苏76—1—20H井钻井液技术.pdf

第 2 9卷 第 5期 2 0 1 2年9月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI oN FLUI D V．0 1 ． 2 9 No． 5 S e p t ． 201 2 【 理论研究与应用技术 】 苏 7 6 1 2 0 H井钻井液技术 王先洲， 邓增库， 夏景刚， 闫文华， 王立东， 冀乃道， 张爱群 中国石油集团渤海钻探第五钻井工程分公司，河北河间 王先洲等．苏 7 6 ． 1 - 2 0 H井钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 5 5 0 ． 5 3 ． 摘要苏 7 6 1 2 0 H井位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡苏 7 6区块，是一口三开水平井，水平段长2 8 5 6 m。该井安 定组、直罗组地层胶结性差 ； 大斜度井段和水平井段石千峰组、石盒子组泥岩水敏性、硬脆性、破碎性3种井塌 方式同时存在，塌落量大，难以控制，且周期性垮塌现象明显 ；气层附近碳质泥岩水敏性强，稳定性差 ； 水平段 钻遇大段泥岩，浸泡时间长，防塌问题突出 ；水平段超长，井眼清洁和润滑防托压技术难度极大。该井使用改进 的聚磺钻井液和 K C 1 聚磺 防塌钻井液，引入 了石油沥青和胶质成分含量高的液体润滑剂 R H Z Y和纤维素类高分子 化合物泥饼质量改善剂L N- 1 ，并通过使用相应的维护处理措施和配套的工程措施，解决 了井壁坍塌问题，而且很 好地满足了超长水平段的井眼净化和润滑防卡要求，全井钻井施工安全顺利。 关键词K CI 聚磺防塌钻井液 ； 井壁稳定 ；井眼净化 ； 润滑防卡 ； 超长水平段 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 5 0 0 5 0 ． 0 4 苏 7 6 1 2 0 H井 位于 内蒙古鄂尔 多斯市乌 审旗 乌审召苏木乌审召嘎查 ，是一 口三开水平井 ，属鄂 尔多斯盆地伊陕斜坡苏 7 6区块，目的层为石盒子 组盒 8段。苏里格地 区地层沉积 环境复杂 ，苏 7 6 区块石千峰组和石盒子组地层井壁垮塌严重 ，井塌 划眼 、卡钻、埋钻具等复杂情况频繁发生。为解决 井壁失稳问题，该井采用了改进的聚磺钻井液和 K C 1 聚磺防塌钻井液，通过合理控制钻井液密度、 降低滤失量 、加强封堵 防塌 ，控制了井壁垮塌 ，并 通过相应的维护处理措施 ，增强了钻井液 的井眼净 化和润滑防卡能力 ，保证 了该井的J J vl 进行 。 1地质工程概况 邻井资料表 明 ，苏 7 6 一 l 一 2 0 H井 气藏压 力 系数 在 0 ． 7 7 1 ～0 ． 9 1 4之间， 平均为 0 ． 8 7 ， 属于低压气藏； 平均地 温梯度为 3 ． 0 6 c ／ 1 0 0 m，属于正常温度系 统 。该井完钻井深为 6 3 4 6 m，垂深为 3 1 7 1 ． 9 7 m， 水平段长 2 8 5 6 m，水平位移为 3 4 0 4 ． 9 m，水垂 比 为 1 ． O 7 。 井身结构为 3 7 4 ． 6 mm5 0 0 m 西2 7 3 ． 0 5 mm x 4 9 8 ． 1 8 m ；西2 1 5 ． 9 mm3 4 9 0 m 西1 7 7 ． 8 mm3 4 8 7 ． 4 2 m ； 1 5 2 ． 4 mm6 3 4 6 m，水平段 采用裸眼完井。 2 钻井液技术难点 1 井 壁稳定。