塔河油田TK480井钻井液技术.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 0 8年 1 2月出版 塔河油 田 T K 4 8 0井钻 井液技术 刘海鹏张海青 吕振华郭祥鹃 胜利石油管理局钻井3 2 程技术公 司 摘要塔河油田T K 4 8 0井完钻井深5 5 9 3 ． 1 O m， 裸眼井段长达 4 2 4 6 m。文章介绍了该井钻探过程中的经验和 复杂事故的处理情况， 认识和总结了在粘土含量较高的白垩系、 侏罗系和石炭系及砂泥岩频繁互层、 垮塌严重地层 中裸眼钻井的钻井液技术。 关键词塔河油田裸眼钻井钻井液防塌卡钻 l 地质工程概况 1 ． 1 地质概况 T K 4 8 0 井位于新疆艾协克构造西翼， 完钻井深 5 5 9 3 ． 1 O m 。钻遇的主要地层依次为上第三系、 下第 三系、 白垩系、 侏 罗系、 三叠 系、 石炭 系和奥 陶系。 完钻层位为奥陶系。 1 ． 2 工程概况 T K 4 8 0井 采 用 三 开 井 身 结 构 首先 采用 q 6 5 0 ． 4 m m钻头钻至井深 5 7 ． 0 6 m， 下人 q 5 0 8 m m 导 管封 住 地 表 松 软 易 坍 塌 地 层； 一 开 采 用 4 4 4 ． 5 m m钻头钻至井深 1 2 0 0 m， 3 3 9 ． 7 m m表层 套管下深 1 1 9 8 ． 8 2 m， 封固上部砂泥岩地层； 二开使 用 2 4 1 ． 3 mm钻头钻至井深 5 4 4 6 m， 中l 7 7 ． 8 mm技 术套管下深 5 4 4 4 ． 4 3 m， 封固中部砂泥岩互层； 三开 使用 1 4 9 ． 2 m m钻头钻至 5 5 9 3 ． 1 O re完钻井深， 裸 眼完井。 其中二开裸眼井段长达4 2 4 6 m， 为该井施工的 重点井段。 2 钻井液技术难点 T K 4 8 0 井的施工中， 钻井液技术存在 以下难 点 上第三系、 下第三系地层砂岩和泥岩厚， 频 繁互层， 地层压力系数 1 ． O 7一 1 ． 1 5 ， 地层欠压实， 微 裂缝发育， 渗漏严重， 砂泥岩段易缩径， 可钻性好， 机械钻速比较高， 井眼净化问题是关键。 白垩系、 侏罗系和三叠系地层岩性主要是微 粒砂岩、 中粒砂岩与泥岩不等厚互层夹粉砂质泥 岩、 粉砂岩， 砂泥岩频繁互层， 砂岩段微裂缝发育良 好， 渗漏严重， 易形成较厚滤饼并因此而卡钻。 石炭系地层泥岩和砂岩频繁互层， 泥岩粘土 总量高达 4 5 ％ 一 6 2 ％， 其中粘土矿物以伊／ 蒙混层 和伊利石为主， 两者合计达 7 0 ％以上， 蒙脱石易吸 水而膨胀， 泥岩的膨胀易使附近的薄层砂岩不稳 定， 造成垮塌， 形成“ 糖葫芦” 大井眼【 1 】 。 二开裸眼井段长达 4 2 4 6 m， 且正好穿过白垩 系、 侏罗系和三叠系及石炭系地层， 长裸眼井段的 井壁稳定不易控制。 3 钻井液体系优选 根据 T K 8 0 井地层特点， 所选钻井液体系应具 有以下特点 良好的抑制性， 抑制地层造浆、 膨胀、 垮塌； 一定的抗盐膏侵能力； 良好的润滑防卡能力， 以减少长裸眼所造成 的缩径和粘附卡钻； 良好的造壁性和封堵能力， 减少渗漏； 良好 的抗 温性 能 井底 温 度最高 可达 1 5 0 o C ； 具有良好的流变性和触变性， 固相 亚微粒 子 含量低， 能很好地满足 P D C钻头钻进的需要。 作者简介刘海鹏， 男， 1 9 7 9年出生， 2 0 0 3年毕业于石油大学 华东 应用化学专业， 获学士学位； 现在胜利石油管理局钻井工程技术公司 泥浆公司工作， 主要从事钻井液的现场技术服务和室内研究工作。通讯地址 2 5 7 0 6 4 山东 省东营市胜利石油管理局钻井“r ,l l 技术公司泥浆 公司泥浆工艺研究所。联系电话 1 3 5 8 9 4 4 9 8 0 5 。