苏丹FN-128井复杂事故处理钻井液技术.pdf

第 3 0卷 第 2期 2 0 1 3年3月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D CoM PLETI oN FLUI D Vo l _ 3 0 NO． 2 M a r ．2 Ol 3 【 经验交流 】 苏丹 F N一 1 2 8井复杂事故处理钻井液技术 陈博 ， 徐心彤 ， 朱伟 1 ． 中油长城钻探钻井液公司，北京 ； 2 ． 北京化工大学，北京 ； 3 ． 华北油田分公司采油工程研究院，河北任丘 陈博等 ． 苏丹F N一 1 2 8井复杂事故处理钻井液技术 【 J J ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 2 8 3 8 5 ． 摘 要F N一 1 2 8井是位 于苏丹 六区 F u l a No rt h地 区的一 口生产 井，完井 电测后 因苏丹 国内社会环境 恶化被迫停 工长达 4 8 d ，井下情况复杂几近报废。复工后根据苏丹六区地层特点，通过分析井下情况，制定 出了合理的钻井 液技术方案。使用 KC 1 。 P o l y me r 钻井液，在划眼过程中解决 了垮塌、缩径、井壁失稳、防漏等多个技术难题，没 有发生其他复杂情况，顺利完井，从 F N一 1 2 8井复工到完井仅用 了1 0 d ，进一步积累了钻井液技术经验。 关键词 钻井液 ； 复杂事故 ； KC 1 一 P o l y me r； 苏丹六 区 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 30 2 0 0 8 3 0 3 苏丹六 区 F u l a No r t h地质构造复杂 ，地层稳定 性 差 [ 1 - 2 ] o以往 的钻 井施工 过程 中经 常遇到井 漏 、 垮塌 、缩径等问题。F N． 1 2 8 井在完井电测结束后 ， 由于苏丹 国内社会局势问题被迫停工 ，时问长达 4 8 d ，井下情况变得非常复杂，在六区还是首次遇到， 对钻井液技术提出了更高的要求 。 1 苏丹六 区地质概况 该区地层分布从上往下依次为 ① T e n d i ． S e n ma 组 2 0 5 ～4 7 6 m ，岩 性 以灰、绿灰 及 绿 色泥 岩为 主，岩性较软，水敏性 强， 易垮塌。下部夹薄层紫红 色 泥岩和 中粗粒砂岩。② Ama l 组 4 7 6 ～6 2 5 m ， 岩性为厚层砂岩， 夹少量薄层绿色、 紫红色泥岩，泥 质 胶 结，成 岩性 差 ，地层 孔 隙率 高，易发 生漏失。 ③ Ba r a k a G h a z a l Z a r q a 组 6 2 5 ～1 0 5 9 m ，由灰色 、 深灰色泥岩与粉、细砂岩组成 ， 砂岩与泥岩不等厚互 层， 易垮塌。④ Ar a d e i b a 组 1 0 5 9 ～1 2 5 6 m ， 上部 为棕红色泥岩夹薄层砂岩，中部是深灰、灰绿和灰色 泥岩或棕红色泥岩夹薄层砂岩 ； 下部为紫红色泥岩夹 薄层砂岩，底部多见 5 ～1 0 m砂岩，可钴 『生差，易发 生缩径。⑤ B e n t i u组 1 2 5 6 ～ 1 4 5 0 m ， 岩性为砂 岩， 夹深灰、 棕红色泥岩， 成岩性差， 泥岩具水敏 l生。 2 井下复杂状况分析 停工期 间不向井 内灌注钻井液 ，随着井 内钻井 液向地层 内部渗透 ，钻井液液面下降 ，井 内静液柱 压力下降。由于钻井液液柱压力不能稳定井壁 ，井 壁应力失衡 ，同时井壁长时间被钻井液浸泡 ，水化 严重 ，造成井壁缩径或垮塌 。