元坝103H超深井水平段钻井液技术.pdf

第 3 4卷 第 6期 2 0 1 2年 1 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PR0DUCT1 0N TECHNOLOGY Vo 1 ． 3 4 No ． 6 NO V ．2 01 2 文章编号 1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 2 0 6 0 0 2 8 0 5 元坝 1 0 3 H超深井水平段钻井液技术 宋兆辉 1 ． 中国石化石油工程技 术研 究院 ， 北京 李 舟军 薛 玉志 杨 庆 叙 1 0 0 1 0 1 2 ． 中原石油勘探局钻井s - q， 河南兰考4 7 5 3 0 0 引用格式宋兆辉， 李舟军， 薛玉志， 等 ． 元坝 1 0 3 H超深井水平段钻井液技术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 6 2 8 - 3 2 ． 摘要元坝 1 0 3 H井是四川盆地川 东巴中低缓构造带的一口重点超深水平井。为满足元坝 1 0 3 H井五开水平段施工， 室 内对护胶剂、 降滤失剂和润滑剂进行了评价优选， 在此基础上形成了聚合物钻井液体系， 并进行了综合性能评价。元坝 1 0 3 H 井五开水平段施工过程 中， 钻井液的密度选择合适， 能够降低黏附卡钻的风险， 保证井控安全；钻井液的膨润土含量维持在 2 ％ ～ 2 ．5 ％之间， 体 系抗温性能稳定；固、 液高效润滑剂的协同作用， 保证了体 系良好的润滑性和钻进过程中的低摩阻；钻井液 处于弱紊流的流型， 有效解决了低排量下大环空的井眼清洁问题。现场应用结果表明， 该聚合物钻井液体系综合性能稳定， 抗 温、 抗污染和润滑效果显著， 能够满足四川元坝地区超深井水平段的钻井需要。 关键词超深水平井；聚合物钻井液；抗温性；高效润滑剂 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识 码 A Dr i l l i ng fl ui d t e c h no l o g y f o r h o r i z o n t a l s e c t i o n o f ul t r a - de e p we l l Yua nba 1 0 3 H S O N G Z h a 0 h u i ， L I Z h 0 u j u n ， X U E Y u z h i ， Y A N G Q in g x u 2 1 ． S i n o p e c R e s e a r c h I n s t i t u t e o fP e t r o l e u m E n g i n e e r i n g ， B e ij i n g 1 0 0 1 0 1 ， C h in a ； 2 ． S i n o p e c Z h o n g y u a n P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n B u r e a u Dr i l l i n g C o m p a n y No ． 3 ， L a n k a o 4 7 5 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t W e l l Y u a n b a 1 0 3 H， l o c a t e d i n Ba z h o n g s t r u c t u r e o f e a s t e r n S i c h u a n b a s i n ， i s a d e mo n s t r a t i o n u l t r a 。 