塔河油田GK1H水平井钻井液技术.pdf

第 2 5卷 第 1期 2 0 0 8年 1月 钻 井液与 完 井液 DRI LL I NG FL UI D 8 L COMPL ETI ON FLUI D Vo 1 ．2 5 NO ．1 J a n u ．2 0 0 8 文章编号 l O O l 一 5 6 2 0 2 0 0 8 O l 一 0 0 4 7 0 3 塔河油 田 GK1 H水平井钻 井液技术 谢海龙 中国石化 西北分公 司工程监督 中心 ， 新疆库尔勒 摘要 G K1 H 开发 水平 井属塔河 南 2号 三叠 系孔 隙型砂岩 油藏 构造。该 井完钻 井深 为 4 6 3 9 m， 水平段 长 2 6 0 ． 9 3 m。结合地质地层条件 ， 该 井采用聚磺混油防塌钻 井液， 通 过对 水平井钻 井液 的携岩 洗井 、 井壁稳定 、 减 阻 防卡、 保护油气层等关键技术进行强化 ， 使润滑性 、 造壁 性和抑制性达到协调统一， 加 强严 封堵 强抑制， 使用 适 当的 钻井液密度 以及合理 的高效保 护油气层技术措施 ， 使钻 井施 工中钻井液性能优 良， 取得 了良好的施工效果。 关键词 聚磺混油 防塌钻井液 防止地层损害 井眼稳定 井眼净化 水平井钻 井 塔河油田 中圈分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 1 地 质 工程 概 况 塔河油 田 G K1 H 水 平 井 自上 而 下 钻 遇 的 地 层 为 第四系， 第三系的库车组、 康村组 、 吉迪克组、 苏维 依组 ， 白垩 系的卡普沙 良组 ， 侏 罗 系和三叠 系 ， 目的层 为三叠系。第 四系地层胶结疏松， 渗透性漏失及井塌 现象较为严重。库车组和康村组地层成岩性较差， 泥 岩水 敏性 强 ， 砂岩 胶结 疏松 、 钻速 快 ， 钻 屑 易分散 ， 极 易造成钻井 液 固相 污染 、 泥岩水 化膨 胀 缩径 、 砂 岩 厚 泥饼缩径 。吉迪 克组地层 含膏 ， 应注意 防止钻井 液发 生膏侵。白垩系砂岩渗透性好 ， 易形成厚泥饼缩径。 侏罗系和三叠系地层易剥落、 掉块、 坍塌。 G KI H 井井 身结 构 为 6 6 0 ． 4 m钻 头 x 5 0 8 m导 管 0 ～5 0 m ； 4 4 4 ． 5 F n l -n钻 头 x 3 3 9 ． 7 F n l- n 套管 5 0 5 0 0 m ； 3 1 1 ． 2 m钻头 x 2 4 4 ． 5 m套 管 5 0 0 3 3 0 0 m ； 2 1 5 ． 9 m钻头 x 1 7 7 ． 8 m 1 3 9 ． 7 m m 复合 套管 3 3 0 0 4 6 3 9 m ， 直 导眼钻 至 井深 4 1 9 9 m后回填， 侧钻点井深为 3 8 7 2 ． 3 m。 2钻 井 液技 术 2 ． 1 一开 该井段 采 用 膨润 土一 聚合 物 钻 井 液 。该 地 层 胶 结松散 ， 成岩性较差 ， 泥岩易吸水膨胀 ， 砂岩渗透性 好 ， 极易形成虚厚泥饼 ， 导致井眼缩径 。加上机械钻 速高， 钻屑在钻井液 中极易分散而造成 固相 污染。 在钻进过程中要大量补充胶液以维护钻井液量 ， 强 化四级 固控设备 的使用 ， 将无用固相控制在 3 ％以 内， 此外 ， 要求钻井液具有较强的造壁护壁性和良好 的携 岩能 力 。开钻前用 淡水配制 2 0 0 m。 基浆并水化 2 4 h ， 然 后 配 制 胶 液 ， 加 入 0 ． 2 Na OH 和 0 ． 2 K P AM 或 K P AN， 在 罐 内将 胶 液 和膨 润 土浆 充 分混 合 ， 调整性能 ， 使黏度在 7 0 S 左右 。基浆配方如下 。 1 0 膨 润土 0 ． 3 Na C O 。 0 ． 1 Na OH 0 ． 