由于井壁垮塌造成井 径扩大 ，局部大肚子井眼 ，环空返速降低 ，给划眼 过程 中携砂清洗井 眼带来 困难 ，容易造成沉砂 ，形 成砂桥 ，造成起下钻 困难 、卡钻甚至井 眼报废 。苏 丹六 区同时停工的另外一 口井 Mo g a 1 8 ． 1 井在划眼 过程 中，上部井壁垮塌造成卡钻 ，最终把下部井眼 填埋后进行侧钻。说明由于六区地层 的不稳定性加 上井壁长时间浸泡 ，给事故处理带来很大风险，对 工程措施和钻井液技术 的要求很高。 3 不 同地层钻井液技术方案 针对不 同地层 的特点及可能发生的问题分别制 订出了相应 的钻井液技术方案 ，同时在处理井下复 杂状况的过程 中，注意尽量避免发生新 的事故 ， 并 使用了具有 良好抑制性 的KC 1 一 P o l y me r 钻井液体系， 该钻井液在 苏丹地 区已应用多年 ，地层适应性好 ， 第一作者简介 陈博，硕士，工程师，毕业于清华大学化学工程专业，现在主要从事钻井液技术服务工作。地址 北 京市朝阳区北辰西路 8号北辰世纪 中心A座 1 1 层 ；邮政编码 1 0 0 1 0 1； E ma i l c h e n b o 0 0 0 1 y e a h ．n e t 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 3月 技术成熟 [ 3 - 4 ] 。 3 ． 1 T e n d i ． S e n n a 地层 该地层水敏性强，易水化膨胀垮塌 J ，下至井 深 2 3 0 m处遇阻， 开始划眼， 有大量掉块返出， 掉块 直径最大为 5 c m 4 c m 3 ． 5 c m，说明该地层长时间 浸泡后垮塌严重。 划眼时既要保证钻井液的携砂性 ， 又要保持对井壁有一定的冲刷 ，使严重水化并处于 亚稳定状态的岩石在钻井液的冲刷下逐步剥离，形 成新 的井壁 ，同时，通过降低钻井液的滤失量和提 高抑制性维持新井壁的稳定 ，防止进一步垮塌。 此段钻井液处理措施如下。①使用 N H H P A N、 P AC L v等降滤失剂将钻井液 中压滤失量 降低至小 于 3 m L ，降低地层泥岩的水化程度，同时保持钻 井液中 K C 1 含量在 7 ％～8 ％，抑 制井壁水化膨胀 ， 维持井壁稳定。 ② 由于此处井深较浅且裸眼段较短 ， 因此掉块返 出难度不大。调整钻井液流动形态为紊 流状态 ，以保持对井壁亚稳定状态的泥岩进行适度 冲刷 ，使其逐步剥离井壁 ，通过降低滤失量和增加 抑制性来减缓井壁水化 ，形成新的稳定的井壁 。 根据井径曲线可知 ，T e n d i S e n n a 段井眼扩大率 为 2 0 ％左右 ，井眼直径为 2 5 ． 0 8 c m，钻杆的外径为 1 2 ． 7 c m，钻井液密度为 1 ． 1 2 g ／ c m ，排量为 4 0 L ／ s ， 由钻井液环空临界上返速度公式计算可知 ，钻井液 环空上返速度为 0 ． 6 8 m／ s 。钻井液的黏度和切力对 其环空上返速度的影 响见表 1 。由表 1 可知 ，动切 力的变化对 临界返速的影响比较大，而塑性黏度对 临界返速 的影 响很小 。要维持钻井液紊流状态 ，钻 井液的流变参数应调整为塑性黏度在 8 --1 5 mP a S ， 动切力不大于 2 P a ，动塑 比在 0 ． 1 4 ～0 ． 2 5 P a ／ mP a S 之间。降低动切力，要尽量减少大分子处理剂的用 量，同时用降滤失剂兼降黏剂 N H H P A N以及降黏 剂 XY - 2 7和 S P NH调节钻井液的流变性能 。 表 1 钻 井液流变参数和临界返速的关系 在划眼到井深 3 0 0 m左右时 ，钻井液一度没有 返出，同时泵压升高 ，说明由于环空掉块含量过高 ， 钻井液循环通道不畅造成憋泵。马上停泵并上提钻 具 ，缓慢尝试开泵 ，钻井液返 并且泵压恢复正常。 