①安定组 、直罗组地层胶结性 差，易剥落掉块，导致井径扩大 ； ②大斜度井段和 水平井段石千峰组石盒子组泥岩 ， 水敏 』生、硬脆性 ， 破碎性 3 种井塌方式同时存在，塌落量大，难以控 制 ，且周期性垮塌现象明显 ，复合型井塌需综合考 虑 ，处理手段受限 ； ③气层附近碳质泥岩水敏性强 ， 稳定性差 ； ④在超长水平段施工 ，压力激动大、钻 遇大段泥岩 、浸泡时间长 ，防塌技术是确保超长水 平段施工安全的前提。 2井眼净 化。大斜度 井段极 易形 成岩屑床 ； 水平段长 ，环空间隙小 ，造成泵压高 ，钻井液流变 参数的选择和排量受限，环空返速低 ； 多层位的严 重垮塌 ，造成岩屑量大 ，大掉块在环空 中上返困难。 因此必须及时将井底岩屑带出来 。 第一作者简介 王先洲， 工程师， 2 0 0 5年毕业于大庆石油学院应用化学专业， 现在主要从事钻井液的现场管理工作。地址 河北省河间市华北油田华苑服务处矿区 ； 邮政编码 0 6 2 4 5 0；电话 1 5 9 4 7 4 9 4 9 2 5； E ma i l wx z 0 1 1 1 2 6 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 9 卷 第5 期 王先洲等苏7 6 1 2 0 H 井钻井液技术 5 1 3 润滑防卡。定向段造斜率大 ， 同时地层坚硬 、 钻时 慢，易发生严重托压 ； 水平段有近 3 0 0 0 m 的 钻杆紧贴下井壁 ，与井壁形成多个支点 ，水平段越 长，摩擦阻力越大，托压现象越严重 ； 井眼净化效 果不好 ，容易形成砂质泥饼或岩屑床 ，难以实现润 滑防卡防托压的目的。因此要控制钻井液有良好的 润滑性能，以保证水平段的延伸。 3钻井液技术 3 ． 1一开 一 开黄土层土质疏松， 胶结松软， 且渗透性好 ， 为了预防垮塌和漏失，采用膨润土浆开钻。钻进 过程中用土粉 、C MC调整钻井液黏度为 4 O ～6 0 S ， 防止井口坍塌。起钻下套管前，充分循环钻井液， 用稠浆封闭裸眼井段 ， 保证 了表层套管的顺利下入。 3 ． 2 二开 一 3 ． 2 ． 1 上部直井段 二开上部直井 段采用 聚合物钻井液。二 开前 ， 提前将 K P AM、 NH ． HP AN配制成胶液 配方如下 ， 开钻后将他们和地面大坑中钻井液混合均匀后走大 循环 ，保持钻井液黏度为 2 8 ～3 2 S 。 清 水 0 - 3 ％～0 ． 5 ％K． P A M 0 ． 5 ％～ 1 ． 0 ％ NH 一 HP AN Na OH 在钻安定组 、 直罗组地层时走小循环 ， 加入 1 ． 5 t F T - 3 4 2和 1 ． 5 t NH ． HP AN，保证井壁稳定 。钻穿直 罗组地层后改回大循环 ，充分利用地面大循环坑快 速沉淀钻屑，保持钻井液密度在低限 ； 在钻进过程 中根据钻井速度不断补充 K 。 P A M，增强体系的抑 制性 ； 定期用 K P A M、F T - 3 4 2配制稠塞清洗井底， 以保证井眼干净 ； 每次起钻前用 1 罐稠浆封闭井底 3 0 0 ～5 0 0 I l l ，稠浆配方 为膨润土粉 C Mc 纯碱 ， 黏度为 6 0 ～8 0 S 。 3 ． 2 ． 2 斜井段 根据对该地 区技术难点的分析，结合该地 区以 往钻井施工的成功经验 ，二开斜井段使用改进的聚 磺钻井液。①在传统聚磺钻井液中引入液体润滑剂 R HZ Y。R HZ Y的石油沥青 和胶质成分含量高 ，能 够进一步提高钻井液的防塌能力，并且其润滑效 果好，作用时间长。②引入泥饼质量改善剂 L N ． 1 。 由于斜井段需加人大量润滑剂 ， 泥饼质量难 以保证。 L N． 1 是纤维素类高分子化合物 ，添加适量 的 L N一 1 可显著改善泥饼质量，从而得到阻隔压力传递预防 井漏、避免井壁贴砂减小摩阻、降低失水稳定井壁 等多种功效 ，见表 1 。 