2 ％H CMC ① 开 钻后 及 时补 充胶 液 ， 以维护 钻井 液性 能 和 钻井液 量 ， 在 钻进 过程 中维 持 高 分 子量 聚 合物 浓 度 在 0 ． 3 以上 。混 合胶 液配方 如下 。 现 场水0 ． 5 NH P A N0 ． 2 5 K P A M0 ． 2 C MC N a OH 调节 p H值 ② 钻进 过程 中使 用双 泵大 排 量循 环 钻井 液 ， 以 满 足携 岩要求及 时清洗 井底 。③适 当地提 高钻井 液 的黏度 和切力 ， 确保 了钻 井 液 的携 岩 能 力 和造 壁 护 壁性 。④ 为防 止 阻 卡 ， 要 求 每 钻 进 2 0 0 ～ 3 0 0 m 短 程起 下钻拉 井壁 一 次 。⑤ 为 防止 黏卡 ， 加 入 足 量 的 润滑 剂 ， 使 钻 井 液 具 有 良好 的 润 滑 性 。 为 确 保 3 3 9 ． 7 mm 套 管顺 利下 入 ， 钻完 井深后 大排 量循环 钻井 液洗井 2周 ， 调 整 好 钻井 液性 能 ， 使 AP I 滤 失 量小 于 1 0 mL， 塑性 黏度 为 1 0 ～ 2 0 mP a S ， 动切 力 为 4 ～ 1 0 P a ， 静 切 力 为 1 ～3 ／ 3 ～ 6 P a ／ P a ， p H 值为 8 ～9 ， 膨润土含量为 5 0 ～6 0 g ／ L， 固相含量小 于 1 2 ， 含砂 量小 于 0 ． 5 ， 泥饼 厚度不 大于 1 mm。 用稠膨润土浆将井 内清洗干净 ， 同时控制合适的钻 井液密度， 黏度不低 于 7 0 S 。按要求及时灌浆防止 井壁坍塌 ， 确保井跟畅通无阻。 第一作者简介 谢 海龙， 助理工程师，1 9 8 2年生， 2 0 0 5年毕 业于 西南石油 大学油气 田应用化学专 业； 现在 西北分公 司工 程监督中心从事泥浆监督工作。邮政 编码 8 4 1 6 0 0 ； 电话 1 3 5 6 5 7 5 6 9 6 O ／ O 9 9 6 4 6 8 8 7 4 1 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 1月 2 ． 2二 开 采用 聚合 物钻 井液 。该井段 上 部钻 遇上 第 三系 的库车组和康村组地层， 岩性主要为砂岩， 地层渗透 性较好 ， 极 易形成厚泥饼 造成起 下钻 困难 。该井段 要 严 格控制钻井液 固相含量 ， 将钻井液 的无 用 固相 含量 控制在 4 O／ ／oo ～ 6 范 围 内 ， 保 证低 固相 、 低密 度 钻 进 。 下部钻遇吉迪 克组和苏维依组地层 ， 吉迪 克组上 部主 要 以泥岩为主， 夹少量 石膏 ， 下部 以泥砂 岩为主 ， 砂岩 段极 易形成 虚 假泥 饼 而 导致 缩 径 ， 泥 岩段 易 吸水 膨 胀 ， 从而造成井 内复杂情况 。在钻进 过程 中用纯碱 适 当提高钻井液的 p H值， 确保膏侵时钻井液性能不会 发生大 的波 动 ， 用 D B F - 2 、 K P A M 和 A T一 1 保 证 钻 井 液具有包被 与抑 制能 力 ， 又 可降低 滤 失量 ， 形成 良好 的泥饼 ， 加入 0 ． 2 的 R H一 4 ， 防止钻 头泥 包 。 1 钻井液 工艺 。①净化 一开井浆 ， 用聚合 物胶液 稀释调整性能达 到二开钻进指标 。胶 液配方如下 。 0 ．1 5 ～ 0 ．2 Na OH 0 ．2 ～ 0 ．3 D B F - 2与 AT - 1复配 0 ． 4 ～ 0 ． 5 J MP 一 1 0 ． 1 KPAM十水 ② 以细水 长 流 的方 式及 时补 充胶 液 ， 保 证 包 被 剂含 量和钻井 液 循 环量 ； 定 期 定量 补 充 预 水化 的膨 润土浆 ， 保持钻 井 液 有一 定 的 黏度 和 切 力 以及 有 用 的膨 润土含量 ， 并 具 有一 定 的护 壁造 壁 性 。③ 进 入 吉迪克 组泥岩段 地层前 ， 及 时 补充 0 ． 