3 ． 2 Ama l 地层 该地层主要 由厚层砂岩组成 ，胶结性差 ，不会 存在大的掉块 。以往施工过程 中曾有过发生漏失的 记 录，因此要重点预 防漏失 ，同时注意稳定井壁 。 处 理措 施为 维持钻井 液密度不超过 1 ． 1 3 g ／ c m ； 加入 3 ％F T - 1 和 2 ％QS 一 2 ， 增强钻井液的造壁性 能， 并进一步降低滤失量。 于稳定井壁 的考虑 ， 调节 漏斗黏度 为 4 5 ～5 0 S ，动塑 比为 0 ． 5 P a ／ mP a S ，使 钻井液环空流动为层流平板流状态 ， 减小钻井液对 井壁的冲刷 ， 并提高钻井液携带钻屑的能力。使用 XC D和 C a C 1 ， 调节钻井液流变性 ， 增加动塑比。通 过室内实验对配方进行优选 ， 来确定处理剂 的加量。 不 同配方钻 井液的流变参数见表 2 。 由表 2可知 ， XC D和 C a C 1 ， 的合理搭配 可 以调节钻井 液流变参 数 ，5 配方调节钻井液动塑比在 0 ． 5 P a J mP a S 左右 ， 能满足设计要求 。 表 2 不 同配方钻井液流 变参数 3 ． 3 Ba r a k a Gh a z a l Za r q a 地 层 该地层为泥岩和细砂岩互层，泥岩为脆性泥岩， 易垮塌。与 T e n d i S e n n a 地层不同，此段掉块多为薄 片状泥岩，体积较小。由于这段井眼的轨迹不规则， 钻屑容易在此沉积形成砂桥，给起下钻和后续的下套 管工作造成障碍。F N． 1 2 8井井径曲线见图 1 。 委 米 井深， m 注 1 i n2 5 ． 4 mm。 图 1 F N一 1 2 8 井井径 曲线 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 0 卷 第2期 陈博等苏丹F N ． 1 2 8 井复杂事故处理钻井液技术 8 5 由图 1 可以看出，7 0 0 ～8 5 0 1T I 井段井径扩大 比 较严重，最大井眼尺寸超过 5 0 8 mm。长时问浸泡又 造成新 的垮塌，使得井下情况更加复杂。钻井液技 术重点在于维持井壁稳定，防止进一步垮塌，以及 减缓砂桥的形成 。 当划眼井深超过 7 0 0 1 1 3 后 ， 要经常短程起下钻 ， 破坏砂桥 的形成。具体措施 为每 i 0 0 ～1 5 0 I I 1 短程 起下钻一次 ，起钻要到 7 0 0 m 以上的位置。如起钻 遇阻 ，则倒划眼将沉砂赶至上部井 眼，然后循环带 出井眼。 此后多次短程起下钻在此段都有遇阻显示 ， 说明有砂桥形成 。划眼到底全井通畅以后 ，配制 2 0 m 漏斗黏度为 1 0 0 S 的高黏钻井液进行洗井 ，将井 眼扩大段的沉砂带 出，保证下套管工作的安全。 3 ． 4 Ar a d e i b a 和Be n t i u 地层 Ar a d e i b a 地层缩径严重 ，划眼速度很慢 。在划 眼过程 中要注意不要钻 出新的井眼 ，钻井液要保持 强抑制性 和稳 定井壁 的能力 。B e n t i u地层是储 层 ， 岩性 以中粗砂粒胶结 的砂岩为主 ，孑 L 隙率较高 ，而 且 由于长时间浸泡 ，井 内流体 向储层扩散 ，对储层 产生危害 ，为尽可能减小油层损害 ，提高油气产量 ， 在划 眼到油层前 ，钻井液中加入 2 ％ 无渗透处理剂 BS T - Ⅱ，阻止井 内流体向油层扩散 ，以保护油气层。 4 钻井液维护工 艺 清空所有循环罐 ，配制新的钻井液 ，配方如下 。 0． 5 ％ Ca us t i c S od a 2 ％ Be nt o ni t e 3 ％ NH HP AN 1 ％PAC． LV0 ． 2 ％ P AC． RL0 ． 1 ％ KP AM 0． 