表 1 泥饼质量改善剂L N． 1的效果评价 L N． 1 ／ FV ／Y P ／F L ／ 泥饼 ／ 泥饼初始泥饼最大 泥饼 ％ S P a mL ton i 强度 幢 强度 ／ g 状态 5 ％～6 ％ 膨润土 1 ． 0 ％～ 1 ． 5 ％ NH ． HP A N 0 ． 2 ％～0 ． 3 ％K - P AM 1 ． 5 ％～2 ． 5 ％S MP ． 1 1 ． O ％～2 ． 0 ％ S N树脂 O ． 5 ％～ 1 ． O ％泥饼质量 改善剂 L N l 2 ． 0 ％～5 ． 0 ％ F T - 3 4 2 0 ． 0 5 ％～0 ． 1 ％ X C H V 3 ． 0 ％～5 ．0 ％ 液体润滑剂 R H Z Y 1 ．5 ％ ～ 2 ．0 ％ 极压液体润滑剂 H C ． L U B E 1 ．0 ％～1 ．5 ％ 固体润滑剂 J YG R． 1 Na O H 二开斜井段钻井液的主要任务是解决石千峰 组、石盒子组的泥岩垮塌、大斜度井段的井眼净化 和润滑防卡问题。①在定向前 2 0 0 m将体系转型为 聚磺钻井液， 钻至造斜点钻井液性能达到 密度为 1 ． 0 8 ～1 ． 1 0 g ／ c m ，黏度为 4 5 ～5 5 S ，中压滤失量为 5 ． 0 m L ，动切力为4 ～6 P a 。钻进中保持 K ． P A M 的 含量不低于 0 ．3 ％，增强体系的抑制性 ； 增加降滤 失剂和防塌剂加量，使其达到体系流动性允许的最 大量，最大限度地降低滤失，加强封堵防塌能力， 改善滤液性质 ，控制泥岩水化速度 ； 合理调整钻井 液密度，防止压差过大后，加快钻井液滤液侵入破 碎地层而造成地层应力 的改变 ，引发井壁垮塌。钻 至 中途 完 钻前，密度 控制 在 1 ． 1 6 ～ 1 ． 1 8 g ／ c m ，中 压滤失量降为 2 m L ，高温高压滤失量降为 7 mL 。 在起下钻 时控 制速度 ，减少钻具磕 碰井壁 ，造成 硬脆性 地层掉 块。每次起钻 前用 防塌塞 井浆 2 ％F T - 3 4 2封 闭井底 3 0 0 ～5 0 0 m。②在提高排量 的同时调整流变性以满足井眼清洁要求，在大斜度 井段钻井液 黏度控制在 7 0 ～8 0 S ，动切力大 于 1 2 P a ，动塑比大于 0 ．4 P a ／ m P a S ， 读值大于 6 。加 入 0 ．0 5 ％0 ． I ％X C ． H v，改善钻井液的悬浮和携带 能力 ，确保塌落物及 时返出。做好技术划眼和短程 起下钻，破坏并清除岩屑床，保证井眼的畅通。③ 开启四级固控设备，降低固相含量和膨润土含量， 钻 进 中加足具有改善 泥饼 质量功能 的抗 高温降滤 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 9月 失剂 和封堵 防塌剂 S MP 、S N树脂 、F T - 3 4 2 ，以获 得 良好 的基础 泥饼。加入 0 ． 5 ％～1 ． 0 ％L N一 1 ，进 一 步改善泥饼的致密性和韧性。采用固液结合的复合 润滑方 案，根据 附加拉力 和定 向情况 加大 R HZ Y、 HC L U B E和 J YG R 一 1的用 量 ，使泥 饼摩擦 系数 小 于 O ． 0 8 ，提高钻井液的润滑防卡性能。④ 中途完钻 下套 管前分 别用 2 ％ 的塑 料小球 、2 ％F T - 3 4 2封 闭 斜井段 ， 确保下套管作业的顺利。 钻井液性能见表 2 。 表 2 苏 7 6 ． 1 ． 2 0 H井斜井段钻井液性能 3 ． 3三 开 水平段采用改进的 K C 1 聚磺 防塌钻井液 ，配方 如下 。 3 ． 5 ％ 膨 润 土 0 ． 3 ％K ． P AM I ． 