E m a i l h a i p e n 【 1 6 3 ． c o m 5 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷第 4期 天 然 气 勘 探 与 开 发 通过上述分析并结合各井段地质情况， 确定各 井段钻井液体系为 1 一开井段 5 7 ． 0 6 m一1 2 0 0 m 采用聚合物膨润土浆体系。 2 二开井段 1 2 0 0 m一 5 4 4 6 m 1 2 0 0 m一 4 6 3 6 m井段采用聚合物钻井液体系， 4 6 3 6 m一 5 4 4 6 m井段采用聚磺钻井液体系。 1 2 0 0 m一 4 6 3 6 m井段地层可钻性好 ， 进尺快， 钻 屑污染严重， 渗漏严重 ， 钻井液维护处理量大。采用 固控设备机械除砂和化学絮凝增强钻井液抑制包被 能力相结合的方法 ， 控制钻井液密度 ， 保持合适的滤 失量， 控制滤饼厚度， 以满足携带岩屑和正常钻进的 需要。 钻井液基本配方为 淡水 6 ％ 一8 ％ 膨润土 0 ． 1 ％ 一 0 ． 2 ％ N a O H 0 ． 1 ％ 一 0 ． 2 ％ N a 2 C O 3 0 ． 0 8 ％ 一0 ． 1 ％ D B F一2 0 ． 0 8 ％ 一0 ． 1 ％ K P A M 1 ％ 一 2 ％ 聚合物抗盐降失水剂 MC一2 O ． 5 ％ 一1 ％ 清洁剂 R H一 4 。 4 6 3 6 m一 5 4 4 6 m井段 地层压 实性较好 ， 钻 时较 慢。要求钻井液有较低的高温高压滤失量和滤饼厚 度， 较强的钻井液包被抑制性、 润滑性和热稳定性； 石炭系钻进中环空钻井液尽量接近平板型层流， 要 求工程上适当降低排量， 避免定点冲孔， 尽可能缩短 施工时间。 钻井液基本配方为 3 ． 5 ％ 一 4 ． 5 ％ 膨润土 0 ． 1 ％ 一 0 ． 2 ％ N a O H 0 ． 1 ％ 一 0 ． 2 ％N a 2 C O 3 0 ． 0 6 ％ 一0 ． 0 8 ％ D B F一2 0 ． 0 8 ％ 一0 ． 1 ％ K P A M 1 ％ 一 3 ％ 聚合物抗盐降失水剂 M C一 2 1 ％ 一 3 ％ 防塌剂 C F H一 2 2 ％ 一 3 ％ S M P一1 1 ％ 一 2 ％ 聚合物降失水剂 M C一 1 。 3 三开井段 5 4 4 6 m一 5 5 9 3 ． 1 0 m 采用低固相聚磺钻井液体系。 该井段地层较稳定 ， 压力低 ， 产层溶洞发育， 易 喷易漏。钻井液密度尽量使用设计低限， 防止压漏 地层， 使液柱压力下降而发生井涌 井喷 ， 控制钻 井液高温高压滤失量和固相含量， 保护好油层。 钻井液基本配方为 2 ． 5 ％ 一 4 ％ 膨润土 0 ． 1 ％一 O ． 2 ％ N a O H 0 ． 1 ％ 一 0 ． 2 ％ N a 2 C O 3 0 ． 3 ％ 一 0 ． 4 ％ C MCH V 2 ％ 一 3 ％ S M Pl 1 ％ 一 2 ％ 聚合物抗盐降失水剂 M C一 2 。 4 钻井液工艺技术 4 ． 1 钻井液维护与处理 一开 由于该井段地层松软， 易渗透、 垮塌， 在钻进中 以聚合物胶液维护为主， 保持聚合物含量在 0 ． 4 ％ 一 0 ． 5 ％之间， 控制钻井液适当的粘度和切力， 并不 断补充膨润土浆 。 在保证井眼稳定的前提下， 尽量使用低密度、 低 粘切钻井液钻进。使用好固控设备， 以细 目振动筛 为主， 除砂器、 除泥器使用率 1 0 0 ％， 并配合使用好 离心机， 清除钻井液中的无用固相， 控制含砂量 0． 5％ 。 下套管前大排量清洗井眼， 调整好钻井液性能， 确保电测、 下套管、 固井作业顺利。 二 开 本井段井眼大， 钻速快， 裸眼段长， 在保证排量 和井眼稳定的前提下， 尽量控制钻井液低粘切、 低密 度、 低固相， 提高机械钻速。 