系 数 为0 ． 0 6 9 9 、0 ． 0 5 2 4 、0 ． 0 4 3 7 和 0 ．0 6 9 9 。中测后，通过混入原油减小摩阻系数， 体系中保持原油含量约为 3 ％，可有效控制摩阻系 数小于 0 ．0 5 2 4 ，使钻具上提阻力在 1 0 t 左右。 4流型的调整。上部井段钻井 液流型一般 为 尖峰型层流或小流核平板型层流，避免冲刷井壁， 第一作者简介 王伟良，工程师，1 9 9 2年毕业于江汉石油学院应用化学专业，一直从事钻井液技术工作。地址 甘肃 庆阳川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司第．7 - S _ 程项 目部 ；邮政编码7 4 5 1 0 0； 电话 1 3 8 8 4 1 0 1 4 9 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 9 卷 第 2 期 王伟 良等水平井超低土相混油钻井液技术 4 5 满足携砂要求即可 ，但井斜大于 4 5 。 时 ，应该及 时 调整钻井液流型为平板型层流 ， 同时增大流核直径 ， 强化钻井液对井壁的冲刷 ， 避免岩屑床 的堆积形成。 通过计算， 提高钻井液的动塑比即能增大流核直径。 现场施工中通过加入生物聚合物和超细碳酸钙来调 整体系动塑比为 0 ．4 8 ～0 ． 7 0 P a ／ mP a S 。 5悬浮能力 的调整 。在井斜大于 4 5 。 时，钻屑 极容易下沉至井简低边 ，形成岩屑床 ，所 以钻井液 具有 良好悬浮能力是避免岩屑床形成的重要因素， 提高钻井液的悬浮能力就意味着提高钻井液的静切 力和触变性 ，将更多处在推移质运动状态下的岩屑 转 变为悬移 质运动 也就是扩 大悬移质 区范 围 ， 即岩屑沉速小于钻井液径向脉动速度。如若形成岩 屑床 ，应该 立 即调整 钻井液 流型 ，增 大流 核直径 即增大动塑 比 ， 尽量增加井壁边缘处钻井液流速 ， 达到冲刷岩屑床的目的。 3 现 场应 用及 效 果分 析 3 ． 1 现场应用 现 场应用 了 2口水平 井 ，西平 3井完 钻井 深 为 2 8 9 6 m， 目的层 长 8 1 T I ，水平 段长 6 3 7 1T l ，设 计方位为 2 9 ． 8 9 ，定 向井深为 1 7 4 0 m，中测井深为 2 0 8 2 m， 井斜为4 2 。 。 庆平 7 井完钻井深为2 8 2 4 m， 目的层长 6 1T I ，水平段长 6 2 0 m，定 向井深为 l 7 0 0 m，中测井深为 2 0 5 0 m，井斜为 5 0 。 。 二开至中测前 1 0 0 m采用聚合物钻井液 ，中测 前 1 0 0 m至中测采用低固相分散钻井液 ，中测后至 完钻采用超低土相混油钻井液 ，钻井液配方如下 ， 2口井 的性能见表 1 。实验结果表 明，使用 1 配方 钻井液产生 的泥饼厚 、润滑性差 、密度上升较快 、 固相含量较高 ； 使用 2 、3 配方钻井液产生的泥饼 薄 、润滑性好 、密 度易控制，容易调整流型 ，固相 含量低。 聚合物钻井液 1 基浆 0 ．0 5 ％P A M 0 ．2 ％ K P A M 0 ． 2 ％ZNP ． 1 0 ． 4 ％BLC． 1 低 固相分散钻井液 2 1 0 ． 3 ％N a OH 0 ． 1 ％ CM C 0 ． 0 5 ％XCD 0． 0 5 ％P AC 0 ． 2 ％S M 一 1 0 ． 5 ％S F 1 ． 5 ％D R H 3 ％～4 ％ 白土 超低土相混 油钻井液 3 1 5 0 m 基浆 2 6 0 m 基 浆 1 0 ． 0 5 ％XCD 0 ． 0 5 ％P AC 0 ． 2 ％ J MP 一 1 0 ． 5 ％G D． 