d e e p h o r i z o n t a l we l l d e p l o y e d b y S i n o p e c S o u t h We s t e r n Br a n c h ． Co l l o i d s t a b i l i z e r s ， fi l t r a t i o n c o n t r o l a g e n t s a n d l u b r i c a n t s we r e e v a l u a t e d a n d s e l e c t e d i n l a b s ， a n d a t y p e o f p o l y me r d r i l l i n g fl u i d i s d e v e l o p e d ． Th r o u g h o u t t h e fi fth i n t e r v a l o f h o r i z o n t a l s e c t i o n d r i l l i n g i n W e l l Y u a n b a 1 0 3 H， t h e d r i l l i n g fl u i d k e p t wo r k i n g s mo o t h ， o wi n g t o 1 a p p r o p r i a t e d e n s i t y l o we r e d t h e r i s k o f p i p e s t i c k i n g ； 2 MB T b e t we e n 2 ％ a n d 2 ． 5 ％ g u a r a n t e e d t h e h i g h t e m p e r a t u r e s t a b i l i t y ； 3 s y n e r g y o f e ffic i e n t l u b r i c a n t s r e n d e r e d t h e mu d w i t h g o o d l u b r i c i t y ； 4 we a k tur b u l e n t fl o w p a t t e m k e p t t h e h o l e c l e a n i n a n n u l a r s p a c e wi t h l a r g e s i z e a n d l o w fl o w r a t e ． Ap p l i c a t i o n r e s u l t s s h o we d t h a t ， t h i s p o l y m e r dr i l l i n g fl u i d s y s t e m h a s g o o d t e mp e r a tu r e r e s i s t a n c e ， c o n t a mi n a t i o n t o l e r a n c e a n d l u b r i c a n t e ffe c t s ． Ke y wo r d s u l t r a d e e p h o r i z o n t a l we l l ； p o l y me r d r i l l i n g fl u i d ； t e mp e r a tur e r e s i s t a n c e ； e ffic i e n t l u b r i c a n t 元 坝 1 0 3 H井位于 四川省 阆 中市方 山乡 6村 5 组 。 五开水平段完钻井深 7 7 2 9 ． 8 1T I ， 垂深 6 7 2 7 ． 6 m， 最大井斜角达 9 3 ． 5 2 。 ， 最大水平位移达 1 1 3 3 ． 3 9 m， 井段轨迹变化大。 钻井液施工存在易发生压差卡钻、 井底温度高、 润滑降阻要求高和大环空内携岩困难 等问题 。 对收集的国内外增黏护胶剂、 抗高温降滤失 剂和润滑剂进行了室内评价， 优选得到的处理剂抗 温性均超过 1 6 0℃。经配方优化， 得到的钻井液体 系抗温达 1 6 0℃， 满足超深井施工要求；动塑比 0 ．3 8 ～ 0 ．4 5 ， 满足定向、 水平段携岩要求；润滑性能 好， 利于减小井下摩阻， 保证施工安全。现场施工过 程中， 通过选择合适的钻井液密度窗口， 降低黏附卡 钻的风险， 保证了井控安全；通过控制膨润土含量 在 2 ％ - 2 ．