5％XY． 2 7 7 ％KCl 钻井 液在套管 内循 环均匀后 ，测 钻井 液性 能 ， 钻井液性能稳定后继续下钻 ，遇阻后开泵划眼 ，划 眼过程 中，井 内失效钻井液会不断混入。井 内钻井 液 由于长 时间静置 ，性能产生变化 ，聚合物处理剂 分解失效 ，造成 p H值下 降，黏度和切力 降低 ，滤 失量增大 ； 重晶石及其他 固相沉降 ； 局部 固相含量 高。为了维持钻井液性能稳定 ， 在划 眼过程 中，至 少每 1 h测量钻井液密度和漏斗黏度一次， 每天至少 做 2次全套性能实验， 随时对钻井液『 生能进行调整。 在划 眼过程 中，由于井 内原钻井 液 p H值低 ， 因此需要间歇补充 C a u s t i c S o d a ， 维持p H值为 8 ～9 ， 同时加入 B i o c i d e H I ，抑制钻井液 中细菌繁殖 ，防 止细菌分解聚合物处理剂 ，特别是黄原胶类处理剂 XC D。处理剂功能失效会影响钻井液性能稳定。 由于原钻井液中处理剂大部分 已经失效，因此 不断混入新 的钻井液还会造成钻井液黏度和切力下 降，滤失量增大，使用 X C D和 C a C 1 ， 维持流变性， 使用 NH 4 HP AN、 P AC L V把滤失量维持在 3 mL以 F c 要保证 K C 1 含量在 7 ％～8 ％， F T _ 1 的含量不低于 3 ％， 以维持钻井液良好的抑制性。 原钻井液 中重晶石沉降，以及其他 固相含量较 高，这部分固相属于有害固相 ，固相含量的增加会提 高塑性粘度，影响流变参数，同时会影响泥饼质量， 需要及时除去，因此固控工作是非常重要的。振动筛 使用孔径小于 0 ． 1 2 5 mm 的筛 布 ，除砂器 和除泥器 要保证 随钻运转 ，中速离心机和高速离心机要保证 使用 时问，尽量除去原钻井液 中的有害固相 ，同时 控制钻井液密度 ，防止压漏地层。 长时间静置使钻井液 中的固相尤其是高密度 的 重晶石沉降 ，钻井液密度不均匀 ，上部密度 较低 ， 随着井深 的增加钻井液密度会逐渐增大 ，在钻井液 处理时要注意控制密度 ，防止压漏地层 。 5 结论 由于对地层特点和井下情况的准确预测 以及制 定合理 的钻井液技术方案，在划 眼过程 中没有发生 其他 复杂情况 ，顺利完井 ，从 F N一 1 2 8井复丁开始 到完井仅用了 1 0 d ， 进一步积累了钻井液技术经验。 参 考 文 献 [ 1 ] 张金波 ，范维旺，宁军明，等 ． K C 1 ／ 硅酸盐钻井液体系 在苏丹 6区的成功应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 7 ，2 4 6 8 1 ． 8 3 ． [ 2 】 张凤英，鄢捷年 ，周劲辉，等 ． 苏丹六区低伤害防塌钻 井液技术 【 J ] ． 石油钻探技术 ，2 0 1 0 ，3 8 2 4 3 4 6 ． [ 3 ] 郭健康 ，鄢捷年，范维旺，等 ． K C I ／ 聚合物钻井液的改 性及其在苏丹 3 ／ 7区的应用 [ J ] ． 石油钻探技术 ，2 0 0 5 ， 3 3 6 2 8 3 1 ． [ 4 ] 范江，李晓光，张巨杰，等 ． 高密度 K C 1 一 聚合物钻井液 在阿塞拜疆 的应用 ． 钻井液与完井液 ，2 0 1 0 ，2 7 5 44 46． [ 5 ] 莫绍兵，宋建源，鲁先振，等 ． 铵盐氯化钙钻井液在苏 丹泥页岩井段的应用 【 J 1 ． 钻井液与完井液， 2 0 1 0 ， 2 7 3 4 7． 50 收稿 日期2 0 1 2 1 0 1 2 ；H GF I 3 0 2 M8 ；编辑马倩芸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m