2 2 ％KC 1 3 ％原油 0 ． 1 ％乳化剂 表 1 2口井的钻井液性能 井 号 g 2 4 5 9 5 6 0 ． 5 0 ． 0 6 9 9 西平 3 3 6 7 8 5 4 ～ 5 0 ． 2 ～ 0 ． 4 0 ． 0 4 3 7 ～ 0 ． 0 6 9 9 庆平 7 3 6 4 8 7 4 ～5 0 ． 2 ～0 ． 4 O ．0 2 6 2 ～0 ．0 4 3 7 3 ． 2 效 果分析 3 ． 2 ． 1 稳定井壁，控制坍塌 在 中测后应 用超低 土相混油 钻井液施工 ，通 过 补充 KC 1 溶 液后 ，增加钻井 液的抑制性 能，掉 块 明显减少 ，并且掉块粒径也有明显变小 ，经过逐 步加重调整密度到 1 ． 0 9 g ／ c m 时 ，返 出砂样 中几乎 无掉块 。同时该钻井液与低 固相无荧光体 系相 比， 最 大的优点 就是密度上升较慢 ，波动范 围不超过 0 ． 0 4g ／ c m ，如图 1 所示。 图 2为西平 3井钻进过程中返出砂样照片。 井深， m 图 1 西平 3井与庆平 7井的钻井 液密度随井深变化 ■ 图 2 西平 3井钻进过程中返出砂样 照片 图2中 a 为中测前钻进过程中携带出来砂样， 掉块较多，且多数直径大于 0 ． 8 C l T I ； b为中测后 ， 加入 K C 1 后钻进过程中携带出来砂样，掉块较少， ■ l 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 3月 几乎一半是细砂样 ，且掉块平均直径约为 0 - 3 c m ； c 为中测后，在加入K C 1 的基础上，将钻井液密 度从 1 ．0 5 提高到 1 ．0 9 g ／c m ，返出砂样基本是细砂 样 ，几乎无掉块。 3 ．2 ． 2 减小摩阻。 提高滑动效率 西平 3 井与庆平 7井钻井液的摩阻系数随井深 的变化见图 3 。中测后 ，调整钻井液各项性能 ，混 入原油 4 ～5 t ，同时加入乳化剂 2 0 0 ～2 5 0 k g ，并 控制白土含量为 l ％ 西平 3井中测后至完钻未加人 白土 ，庆平 7井中测后至完钻加入 2 t 白土 。由于 原油的混入及 白土含量 的控制 ，钻井液 的润滑性能 比以前加入无荧光润滑剂的效果更佳 ，即使井斜大 于 7 0 。 ，上提钻具的附加阻力也不 足 1 0 t ，且滑动 过程无托压现象，摩阻系数为 0 ．0 5 2 4 。之后逐步补 充原油含量在 3 ％ 左右，中测后至完钻滑动钻进无 压差卡钻现象 ， 上提钻具附加阻力一直在 1 0 t 左右 。 0 ． 0 8 O ． O 7 圈O ．0 4 { 蛰 0 ． o 3 0 ． 0 2 O．01 O ． o 0 2 l 0 o 2 2 0 o 23 o o 2 4 0 0 2 5 0 o 2 6 o O 2 7 o o 2 8 0 o 2 8 9 6 井深， m 图 3 西平 3井与庆平 7 井钻井液的摩阻系数随井深的变化 3 ． 2 ． 3 流型易调整。具有较强悬浮携砂能力 中测后，钻进施工 中的突出问题是钻屑悬浮和 井眼净化 ，首先通过提高低剪切速率下的钻井液黏 度 妒 读数 到 l 0 左右，提高体系悬浮钻屑能力 ； 其次增大动塑 比为 0 ． 4 8 ～O ． 7 P mP a s ，增大流核 直径，以冲刷井壁避免岩屑床的形成 ； 尽可能降低 表观黏度以减少循环压耗 。在现场施工中要做到 以 下几点。 1 充分利用 固控设备 振动筛 、离心机 并 及时清除 1 号罐内钻屑 水平段每钻进 1 5 0 m清理 1 次 ，控制无用固相含量到最低程度。 2 通过加入超细碳酸钙 Q S 一 4 等惰性材料， 增加低剪切速率下的钻井液黏度。 