5 ％之间， 保证了体系抗温性能稳定；通过 高效润滑剂的协同作用， 保证了体系良好的润滑性 基金项 目中国石化股份公司科技开发部课题 “ 元坝超深水平井钻完井配套技术研究” 编号P 1 1 0 5 4 。 作者简介宋兆辉， 1 9 7 9 年生。2 0 0 3 年毕业于烟台大学， 主要从事油田钻井液研究及现场技术服务工作， 工程师。电话0 1 0 ． 8 4 9 8 8 6 0 。 E ma i l s o n g z h a o h u i ． s r i p e s i n o p e c ． t o m。 宋兆辉等 元坝 1 0 3 H超深井水平段钻 井液技术 2 9 和钻进过程中的低摩阻；通过调节流型， 使钻井液 水平段长 6 8 2 ．8 m， 水平位移 1 1 3 3 ．4 m 。 弱紊流， 有效解决了低排量、 大环空的井眼清洁 2 水平段钻井液技术难点分析 问 题 。 ， J 、0 仪阳丌 仪小 7] 0 l 地质及工程简况 1 ． 1 地质简况 该 井钻 遇地层 由上 至下分别 为 白垩系剑 门关 组；侏罗系蓬莱镇组、 遂宁组、 沙溪庙组、 千佛崖组 和 自流井组；上三叠统须家河组、 中三叠统雷 口坡 组和下三叠统嘉陵江组、 飞仙关组 ；上二叠统长兴 组。五开水平井段位于长兴组礁滩相储层， 岩性以 灰色 含灰 白云岩、 粉 ～细 ～中晶白云岩、 深灰色 生屑白云岩、 灰色白云质灰岩为主。 1 ． 2 工程简况 元坝 1 0 3 H井一开前用 0 9 1 4 ．4 r n m钻头钻至井 深 3 2 m， 下入 0 7 0 2 mm导管 ；再用 0 6 6 0 ． 4 mm钻头 钻至井深 5 7 0 m， 下入 0 5 0 8 m m表层套管。二开用 0 4 4 4 ． 5 mm钻头钻至井深 3 0 7 1 m， 下人 03 4 6 ． 1 mm 技术套管至井深 3 0 6 9 ．2 0 m；三开用 0 3 1 4 ． 1 m m钻 头钻至井深 4 8 9 4 m， 下人 0 2 7 9 ． 4 02 7 3 ． 1 mm技术 套管至井深4 8 9 2 m， 回接至2 9 2 0 m；四开用0 2 4 1 - 3 mm钻头钻至井深 6 6 6 0 m， 02 1 5 ． 9 mm钻头钻至井 深 7 0 5 0 ．7 4 m， 四开斜导眼完钻；回填后在 6 9 5 9 m 开始侧钻， 用 0 2 4 1 ．3 mm钻头钻至井深 7 0 4 7 ． 0 7 m， 下入 01 9 3 ．7 mm 0 2 0 3 ． 1 mm技术套管至井深 7 0 4 5 m， 回接 至 4 6 5 0 m， 四开侧 钻完钻。五开用 01 6 5 ． 1 mm钻头钻至井深 7 7 2 9 ． 8 m完钻 ， 垂深 6 7 2 7 ． 7 m， 1 易发生压差卡钻 。长兴组地层细粉晶白云岩 中以发育晶间孔、 晶问溶孔及溶洞为主， 约占总孔隙 的7 0 ％， 其次为裂缝， 约占总孔隙的 2 5 ％， 少量晶间 孔， 约占总孔隙的 5 ％。孔隙型气藏， 地层的渗透性 好 ， 钻进 时钻具紧贴下井壁 ， 接触 面积大 ， 加 之井底 压差的作用， 极易发生压差卡钻 _ 1。 J 。 2 高温稳定性问题 。水平井段井底温度高 ， 钻 井液长时间在高温下循 环 ， 易导致钻井液稠化 ， 流变 性变差。 3 }闰 滑降阻要求高。 五开水平井段有3 个靶点， 位移大 ；且 B靶 的垂深最深 ， 井段轨迹变化大 ；在 7 0 9 8 ～ 7 1 7 7 m井段狗腿度达到 2 ． 5 9 。 ／ 3 0 m， 钻井 液的润滑降阻性能要求高 J。 4 大环空内携岩困难。五开水平段使用的旋转 导向工具的正常工作排量为 1 2 ～ 1 6 L ／ s ， 在四开悬挂 固井的情况下， 4 6 0 0 m以下 01 9 3 ．7 m m套管的环空 返速为 1 ． 0 6 m ／ s ， 4 6 0 0 1 T I 以上 0 2 7 3 ． 1 mm套管的环 空返速仅为 0 ． 3 7 m／ s 。 3 钻井液室内研究 3 ． 1 增黏 、 护胶剂优选 在 4 ％膨 润土浆 中加 入 0 ． 5 ％ 的处 理剂 ， 在 1 6 0 ℃下老化 1 6 h 。