苏北张家垛区块特殊软泥岩钻井液技术.pdf

第 3 0卷 第 5期 2 0 1 3年9月 钻井液与完井液 DRI LL I NG F LUI D COMP LET I ON F L UI D 、 b1 ． 3 0 NO ． 5 S e p t ．2 0 1 3 【 理论研究与应用技术 】 苏北张家垛区块特殊软泥岩钻井液技术 谈士海 ， 陈亮， 王华 华东石油局钻井工程公司，江苏镇江 谈士海等． 苏北张家垛区块特殊软泥岩钻井液技术 [ J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 5 4 3 ． 4 5 ． 摘要 苏北张家垛区块存在高压巨厚软泥岩地层，压力系数达到 1 ． 1 ～1 ． 5 ，盐城组、三垛组和戴南组泥岩 中 黏土矿物总量在 6 0 ％ 以上，钻井液的抑制性偏弱就会出现严重的堵井 口、糊筛布现象，主力油层阜三段地层倾角 为3 5 。 ～7 0 。 ，在油层平行钻进过程轨迹变化大，扭矩和提升阻力大。通过实验分析，将金属两性离子聚合物体系 改为阳离子乳液聚合物体系，并提高钻井液密度到 1 ． 2 0 ～1 ． 4 0 g ／ c m ，控制钠膨润土加量为2 ％～3 ％，同时选用 自 行研制的新型极压减摩剂，其润滑系数降低率在 9 0 ％ 以上，加量为 1 ％～3 ％ 时即能满足大斜度多台阶等特殊工艺 井的需要。该阳离子乳液聚合物钻井液具有合适的钻井液密度、强抑制性、低固相含量以及好的润滑性。张3 - 3 H F 井改用该钻井液后，没有出现任何复杂情况，且每米成本有所下降，表明该钻井液满足该地区的施工要求。 关键词软泥岩 ； 阳离子乳液聚合物钻井液 ； 抑制性 ；固相含量 润滑性 ； 张家垛 区块 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 3 0 5 ． 0 0 4 3 ． 0 3 张家垛区块是 中石化华东局重点开发区块 ，位 于苏北盆地海安 凹陷张家垛 断鼻构造 ，在 2 0世纪 9 O 年代曾经进行勘探， 但由于该地区存在多段其他 区块所没有的巨厚软泥岩 ，地质条件相对复杂 ，当 时的钻井液技术不够成熟 ，勘探被迫中断。2 0 1 1 年 张家垛区块正式开发 ，至今 已经完成了勘探和开发 井 2 0 余 口，并获得了良好的工业油流。开发初期 采用苏北盆地常用的金属两性离子聚合物钻井液钻 井 ，对地层的抑制性不足 ，润滑性也不能满足施工 要求 ，出现一系列复杂情况 。因此在对地质特性进 行分析 的基础上 ，研究形成了新的钻井液技术 [ 1 - 4 ] 。 1 软 泥岩地层 的特点及施 工难 点 1 地层 中泥岩相对较多 ，水敏性强 。该 区块 地层 中，泥岩井段 占全井 的 6 0 ％ 以上 ，其 中三垛 组 占 7 2 ％，阜宁组 占 8 7 ％。盐城组 、三垛组和戴南 组泥岩 中黏土矿物总量在 6 0 ％ 以上 ，水敏性较强 ， 钻井施工过程中造浆严重。钻井液的抑制性若偏弱 就会出现严重的堵井口、糊筛布现象。 2 地层存在 异常高压。盐城组 、三垛 组地层 压力系数达到 1 ． 1 ～ 1 ．4 ，阜宁组地层压力系数达到 1 ． 1 ～ 1 ． 5 ，比苏北盆地任何一个 区域都高。异常高 压不仅造成 了上部软泥岩的缩径 ，同时也造成 了下 部井段的坍塌。苏北盆地除此之外的其他大部分地 区，由于盐城组 、三垛组部分缺失或者发育不完全 ， 地层压力系数普遍较低 ，一般均在 1 ． 1 0以下 。在张 家垛区块施工，若将其他区块的地层压力作为该区 块的压力设计值 ，钻井液液柱压力就不能平衡地层 压力 ，从而造成缩径和垮塌等复杂情况。 3常常 出现起下钻 困难及 托压问题 。张家垛 区块的主力油层为阜三段 ，地层倾角为 3 5 。 ～7 0 。 ， 为了提高油田的开采效率 ，进入油层后钻进轨迹普 遍采用在油层 中平行钻进 的方式 ，然而张家垛区块 较小 ，地层倾角不稳定 ，在施工过程 中，轨迹不断 变化 ，使扭矩和提升阻力大大提高 ，增加 了施工 的 风险。 软泥岩极易分散 ，形成劣质 固相 。另外 ，为 了 平衡地层也需加入较多的加重材料 ，使钻井液中的 固相含量大大提高 ，造成泥饼虚厚。软泥岩井段钻 速较快 ，钻屑较多，吸附在虚泥饼上 ，造成泥饼更 第一作者简介 谈士海， 教授级高级工程师， 1 9 9 0年毕业于成都地质学院石油地质专业， 长期从事石油工程技术管理工作。 地址 江苏省镇江市天桥路 2 2号 ； 邮政编码 2 1 2 0 0 9；电话 0 5 1 1 8 4 4 0 6 0 0 8； E ． ma i l NJ T S H8 9 1 8 1 6 3 ．t o m。 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 3年 9月 加虚厚 ，加大了钻具与井壁的接触面积 ，从而造成 摩阻的大大增加 ，不仅出现了起下钻困难 ，也经常 出现托压问题。若钻井液性能控制不好，钻进至井 深 3 0 0 0 m以后 ，提升阻力可以达到 5 0 t 以上。 2 特殊软泥岩地层 的钻井液对策 处理井下复杂情况必须遵循 “ 预防为主”的原 则 。工程上应选择合理的井身结构 ，充分考虑地层 的岩性特点以及地层压力的变化 ； 定 向轨迹应避免 急增和急降，尽量保证轨迹平滑 ； 钻进时尽量提高 钻井液排量 ，保证携岩效果 。目前 ，工程技术措施 尚不能完全解决软泥岩地层带来 的复杂情况 ，钻井 液技术显得尤为重要。 1 选择合理的钻井液密度 。合理的钻井液密度 是井眼稳定的基础。在张家垛 区块张 1 斜 1 HF 、张 3 斜 1 HF等首批探井中，发现该 区块存在异常高压 后 ，进行 了地层压力方面 的研究 ，发现该区块地层 压力高且分布不均匀 ，盐城组 、三垛组 的钻井液密 度应达到 1 ． 2 0 ～1 ． 3 0 g ／ c m 、阜宁组 的钻井液密度 应提高到 1 _ 3 O ～ 1 ． 4 0 g ／ c m。 才能平衡 地层压力 ，局 部高压区钻井液密度要提高到 1 ． 4 5 ～ 1 ． 5 0 g ／ c m 。 2提高钻井液抑制性能。上部盐城组的软泥 岩地层钻时 陕、返出岩屑多 ，要解决糊筛和岩屑堵 井 口的现象 ，就必须提高钻井液 的抑制性 ，为此将 金属两性离子聚合物体系改换成 阳离子乳液聚合物 体系 ，不仅通过聚合物分子链长 的增加提高包被能 力 ，而且通过阳离子基团的电性作用抑制黏土矿物 的水化膨胀 。不 同体系 的膨胀率实验结果见表 1 。 从表 1 可以看到， 使用阳离子乳液聚合物体系以后， 页岩膨胀率明显降低，若使用清水，3 5 0 m i n 后岩 样膨胀率近 2 2 ％，张 1 斜 1 井使用金属两性离子聚 合物体系 ，岩样膨胀率依然有 2 ． 4 4 ％，张 3 ． 3井使 用阳离子乳液聚合物体系，3 5 0 m i n 后岩样膨胀率 降低到 2 ％ 以下，确保 了施 工安全。从现场也可以 看到 ，返出的岩屑再也没有堵井 口、糊筛现象。进 入阜宁组也不再出现掉块现象。 3降低 固相含量。首先将钠膨 润土加量控制 为 2 ％～3 ％，当黏度 和切力不 足时 ，加入适量 黄 原胶而避免使用钠膨润土 ； 使用好固控设备 ； 当发 现 膨润土含量超 过 6 0 g ／ L后 ，采 取放浆并补充新 浆的办法 降低 固相含量。通 过控制膨润土含量 为 3 0 ～5 0 g ／ L ，泥饼变薄变致密，不仅降低了钻井液 的维护费用 ，而且 随着泥饼的变薄 ，钻具与地层在 斜井段的接触面积减少，降低了摩擦阻力。 表 1 不同体 系的膨胀率实验 体 膨胀t l m m 系 情况 2 5 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 洁 膨胀量／ mm 1 ． 