3 控制白土的加入，尽量将钻井液中易形成 泥饼的固相含量最低化。 4 通过清罐补充钻井液来控制黏度，同时适 当加入黄原胶 X C D 调整动塑比， 增大流核直径， 使其达到洗井的效果。 3 ． 2 ． 4 更好地保护油层 该体系由于控制了白土的加人，亚微粒子含量 较低，形成泥饼较薄，对油层封堵率降低，同时由 于淀粉类暂堵剂的加入，后期施工通过溶解等方式 可以清除，对油层伤害较小。 3 ． 2 ． 5 地质上捞取砂样较多 ，无循环等停现象 该钻井液中由于白土及各类分散剂含量低，钻 屑更容易被振动筛分离， 即使水平段采用P D C钻头， 地质录井单位捞取砂样也一样的容易，使用该体系 的 6口井全井段没有因捞取砂样困难等问题循环处 理钻井液。 3 ． 2 ． 6 用料简单 。节约成本 该体系的主处理剂 由分散剂转变为生物聚合 物，简化用料种类，由以前低固相分散体系中的 8 类主处理剂减少到 5 类 主处理剂 ，同时也节约 了成 本。部分已完成井中测后各钻井液成本对比 不包 括复杂加重井 见表 2 。由此可知 ，西平 3井和庆 平 7 井采用超低土相混油钻井液是每米成本最低的 2口井，且无任何复杂情况出现。 表 2 部分已完成井中测后各体系 成本对比 不包括复杂加重 井 庆平 4 低固相混油2 1 0 5 2 9 5 0 3 6 ． 3 9 4 3 0 ． 6 9 3 ． 3 建议 1 混入原油加人乳化剂后 ，钻井液中气泡增 多， 钻井液流动l生 变差， 黏度上升， 不利于井眼净化， 可以适当加人消泡剂来控制气泡的产生。 2 水平段施工，若形成岩屑床较厚，造成遇 阻或摩阻明显增大 ，应该及时起钻划眼循环 ，破坏 岩屑床后，恢复施工。 下转第 5 0 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 3月 宜添加适量的石灰水进行处理 。 3 结论 1 ． H ， s 、石膏、盐水和 C O 等污染钻井液的根 本原因是它们打破了钻井液的酸碱平衡，破坏了其 胶体状态，宜首先添加 N a O H溶液，使钻井液维持 碱性环境 ，再作进一步处理。 2 ． H ， s的来源包括地层流体中的H ， s 入侵和处 理剂在高温下降解或发生化学反应等。钻井液处理 剂应具有较好的抗温性能 ，且避免氧化性处理剂和 还原性处理剂同时使用。对于已被 H， S污染 的钻井 液， 先加人碱液提高p H值， 再采用 Z n 2 O H C O 3 除去 H 2 s 。 3 ． 石膏和盐水污染 的主要原因是钻井液 p H值 下降和 c a 。 过量， N a O H和N a 2 C O 3 溶液按一定比 例配合使用，既可清除过量的 c a ，又可使钻井液 的p H值保持在需要的范围内，处理效果较好。钻 过石膏层或盐水层时，应尽可能使用抗污染能力较 强的聚磺钻井液 。 4 ． C O， 污染的主要原因是 H C O 一 的存在导致钻 井液黏度切力上升 ，向钻井液中添加 C a O，不仅可 以清除 H C O 一 ，还可以抑制泥岩的水化膨胀，处理 成本低。此外，保持钻井液中存在适量的 C a 2 ，同 时添加足量的护胶剂，可有效提高钻井液的抗 C O 污染的能力。 参 考 文 献 [ 1 ] 周光正，王伟忠，穆剑雷，等 ． 钻井液受碳酸根 ／ 碳酸 氢根污染的探讨 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ，2 7 6 4 2． 45． [ 2 ] 崔应中，向兴金，吴彬，等 ． 硫化氢对钻井液污染情况 的室内实验研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 2 7 5 ． 7 7 ． [ 3 】 马慧，朱成军 ． 