1 2 0 0 m一 4 6 3 6 m井段采用聚合物钻井液体系， 钻井液维护主要以补充聚合物胶液和膨润土浆为 主， 根据粘切的高低而使用不同浓度的聚合物胶液， 保持其有效含量为 0 ． 3 ％ 一 0 ． 5 ％。4 6 3 6 m一 5 4 4 6 m 井段采用聚磺钻井液体系， 钻井液的维护主要以补 充聚合物和防塌剂为主。 康村组以上地层成岩性较差， 砂岩疏松， 一次性 加入3 ％H F T一 3 0 1 ， 确保井壁稳定， 防止垮塌及卡钻 事故的发生； 吉迪克组地层含有石膏夹层， 在钻进时 加人适量的纯碱， 提高钻井液的p H值至 9 1 O ， 以 防止石膏对钻井液性能的影响； 苏维依组一白垩系 砂岩发育， 地层渗透性好， 滤饼厚， 容易发生卡钻。 在施工过程中， 加入适量的S M P一 1 、 M e一 1 ， 控制合 适的滤失量， 保证形成薄而韧的滤饼。 工程上每钻进 3 0 0 m～ 5 0 0 m进行一次短起下， 及时修整井壁， 同时加入一定量的液体润滑剂， 增强 钻井液的润滑性， 防止钻头泥包和卡钻事故的发生。 中完作业前大排量洗井， 加人 l t 液体润滑剂 R H一 9 7 D 、 1 ． 5 ％防塌剂、 1 ． 5 ％S h I P一 1 ， 封井。 三 开 在原钻井液的基础上， 逐步转化成低固相聚磺 钻井液体系进行施工。 钻井液维护以补充混合胶液为主， 加入抗高温 能力强的S M P一1 、 M C一 2降低高温高压滤失量至 小于1 5 m l ， 提高钻井液抗高温能力。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， 适当提高 ， 和 的读数。加人0 ． 5 ％ 一 0 ． 8 ％ D B F 一 2 ， 增强钻井液的抑制性， 调整钻井液的 p H值 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 0 8 年 1 2月出版 保持在 l O 一 1 2之间。 完钻后彻底清洗井眼， 保证井眼的清洁， 确保电 测一次成功。 4 ． 2 钻遇复杂情况及分析处理 二开钻井液技术措施 二开井段井眼大， 钻速快 ， 裸 眼段长达 4 2 4 6 m， 防塌防漏防卡是最主要的任务 。 在保证排量和井眼稳定的前提下， 尽量控制钻 井液低粘切、 低密度、 低固相， 提高机械钻速。为了 达到防塌防漏的目的， 选用聚磺钻井液体系。该体 系钻井液中的多元醇树脂靠大量羟基吸附交联， 粘 结成膜， 吸附在井壁上， 使井壁地层强度提高， 从而 起封固稳定井壁的作用。其适当的表面活性使活性 分子易集中到钻井液与井壁的交界面， 逐步在井壁 上沉积或吸附而形成封 固层 ， 也有 利于稳定井壁。 它还能通过提高液相粘度和吸附在粘土表面减少滤 饼孔隙而降低滤失量和滤饼渗透率， 既降低滤失， 又 有利于保护储层。 改性磺化沥青在一定温度和压差下会发生变 形， 封堵地层微裂隙， 在井壁形成致密的内滤饼， 提 高对微裂隙或破碎地层的粘结力， 并阻止钻井液滤 液侵入地层。 虽然在开钻前对地层特点和长裸眼井段有了一 定的认识， 对可能出现的问题作了比较充分的准备， 但在实际钻井过程中仍然出现了复杂情况。 复杂情况及处理 T K 4 8 0 井在 2 0 0 5年 7月 1日 1 0 3 0钻进至 4 8 8 8 ． 8 0 m， 自 上次短起下钻 4 7 3 0 m一 4 1 0 8 m 后进 尺 1 5 8 ． 8 0 m， 因钻时较慢， 决定短起下钻后起钻。 1 1 3 0 循环完后开始短起， 从 4 7 1 6 m时起钻越发困 难， 原悬重 1 6 4 t ， 最大上提吨位 1 9 0 t ， 活动十余次一 根单根才能活动出。l 3 3 O 起钻至 4 6 6 0 m时因起钻 困难较大， 开始接方钻杆开泵倒划上提。