5 ％NH 一 HP A N 3 ％S MP 一 1 3 ％抗温抗 盐降滤失剂 WB F 1 0 8 1 ． 0 ％ ～ 2 ． 0 ％S N树 脂 1 ． 0 ％L N． 1 1 0 ％KC I 5 ％F T - 3 4 2 2 ％ 特 制 乳 化 沥 青 T Z L Q 3 ％R HZ Y 0 ． 2 ％XC H V 3 ％ HC． LUBE0． 2％Na OH 3 ． 3 ． 1 KC 1 聚磺防塌钻井液性能评价 1 流变性和造壁性。 取苏7 6 1 2 0 H井现场井浆， 稀释至膨润土含量为 3 0 g m，补充各种材料至 K C1 聚磺 防塌钻 井液配方 的有 效含量 ，加 Na O H调整 p H值 为 9 ～ 1 O ，用 B a S O 调 整密 度 至 1 ． 2 2 g ／ c m ， 测定其性能 ，结果见表 3 。实验结果表 明，KC 1 聚 磺防塌钻井液的流变性和降滤失效果 良好，热稳定 性强 ，能够满足现场要求 。 表 3 K C 1 聚磺防塌钻井液性能 2防塌性能。取苏 2 O ． 1 0 5 H井石盒子组深灰 色泥岩塌块 ，分别用有机盐钻井液和 K C 1 聚磺钻井 液进行岩屑滚动回收率实验，测得滚动回收率分别 为 9 4 ％ 和 9 4 ． 7 ％。实验表 明，KC 1 聚磺防塌钻井液 的回收率与有机盐钻井液基本相 同，具有很强 的抑 制黏土水化膨胀能力，抑制性和防塌能力突出。 3 ． 3 ． 2 现 场 配制 工艺 1 储 备 2 0 m。 1 5 ％膨 润土钻井液 ，充分水化 ， 使用 HV - C MC护胶后 ，备用 。使用前应 做好小 型 实验 ，以保证顺利补入。 2将老 浆稀 释 至膨润 土含量 为 3 ． 5 ％ 约 6 0 m ，按 顺 序依 次加 入 Na O H、F T - 3 4 2 、WB F 1 0 8 、 S N树脂 、S MP 一 1 、NH ． HP AN、K P AM、KC 1 ，再 次用 Na O H调整 p H值到 9 ． 0 。 3 将以上配制好的钻井液充分搅拌后，检测 常温和高温老化后性能 ，并根据性能参数 ，适当调 整膨润土含量 ，重新配制 6 0 m 钻井液 ，然后再适 当调整膨润土含量并重新配制 6 0 m 。 4将 配制好 的 1 8 0 1T I KC 1 聚磺 防塌钻井液在 地面循环调整均匀。 5下钻至井底 ，打人 5 m 清水 隔离液 ，替人 配好 的 KC 1 聚磺防塌钻井液 ，高温循环后测量其性 能 ，如需要经小型实验后适量补人备用 的护胶膨润 土浆，如黏度切力过高，使用 1 0 ％胶液稀释，调 整好性能后进行钻进作业 。 3 ． 3 ． 3 钻 井液性能维护 1 按基本配方配成胶液等浓度维护钻井液性 能。加足降滤失剂和防塌剂，严格控制滤失量，使 全井段的中压滤失量小于 2 ． 5 mL，高温高压滤失量 小 于 8 ． 5 mL ，形成优质致 密泥饼 ，抑制泥岩水化 。 KC 1 采用胶液方式加入 ， 有效含量维持在 8 ％～ 1 0 ％， 利用 的镶嵌固定作用抑制泥岩水化 。 2保持 防塌剂 T Z L Q和 F T - 3 4 2的有效含量不 低 于 3 ％，在井壁上形成 薄膜 ，以封堵破碎性 和水 敏性地层。 3控制钻井液密度为 1 ． 1 6 ～1 ． 1 8 g ／ c m。 ，防止 压差过大后加快钻井液滤液侵入破碎地层 ，造成地 层应力的改变 ，引发井壁垮塌。 4钻进过程 中使用护胶后 的高浓度膨润土浆 、 XC或 KC 1 溶液调整黏度 、切力，使钻井液黏度为 6 0 ～9 5 S ，动切力为 1 2 ～ 1 9 P a ，动塑 比不低于 0 ． 