超细水泥处 理深井钻井液 H C O 一 和 C O 3 污 染 [ J ] ． 钻 井 液 与 完 井 液，2 0 1 1 ，2 8 3 8 8 9 0． [ 4 】 耿东士，何纶，李道芬 ． 钻井液中硫化氢的危害及控制 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 增刊 1 ． 3 ． [ 5 】 S a y y a d n e j a d M A，G h a ff a r i a n H R，S a e i d i M． R e mo v a l o f h y d r o g e n s u l fid e b y z i n c o x i d e n a n o p a r t i c l e s i n d ril l i n g f l u i d [ J 1 ． I n t ． J ． E n v i r o n ． S c i ． T e c h ． ，2 0 0 8 ，5 4 5 6 5 ． 5 6 9． [ 6 ]6 张坤，黄平 ，郑有成，等 ． 高密度水基钻井液 C O 污 染防治技 术 [ J ] ． 天然气技 术与经济 ，2 0 1 1 ，5 2 48 5 0． [ 7 】 王桂全 ． 大庆深井钻井液二氧化碳侵处理技术 [ D】 ． 大 庆石油学院硕士学位论文，2 0 1 0 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 1 0 ． 2 5 ；HG F 1 2 0 2 F 2 ；编辑付明颖 上接第4 6 页 4 结论 1 ． 中测时控制 白土加量 ，增加超细碳酸钙的加 量，尽量将白土含量降到最低程度，有利于钻井施 工的顺利进行 。 2 ． 体系中通过加入 K C I 等强抑制无机盐，控制 了井壁的坍塌。 3 ． 通过适当提高体系的动塑比和静切力，提高 了钻井液 的携砂和悬浮能力 ， 避免了岩屑床 的形成。 4 ． 原油的加入 ，提高了钻井液的润滑性能 。 参 考 文 献 42 6 2 8 ． [ 2 ]2 黎金明，陈在君，杨斌，等 ． 低固相不混油钻井液 在 C B1 ． 1双分支水平井的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 7 ，2 5 4 3 7 ． 3 9 ． [ 3 】 谢海龙 ． 塔河油田G K1 H水平井钻井液技术 [ J 】 _ 钻井液 与完井液，2 0 0 8 ，2 6 1 4 7 4 9 ． [ 4 】 陈德铭，刘亚元 ，杨钢铁，等 ． 二连油田水平井钻井液 技术 f J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 6 ，2 4 5 4 - 6 ． [ 5 ] 张民立，周建东 ． 正电胶磺化混油聚合物钻井液在长裸 眼水平井中的应用 [ J 】 ． 钻井液与完井液， 2 0 0 2 ， 1 9 5 2 5 ． 2 7 ． [ 6 ]6 李兴运，李长明，关增臣，等 ． 无黏土相正电性钻井液 完井液体系研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 3 ，2 0 3 9 ． 1 1 ． [ 1 ] 张欢庆，陈林，贺文廷 ，等 ． K L 2 - H1 水平井高密度饱 和盐水混油钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 收稿 日；2 0 1 1 - 1 0 2 5 ；HG F 1 2 0 2 N7 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m