3 R H一 4清 洁 剂 ， 防止 钻头 泥包 。④ 在 该 井段 下 部适 当提 高 钻 井 液黏度 和切力 ， 防止 岩屑 不 能及 时返 离 井底 而 产 生 重复机 械破碎 ； 降低钻井 液滤失 量 小 于 7 mL 。为 了确保 2 4 4 ． 5 mm 套 管顺 利 下 入 ， 下 套 管 前 加 入 0 ． 2 ％左右的液体润滑剂 如 RH 系列 增强钻井液 的润滑性 。⑤加 强 检测 ， 采 用滴 钙 的 方法 确 定 钙 离 子浓度 ， 如有 钙污 染 后立 即加 入适 量 纯 碱 除 钙 。井 深 1 5 0 0 r n后 ， 加 入 GL A 等 沥青 类 防 塌 剂 及 润 滑 剂 ， 改善 泥饼质 量 ， 增强 钻井液 的润滑性 。 2 提 高钻井 液的抑制 性 。该 井段 重点 是 提高钻 井液抑制性 ， 抑制 泥岩水化膨胀 ， 降低钻井 液滤 失 量 ， 确 保形成 薄而 韧的泥 饼 。 ①控制高分子量包被抑制剂 D B F 一 2和 AT 一 1 加 量 为 0 ． 3 ～0 ． 5 。② 由于 该 井段 井 眼大 ， 岩 屑量 多 ， 必须确 保 四级 固控 设 备 高效 使 用 ， 以振 动 筛 为 主 ， 除泥除砂器为辅 ， 配合离心机控制 固相含量在设 计范 围 内。③ 钻进过 程 中确保 大排 量 4 0 ～5 0 L ／ s 高效 冲刷井壁 ， 缩短岩 屑从井 底 返到地 面 的 时间 ， 减 少钻屑 在钻井 液 中因浸泡 时间过 长而 分散 破碎 的 可 能性 ， 避免 重复机 械破碎 ， 提高 钻井 速度 。在满 足携 岩的要求下尽量控制较低 的黏度和切力， 有利于冲 刷井 壁 ， 使 钻屑 不易 黏 附 到 井壁 上 。④ 该 井 段砂 岩 地层渗 透性 强 ， 井壁 上易形 成较厚 的虚假泥 饼 ， 吉迪 克组地 层易 吸水 膨 胀 而导 致缩 径 ， 起 下 钻 过 程 中易 引起遇 阻卡 钻 。为避 免 井 壁上 的堆 积 物过 多 ， 井 眼 变小 ， 造 成 阻 卡及 卡 钻 事故 发 生 ， 每 钻 进 2 0 0 ～ 3 0 0 r n短程起 下钻一 次 。 2 ． 3 三开直 导眼段 采用聚磺 防塌钻井液 。该井段钻遇 白垩系和侏罗 系地层 的泥岩和砂岩易水化膨胀 ， 缩径 ， 造成下钻遇阻； 三叠系地层 的硬脆泥页岩易 吸水膨胀 、 剥蚀掉块 ， 井眼 坍塌严重 ， 极易形成糖葫芦井眼 ， 应强化防塌措施。 ①防止地层坍塌 、 掉块。在保证 防塌 的同时， 加 入 足量 的降滤失 剂 。从井 深 3 3 0 0 r n将 井浆 转化为 聚磺 防塌 钻井 液 。在 钻井 液 中一 次性 先 补 充 2 抗 高温抗盐 稳定剂 MC 一 1与 S P NH 复 配 和 3 ～4 防塌处 理 剂 HF T - 3 0 1 、 WF T 一 6 6 6及 GL A 复 配 。 井 深 3 5 0 0 r n后逐 步使用 和增加 S P NH 的加 量 。② 钻进 过程 中继续 补 充 混合 胶 液 ， 以补 充钻 井 液 中聚 合 物浓度 ， 维护各 项性 能 。 昆 合 胶 液配方如 下 。 水 0 ．2 Na OH 2 ～ 3 HF T- 3 0 1 、 WF T 一 6 6 6及 GL A 复 配 3 ～ 5 S MP - 1 3 ～ 5 S PNH 0 ． 2 M C一 1 ③钻 至该井段 下部加 大 防塌 剂及 润 滑剂 1 左 右 的加 量 ， 使 泥饼 黏滞 系数 小 于 0 ． 0 8 ， 防止压 差卡 钻 ， 为电测及 下套 管做 好 准备 。④进 入 油 层 前使 用 油保 加重 剂 Qs - 2和 B Y J 一 1 ， 适 当加入 屏蔽 剂 P B - 1 ， 防止 油层污染 。⑤调 整 钻 井 液 的流 变 性 ， 使 钻 井 液 具有 良好 的携带 和 悬 浮钻 屑 的 能 力 ， 同时用 Na OH 调整钻 井液 的 p H 值 在 8 ． 