评价实验结果见表 l 。通过考察实 验浆老化前后的流变性 ， 对增黏、 护胶剂进行了优选。 表 1 钻井液增黏、 护胶剂的优选评价结果 从 表 1看 出， 加 入 P AC ． HV和 D r i s c a 1 ． D后 ， 实 验浆 1 6 0 C、 1 6 h 老化前后的黏度变化较小， 悬浮稳 定性好 。P AC ． HV和 D r i s c a l D是较好 的增黏 、 护胶 剂。考虑到 D r i s c a l D在钻井液中的分散性、 抗温性 能、 增黏效果比P A C ． H V更佳， 更利于改善钻井液的 流型， 提高动塑比， 保证现场施工顺利进行， 因此优 选 D r i s c a l D作为元坝 1 0 3 H水平段钻井液体系的主 要增黏 、 护胶剂。 3 0 石油钻采工艺 2 0 1 2 年 1 1月 第 3 4 卷 第6 期 3 ． 2 降滤失剂优选 室内收集了国内外较好的抗高温降滤失剂， 从 抗热稳定性和滤失量两方面对处理剂进行优选。 下老化 1 6 h ， 通过考察实验浆老化前后的A P I 滤失 量 主要指标 及流变性， 对降滤失剂进行优选。从 评价实验结果表 2可看出， 加入 P F L H、 D r i s T e mp和 在4 ％膨润土浆中加入0 ． 5 ％的处理剂， 在 1 6 0 D S P ． 2的实验浆 A P I 滤失量小， 黏度变化小。 表 2 钻井液降滤失剂的优选评价结果 为考察处理剂与磺化类材料的配伍性， 同时初 步考察对加重体系抗温悬浮稳定性 的贡献 ， 在下述 基浆中加入 0 ． 7 ％的降滤失剂， 并用重晶石加重， 将 察实验浆老化前后的A P I 滤失量、 高温高压滤失量 主要指标 及流变性， 对降滤失剂进行优选。评价实 验结果 见表 3 。基浆配 方 3 ％ 膨润土 0 ． 3 ％ P AC 一 密度调整为 1 ． 7 g ／ c m ， 在 1 6 0℃下老化 1 6 h ， 通过考H V 2 ％ MP ． 2 2 ％S MC 2 ％磺化沥青 重晶石。 表 3 钻井液降滤失剂的优选评价结果 从表 3 可看出， 加入 P F L H、 P F L M 和 D r i s ． T e mp 的实验浆 1 6 0 、 1 6 h老化后 AP I 滤失量 、 HT HP高 温高压滤失量小。考虑到成本等因素， 优选 D r i s ． T e m p作为钻井液体系主要的抗高温降滤失剂。 3 ． 3 润滑剂优选 水平井通常要求钻井液的摩阻因数达到 0 ． 0 8 ～ 0 ． 1 0 ， 而超深水平井对钻井液的润滑性有更高的要 求。因此， 抗温高效润滑剂的优选是钻井液体系设 宋兆辉等元坝 1 0 3 H超深井水平段钻井液技术 3 1 计的重点 。 在下述基浆中加入 2 ％ 的润滑剂， 并用 C a C O ， 加重， 将密度调整为 1 ．3 g ／ c m3 , 在 1 6 0℃下老化 1 6 h ， 标 及流变性， 对收集到的国内外多种润滑剂进行优 选 。评价实验结果见表 4 。 基浆配方2 ． 5 ％膨润土 0 ． 3 ％D r i s c a l D 0 ．5 ％ 通过考察实验浆老化前后的极压润滑系数 主要指D r i s T e m p 2 ％S MP 一 2 2 ％S MC 2 ％磺化沥青。 表 4 钻井液润滑剂的优选评价结果 由表 4可看 出， 矿物油类 润滑剂 T e q L u b e 和植 物油类润滑剂 Mi l L u b e 具有非常好的润滑效果， 并 且其抗温能力均超过 1 6 0 o C 。其中， T e q ． L u b e 的实 际抗温超过 1 7 0℃。优选 T e q L u b e 和 Mi l L u b e 作 为元坝 1 0 3 H水平段钻井液体系的主要润滑剂。 3 ． 4 聚合物钻井液体系的综合性能评价 经配方优化实验 ， 得到适用于元坝 1 0 3 H超深井 水平段的聚合物钻井液体系配方为 2 ． 5 ％膨润土浆 0 ． 3 ％Na OH 0 ． 3 ％Dr i s c a l D 0 ． 7 ％Dr i s T e mp 0 ． 3 ％ S MT I ． 