2 0 1 ．7 0 2 ． 2 6 2 ． 7 0 3 ． 0 7 3 ． 4 0 3 ． 7 5 4 ． 1 2 水膨胀率／ ％6 ．4 0 9 ． 0 7 1 2 ． 0 5 1 4 ．4 0 1 6 ． 3 7 1 8 ． 1 3 2 0 ． 0 0 2 1 ． 9 7 优 膨胀量／ mm 0 ．0 4 7 0 ． 1 2 0 0 ． 2 3 7 0 ． 3 7 9 0 ． 4 5 5 O ．4 8 3 0 ． 5 2 1 O ． 5 7 8 糸 1膨胀率／ ％0 ． 2 O O ． 5 0 1 ． 0 0 1 ． 6 0 1 ． 9 2 2 ． 0 4 2 ． 2 0 2．4 4 体膨胀量／ m m 0 0 ． 0 2 0 0 ． 0 6 8 0 ． 1 3 6 0 ． 2 0 3 0 ．2 6 9 0 ． 3 3 7 0 4 1 8 系 2 膨胀率／ ％0 0 ．1 0 O ． 3 0 0 ． 6 0 0 ． 9 0 1 ． 1 9 1 ．49 1 ． 8 5 注 体系 1 为金属两性离子聚合物钻井液 膨润土浆 0 ． 3 ％P MHA 1 ％～ 1 ． 5 ％ OS AMK 1 ％～ 1 ． 5 ％ F T - l 0 ． 5 ％S F l 5 0 2 ％～5 ％ 乳化石蜡 加重材料 ； 体系 2为阳 离子乳液聚合物体系 膨润土浆 O ． 3 ％D S ． 3 0 1 0 ． 5 ％DS 一 3 0 2 1 ％O S A MK 1 ％F T _ 1 2 ％～3 ％ 极压减摩剂 加重材料。 4选择高效 的润滑剂。张家垛区块 由于油藏 小 ，施工井大多为定向井 ，为了达到地质要求 ，在 钻进过程中需要不断调整井眼轨迹 ， 造成多个台阶 ， 使摩阻大大提高。另外 ，软泥岩的存在 ，使得钻具 与井 壁间从线接触 变为面接触 ，在定 向井 中，造 成了一定 的 “ 托压” ，张家垛 区块 的井井深一般在 4 0 0 0 1 T I 左 右，提升摩 阻可以达 到 5 0 ～6 0 t ，大 大 增加 了钻井风险。为 了降低摩阻 ，研制 出了一种新 的润滑剂极压减摩剂 ，该润滑剂为有机钼与优 质基础油配制而成的混合物。极压减摩剂中的有机 钼可 以在钻具表面形成极压膜 ，使得钻具与泥饼 的 摩擦阻力大大降低。几种润滑剂的润滑性能见表 2 。 表 2 几种润滑剂的润滑性 能对 比 注 基浆为清水 5 ％二级膨润土 0 ．4 ％纯碱 1 ． 5 ％润 滑剂 。 极压润滑剂对淡水钻井 液性能的影 响见表 3 ， 其抗温性能见表 4 。从表 2 、表 3 和表 4 可以看出， 极压减摩剂的润滑性能明显优于其他润滑剂 ； 极压 减摩剂加量 达到 0 ． 5 ％ 时 ，就有 很好 的润 滑性 能 ， 加量增加 ，效果略有增加 ；随着温度的升高，泥饼 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0 卷 第5 期 谈士海等苏北张家垛区块特殊软泥岩钻井液技术 4 5 的黏附系数略有增加，而极压润滑系数反而下降， 表明极压减摩剂有 良好的抗温能力。在现场极压减 摩剂 的加量一般为 1 ％～3 ％，提升摩阻可以控制在 2 0t 以内，保证 了施工的安全。 表 3 极压减磨剂在淡水钻井液中的润滑性能 注 基浆为 5 ％二级膨润土 0 ． 4 ％纯碱 清水。 表 4 极压减磨剂的抗温性评价 注 基浆为 4 ％膨润土 1 ％极压减摩剂。 3现 场 应 用及 效 果 3 ． 1 钻井液技术 钻井液技术如下 ，性能见表 5 。①钻遇软泥岩 地层 时，降低钻井液的黏度和切力 ，保持漏斗黏度 在 4 0 S 左右 ，控制动 塑 比在 0 ． 3 5 P a ／ mP a S以上 ， 并尽可能提高钻井液的排量。 ②根据地层压力变化 ， 及 时调整钻井液密度 。