5 ～9 ． 5之 间。 2 ． 4 三开定向井段 采 用 聚磺 混 油 防 卡 钻 井 液 。该 井段 为 油 气 层 段 ， 三叠系泥页岩地层易吸水膨胀 、 剥落、 掉块 ， 坍塌 严重 ， 在 钻进 过程 中应 提 高钻 井 液 质 量 ， 防 止井 漏 、 井涌 和井喷 ， 强化井 控和油 气层保 护 。另 外 ， 由于 随 着水平位移及斜井段的逐渐加长 ， 携岩比较困难， 易 出现岩 屑床 ， 引起 卡钻及 起 下 钻 不 畅通 等 井 下复 杂 情况 ， 因此要 及时 补充混 油防卡胶 液 ， 使原 油含 量保 持为 8 ～1 0 ， 保证钻井液的携岩性能和润滑性 能 。同时尽量 缩 短钻 具 在 井 下 的静 止 时 间 ， 配 合工 程措施 ， 有效地 清 除 岩 屑 ， 保 证 井 眼畅 通 ， 必 要 时 可 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 1期 谢 海龙 塔 河油 田 GK1 H 水平 井钻 井液技 术 4 9 配制 部分稠 浆 间断清扫 井眼 。 2 ． 4 ． 1 现 场钻 井液工 艺 ①在造斜前将钻井液进行 转型 和调整 ， 保证 钻井 液具有 良好的润滑性能， 使泥饼摩擦系数小于 0 ． 0 6 。 一 次性加 入 5 9 ／ 5 左 右 的原 油 及 0 ． 2 ～ 0 ． 3 S P - 8 0 。 将原油与乳化剂搅拌 均匀后 以胶 液形式 加入 井浆 ， 并 随着井深增加逐步增加 原油含量 ， 至 A点前 使原油 的 浓度达到 8 ～1 O 9 ／ 5 。②进入易塌层前 ， 按设计要求 加入足量的防塌剂和降滤失剂， 提高钻井液的防塌性 能 。③钻遇水平段 时应加 入足够 的油气层 保 护材料 ， 保持屏蔽暂 堵剂 的有 效 含量 达到 1 ～2 ， Q S - 2和 B Y J 一 1 达 到 3 ～ 4 。利 用 沥 青 类 材 料 G L A 或 F HT - 3 0 1 、 暂堵剂 Q S - 2 或 B Y J 一 1 、 P B - 1 进行屏蔽暂 堵协 同保护油气层 。④加 强钻井 液性 能检测 ， 防止钻 井液气侵 ， 同时为 防止 油气层 井喷 ， 储 备 1 0 0 m3 高 于 井浆密度 0 ． 1 5 ～O ． 2 0 g ／ c m 3的钻井液备用。⑤配合 工程措施 ， 及时进行短程 起下钻 ， 防止岩 屑床 的形 成 ， 保证井 眼畅通 。⑥ 调整钻 井液 的流变性 ， 使钻井 液具 有 良好 的携 带 和悬浮 钻 屑 的能力 。完井 作业 前调 整 好钻井液性能， 彻底清洗井眼， 保证电测、 下套管固井 施工作业安全顺利 ， 一次 成功。 2 ． 4 ． 2水 平段技 术措施 1 降低 摩阻 。为 了克 服钻具 与井 壁 之间存 在 摩 擦力 的障碍 ， 防止 发 生 阻 卡 、 断钻 具 等 井 下 事故 ； ① 混原油使钻井液与钻具摩擦力降到最小 ， 提高钻井 液 的润滑性 ， 减小钻 具与井 壁 的摩擦 力 ； ②保 持致 密 光滑的泥饼质量 ， 采用适度絮凝的办法， 同时结合屏 蔽暂 堵技术 改善 泥 饼质 量 ； ③ 采 取 液体 润 滑 剂 与 固 体润滑剂配合使用 ， 降低起下钻摩阻及钻进扭矩 ； ④ 在 电测下套 管 等作 业前 向井 内注入 稠 塞 清 扫井 眼 ， 同时加入适 当 的玻 璃微 珠 或塑 料 小 球 ， 减 小 井 壁 与钻 具 的摩 擦力 ， 保 证 了水 平井作 业 的正常进 行 。 2 井 眼稳定技术 。针 对三叠 系 阿克库 勒组 深 灰 色水敏性 泥岩 的垮 塌 ， 采取 以下 技术措 施 ①增 强 钻 井液 的抑制性 和屏 蔽 防 塌能 力 ， 快 速有 效 地 形 成 致 密 、 低 渗透 的泥饼 ， 强 化封 堵 能 力 ， 保 持 良好 的泥 饼 质量及较低 的滤失 量 。