5 ％磺化沥青 1 ． 2 ％T e q - L u b e 1 ． 2 ％Mi l ． L u b e 。 该钻井液体系的综合性能评价结果见表 5 ， 可以 看出， 体系的抗温达 1 6 0 o C ， 满足超深井施工要求； 动塑比0 ． 3 8 ～ 0 ．4 5 ， 满足定向、 水平段携岩要求；润滑 性能好 ， 利于减小井下摩阻， 保证施工安全。 表 5 钻井液体系的综合性能评价结果 4 现场施工 元坝 1 0 3 H井 四开过程 中， 在长兴组地层曾出现 2次压差卡钻。五开水平段施工过程 中通过 以下几 项技术措施， 降低黏附卡钻的风险， 保证井下无复杂 情况发生。 1 严格控制 固相含量， 保 持钻井液密度在 1 ．2 8 ～ 1 ． 3 0 m 3 之间， 控制井底压差在 1 5 MP a 以下川。 2 提高钻井液的润滑性能， 改善滤饼质量， 降低 钻具与井壁的黏附几率。 3 通过采用屏蔽暂堵技术， 减少井底的压力 传递 。 4 保证钻具静止时问 3 min ， 减少钻具与井壁 的静止接触时间 。 现场对配制的钻井液进行了抗温、 沉降稳定性 综合评价。测试方法为， 钻井液在 1 6 0℃下老化 l 6 h ， 取 出后 1 0 0 0 0 r ／ mi n高 搅 ， 然 后 倒 入 5 0 0 mL量 筒 ， 室温下静 置一段 时间 ， 分别 测量上部 和下部钻 井液密度。实验结果如表 6所示。实验结果和实钻 情况都表明， 1 6 0℃老化前后， 钻井液的沉降稳定性 和综合性能均较好 ， 保证了现场施工的顺利进行。 通过高 效润滑剂 Mi l ． L u b e和 T e q L u b e的协 同 作用 ， 保证钻井液体系始终具有良好的润滑性， 滤饼 黏附系数保持在0 ．0 5 9 ～ 0 ． 0 9 3 。 实际钻进施工过程中， 上提摩阻低， 保持在 6 0 ～ 1 4 0 k N之间， 保证施工顺利 进行 。相关统计数据如图 l 所示 。 3 2 石油钻采工艺 2 0 1 2 年 1 1 月 第 3 4 卷 第 6 期 垛 盖 嘏 基 熄 井 深 ／ m 图 1 元 坝 1 0 3 H超深井水平段润滑相关情况统计 针对五开水平井段旋转导向工具工作排量低， 导致大环空 内携岩困难 的问题 ， 采取控制膨润土含 量， 适量补充稀释剂， 保证钻井液的漏斗黏度 7 0 ～ 8 0 s ， 塑性黏度 3 O ～ 3 5 m P a s ， 动切力 l 5 ～ l 8 P a ， 6 转下 读数 6 ～ 8 ， 钻井液流型处于弱紊流状态， 及时冲刷套 管内壁上黏附的钻屑等措施， 同时增加短起下作业， 机械破坏岩屑床， 并阶段性打稠浆段塞。以上措施 有效保证 了井眼的清洁 。 ㈠ 。 5结 论 1 通过对护胶剂、 降滤失剂和润滑剂进行评价 优选， 在室内形成了适合于元坝 1 0 3 H超深井水平 段的聚合物钻井液体系。现场配制的聚合物钻井液 抗温、 沉降稳定性 良好， 保证水平段施工过程顺利 进行 。 2 现场施工过程中， 通过选择合适 的钻井液密 度窗 口， 提高钻井液的润滑性， 改善滤饼质量， 降低 了黏附卡钻的风险， 保证元坝 1 0 3 H井五开水平段的 井控安全 ， 施工过程无复杂情况发生。 3 针对水平井段轨迹变化大， 局部井段狗腿度 大的情 况， 采用 Mi l L u b e 、 T e q L u b e 高效润滑剂 ， 通 过协同润滑作用， 保证体系良好的润滑性和钻进过 程中的低摩阻。 4 针对五开水平井段旋转导向工具工作排量低 导致大环空内携岩困难的问题， 现场采取保持钻井 液合适的流变性能和弱紊流的流型的措施， 有效解 决了井眼清洁问题。 参考文献 [ 1 ] 薛玉志， 李公让， 曹胜利， 等 ． C B 6 D． P 3海水水平井钻井 液技术 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 6 ， 2 8 5 2 8 ． 3 0 ． [ 2] 余福春 ． 东河 l - 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