③适 当增加抑制剂加量 ，根 据岩屑返出情况，及时进行补充。④软泥岩中间夹 杂一些砂岩层段 ，部分存在漏失情况 ，应及时补充 随钻堵漏剂 ， 一般加入 0 ． 5 ％～ 1 ％单 向压力封闭剂。 ⑤在垛一段钻遇石膏时应及时提高 p H值 9 ～1 0 ， 并加入适量纯碱消除石膏对钻井液的影 响。⑥定 向 造斜常常在三垛组 的软泥岩层段 ，会 出现工具面摇 摆 以及 “ 托压”现象 ，控制 固相含量 ，并适 当加人 极压减摩剂。⑦阜宁组泥岩逐渐转变成硬脆性，应 加入 1 ％沥青类处理剂增加封堵，提高防塌能力。 ⑧井深 4 0 0 0 m处井温将达到 1 2 0 o C，应提高钻井 液 的抗高温性能。 3 ． 2 效果对比 张 1 斜 1 HF井 和张 3 - 3 HF井同属 张家垛 区块 ， 直线距离大约 3 0 0 0 m，2口井为 同一钻井 队施工 ， 钻机和固控设备完全一致。张 1 斜 1 H F井为张家垛 区块首 口探井，由于使用抑制性较弱的金属两性离 子聚合物钻井液 ， 且在施工过程中出现了划出新眼、 报废进尺的事故 。在张 3 - 3 H F井改用 阳离子乳液聚 合物钻井液 ，及 时控制好钻井液的密度 、固相 以及 滤失量等性能 ，在施工难度大大提高的情况下 ，没 有出现任何复杂情况 ，且每米成本有所下降 ，因此 阳离子乳液聚合物钻井液满足该地区的施工要求。 表 5 张 3 - 3 HF井阳离子乳液聚合物钻井液性能 地 层 g F V ／ 一 PV ／ ⋯ Y P ／ F 札 L ／ 盐城组 1 ． 1 0 ～1 ． 2 0 3 8 44 5 8 ～1 6 4 ～8 1 ／ 3 3 ／ 1 081 0 三垛组1 ． 2 0 ～1 ． 3 0 4 0 4 5 1 2 ～1 8 5 ～9 2 ／ 4 3 ／ 1 061 4 戴南组 1 ． 2 4 ～1 ． 3 2 5 0 1 4 ～1 8 5 ～1 0 2 ／ 4 3 ／ 1 051 6 阜宁组 1 ． 2 8 ～1 ． 4 0 5 0 6 0 1 6 2 2 7 ～1 4 2 ／ 5 3 ／ 1 251 8 4认 识 与 结论 1 ． 对盐城组 、三垛组 的软泥岩 ，应提高钻井液 抑制性 ，并平衡好地层压力 ； 对阜宁组中出现 的硬 脆性泥岩，还应做好封堵防塌工作。阳离子乳液聚 合物钻井液能够满足该区块 的施工要求。 2 ． 由于油藏小、定向井轨迹不断变化 、摩阻非 常大 ，传统润滑剂已经不能满足现场施工需要 ，极 压减摩剂 的润滑系数降低率可以达到 9 0 ％ 以上 ，加 量为 1 ％～3 ％时可以满足大斜度多台阶等特殊工艺 井的需要 。 3 ． 在定向、水平井中，应控制 固相含量 ，控制 膨润土含量在 5 0 g ／ L以下较为合理。 参 考 文 献 [ 1 ] 范先祥，夏景刚，王凤雨 ． 苏北探区海安区块钻井液技 术 [ J ] l 钻井液与完井液，2 0 1 0 ， 2 7 5 7 9 ． 8 0 ． [ 2 】 张岩，吴彬，向兴全，等 ． B Z 2 5 ． 1 油 田软泥页岩井壁 稳定机理及其应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 9 ， 2 6 3 2 0． 2 2．． [ 3 ] 艾贵成，梁志印，赵雷青，等 ． 软泥岩钻井液技术探讨 [ J ] ． 西部探矿工程，2 0 0 9 4 1 1 0 1 1 2 ． [ 4 ] 薛玉志 ． 胜科 1 井三开钻遇软泥岩钻井液技术 [ J 】 ． 钻井 液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 4 1 ． 4 ． 收稿E ／ 期2 0 1 3 ． 0 2 ． 2 0 ；H GF 1 3 0 5 N；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m