② 保 持 良好 的剪 切 稀 释性 ， 减少对地层 的 浸泡 时 间 ， 避 开地 层 垮 塌 周期 。③ 在 裸眼段起下钻过程中缓慢开泵 ， 小排量循环， 避免 由 于抽 吸与压 力激动而 造成 井壁 失稳 。④尽 量减 少 起 下钻 次数 ， 避 免对 井壁 的频繁撞 击而导致 井壁 失稳 。 3 携 岩 与 井 眼 净 化 技 术 。针 对 四 开 水 平 段 咖2 1 5 ． 9 i n l n井 眼钻 进 过 程 中携 岩 与井 眼净 化 的 难 题 ， 通过采取 以下技 术措 施 ， 基 本上 满足 了携岩 的要 求 ， 使施工顺 利 。①调 整钻 井液 流 变性 ， 在保 持 钻井 液有适当黏度和切力的前提下 ， 提高动塑 比大于 0 ． 5 P a ／ mP a s ， 增 强携岩能力 ； 适当增加排量 ， 保 持钻井液 具有较 高的上返速度 ， 为携岩 提供条 件 。②严 格执行 短程起下钻 措施 ， 拉通井 眼， 以减少 岩屑床 的形 成 ； 同 时在 每次起 钻前充分循环洗井 ， 携 带 出钻 进 时滞 留在 井 眼内的钻 屑 。③使用细 目筛布 ， 及 时去 除钻屑 。④ 保持紊流， 有利于净化井眼， 适当的触变性利于携砂。 ⑤打入足量 的高黏度钻井液段塞 ， 将钻屑带 出井 眼。 2 ． 5 储层保护 水平井 由于油层暴 露面积 及与 钻井 液 的接触 面 积大 ， 一旦受 到 污染将会 很严重 ， 为 此现 场采 取 了一 系列 储层保 护 的技 术措施 。① 在钻井 施 工 中控制 起 下钻速度 ， 避免压力激动， 减小油气层 内部黏土颗粒 运移 ， 导致堵 塞 。② 将 钻 井 液 AP I 滤 失 量 控 制在 5 mL以 内， 高温高 压滤 失量 控制在 1 2 mL以内 ， 保 证 了泥 饼质 量 ， 减 少 钻井 液 滤 液 和 固相 颗 粒对 油 层 的 损害 。③钻 开油 气层 前 ， 加 入屏 蔽 暂堵 剂 封 堵 油 气 层 ， 保证渗透率恢 复值达到 8 5 以上 ， 并强化固控 措施 ， 遏制钻井液密度大起大落， 做到压而不死， 活 而不 喷 ， 防止 了漏 失 。 3 结 论 与认 识 1 ． GK 1 H 井用 的聚磺 混 油 防卡钻 井 液具 有较 强 的防塌能力 、 井 眼净化 能 力和 润滑 防卡 能力 ， 满足 了 该地 区垂深 4 0 0 0 m 以内水平 井钻井的需要 。在此基 础上配合 使 用 屏 蔽暂 堵 技 术 能很 好 地 保 护 油气 层 。 G K1 H井完井后 日产原油 3 O余 t ， 实现了钻探 目的。 2 ． 水 平井 钻 井 液 需 要 有 完 善 的 固 控 设 备 做 保 障 ， 特 别是 离心机 ， 其作用 非常 重要 。 3 ．现场实 践表 明 ， 聚磺 混油 防塌 钻 井 液技 术 能 保证井下安全， 降低成本 ， 实现了塔河油 田水平井高 效开 发 的 目标 ， 取 得 了很 好 的开 发效果 和经 济效益 。 4 ． 在 保证 钻 井 液 满 足 井 眼 轨 迹 控 制 所 需 造 斜 率的要求条件下， 尽量采用转动钻进 复合钻进 方 式 ， 有 效地 提 高 了 井 眼轨 迹 的 圆 滑 度 ， 破 坏 了 岩 屑 床 ， 提高了井眼的清洁度。 5 ． 通 过对 钻 井 液 动 塑 比 的适 当 调 整 和 钻 井 液 技术 措施 的强 化 ， 应 用 聚 磺混 油 钻 井 液较 好 地 满 足 了复 合井 眼的携 岩要求 ， 保证 了井下安 全 。 收稿 日期 2 0 0 7 0 7 1 3 ； HG F 一0 8 1 A 9 ； 编 辑 张炳芹 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m