4 P a ／ m P a S ，静切力为 3 ～6 ／ 5 ～1 2 P a ／P a ，既保证钻 井液对井壁有较好的冲刷效果， 防止形成虚厚泥饼 ， 又具有足够的悬浮携带能力 。 5 坚持单根技术划 眼，及 时修整井 壁 ，保 证 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 9卷 第 5 期 王先洲等苏7 6 ． 1 ． 2 0 H井钻井液技术 5 3 井眼光滑、 畅通。 每钻进 7 0 ～9 0 m短程起下钻一次， 短起长短结合 ，避免形成并及时破坏岩屑床 ，确保 垂沉于下井壁的钻屑及时刮起并返 出地 面。下钻增 加打通循环次数 ，及时清除钻头下部积存砂子，确 保井眼清洁。 6K P AM、NH4 一 HP AN、S MP ． 1 、S N树脂、 WB F 1 0 8 、 F T - 3 4 2 合理复配获得良好泥饼， 使用 L N 1 增强泥饼韧性 和致密程度。用孔径为 0 ． 0 9 mm 的筛 布和离心机清除有害固相和被反复碾磨破碎后分散 到钻井液 中的细小颗粒砂子 ，避免形成砂质泥饼 。 7随着水平段 的延伸 、钻具上提 阻力和扭矩 的增大，保持沥青含量高，润滑效果好，作用时问 长的液体润滑剂 T Z L Q和R I - I Z Y的含量为 3 ％～5 ％， 同时复配 H C ． L U B E ，以达到降低井下摩擦阻力及 扭矩的 目的。三开水平段钻井液性能见表 4 。 表 4 水平段 K C 1 聚磺防塌钻井液性能 睬／p | F v t P v | Y P | F L F L ∞ x 。 ／ 1 T I g ／ c m s mP a s P a mL mL 4应 用效 果 1 定 向段 长 8 8 0 1T I ，钻遇石 千峰和石盒子组 泥岩 5 3 3 I T I ，钻进中无憋、跳 、卡和泵压升高现象 ， 没有发现掉块返出，无阻卡现象 ，下套管 、固井施 工J ll 1] 。水平段长 2 8 5 6 I I 1 ，钻遇易塌泥岩 2 0 0 IT I ， 浸泡时间长达 5 3 d ， 多次起下钻和通井无阻卡现象 ， 所有作业过程顺利 。 2钻进中返砂正常 ，未发现短时无返砂现象 ， 起下钻开泵顺利 。 3 全井摩擦阻力系数控制在 0 ．0 4 0 ． 0 7 ， 泥饼 质量 良好 ，无压差卡钻现象 ； 定 向段施工无托压现 象 ，水平段 2 2 0 0 1 T I 以内无托压 ，水平段 2 2 0 0 2 4 0 0 1T I 有轻微托压 ，水平段井深 2 4 1 3 r f l 以后下人 水力振荡器施工正常 ； 钻具上提附加拉力在完钻阶 段一般为 6 ～8 t 。 5 结论 和认 识 1 ． 控制合理 的钻井液密度和较低滤失量 ，并加 强封堵 防塌是防止石千峰组、石盒子组泥岩垮塌的 有效手段。 2 ． 改进的 KC 1 聚磺防塌钻井液 防塌性能 良好 ， 能够解决苏里格地 区泥岩水敏性垮塌和周期性垮塌 的难题。 3 ． 采用单根技术划眼 、 坚持短程起下钻等措施 ， 及时修整井壁， 破坏岩屑床，有利于保持井眼光滑 和畅通 。 4 ． 钻井液 良好的流变性能和较高的动塑 比，保 证了钻井液对井壁有较好的冲刷效果 ，避免形成虚 厚的泥饼 ，同时具有足够的悬浮携带能力 ，满足超 长水平段井眼净化的要求 。 5 ． 优质的泥饼加上合理复配润滑剂，降低摩擦 阻力系数和扭矩，满足了超长水平段的润滑 防托压 要求。 参 考 文 献 [ 1 】 蔡利山， 林永学， 王文立 ． 大位移井钻井液技术综述 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ， 2 7 4 1 - 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