1 6 1 0短 起至4 6 2 6 m已倒划出3 单根， 又倒划出 1 根准备卸 掉时， 泵压由2 0 M P a 涨至 2 3 M P a ， 立即停泵， 下砸至 2 0 t 多次无效， 开泵正常， 2 0 0 0循环钻具无效， 卡 死。此时钻井液性能为 密度 1 ． 2 3 g ／ c m ， 漏斗粘度 5 7 s ， 塑性粘度 3 1 m P a s ， 动切力 1 1 P a ， 静切力4 ． 5 P a ／ 1 6 P a ， 滤失量5 m l ， 高温高压滤失量 1 2 m l ， p H值 9 ， 粘附系数O ． 0 6 。 经电测队测量卡点位 置 4 4 3 1 m 。7月 6 日 1 1 0 0 配制 D J S 一 3 解卡液6 0 m 。 ， 具体配方为 3 4 ％ 柴油 1 2 ％ 解卡剂 D J S一3 4 ％t 快 T 3 0 ％水 3 0 ％重晶石。搅拌均匀后将解卡液打人井内卡点位 5 8 置， 浸泡 1 0 h 后解卡， 开始恢复正常施工。 钻遇复杂情况原因分析 1 地质因素 二开井段下部地层构造应力变化 大， 特别是水平应力方向有较大的波动， 造成岩石扭 曲褶皱， 泥页岩的裂缝发育， 使岩石整体稳定性差。 同时该段泥质岩粘土矿物以伊／ 蒙混层和伊利石为 主， 且混层 比高， 属易水化分散、 剥落掉块地层， 且 伊／ 蒙混层矿物水化膨胀不均匀， 当钻井液滤液沿地 层微裂隙侵人到地层深部时， 蒙脱石将水化而发生 膨胀 ， 随着泥页岩水化膨胀的进行 ， 地层将产生强大 的膨胀压， 井壁失去平衡 ， 导致缩径和坍塌掉块 J 。 2 地应力因素 白垩系井段存在着较高的坍塌 压力， 且坍塌压力大于地层孔隙压力， 当按孔隙压力 设计钻井液密度时， 相对于地层坍塌压力而言则形 成“ 欠平衡” ， 因此， 钻井液密度选择不当是导致易 坍塌地层扩径的原因之一。本段钻井液设计密度为 1 ． 2 11 ． 2 6g ／ c m 。 ， 卡 钻 前 钻 井 液 密 度 为 1 ． 2 3 g ／e m。 ，而该段钻井 液密度达 到 1 ． 2 8一1 ． 3 2 g ／ e ra。 ，钻井液设计密度偏低是导致卡钻因素之一。 3 钻井液工艺因素 钻井液体系及其性能控制 不当将难以抑制井壁坍塌， 尤其是钻井液滤失量和 滤饼质量直接关系到防坍塌掉块的成败 滤失量大， 将增加进入地层微裂隙的滤液量和侵入深度， 导致 膨胀压增大； 滤饼质量差， 将不能有效地阻止滤液进 入地层， 尤其是当其抑制性较差时， 将无法起到稳定 井壁的作用。卡钻前钻井液 A P I 滤失量为5 ra l ， 高 温高压滤失量为 1 2 m l ， 钻井液中的聚合物含量为 0 ． 1 ％， 为设计聚合物含量的低限。 4 钻井工艺因素 裸眼段井段长、 钻进周期长， 致使井壁在钻井液中浸泡时间过长， 井壁掉块坍塌， 增加了卡钻的几率。 5 总结与认识 1 塔河油田上部地层欠压实性， 可钻性好， 机 械钻速高， 钻屑污染严重， 维护处理频繁。 2 塔河油田从第四系到三叠系地层渗漏严重， 泥岩段易吸水膨胀， 砂岩段易扩径， 应控制较低的钻 井液滤失量， 提高钻井液的抑制包被能力和封堵能 力， 防止渗漏， 起到防止砂泥岩缩径和防止卡钻的作 用。 3 聚合物 聚磺 钻井液体系具有较低的滤失 量、 较低的固相含量、 较强钻井液的封堵能力， 对提 高机械钻速和保护油气层起一定作用。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 1卷第 4期 天 然 气 勘 探 与 开 发 4 应保证钻井液体系中聚合物的含量， 控制其 有较好的抑制性以保持井壁稳定 ； 随时监测钻井液 滤失量和滤饼质量 ， 以减少进入地层微裂 隙的滤液 量和降低滤液侵入深度， 是避免坍塌卡钻事故发生 的关键。 参考文献 [ J ] ． 西部探矿工程， 2 0 0 2 ， 增刊 O O 1 1 3 81 4 0 ． 2 王建栋． 塔河油田钻井三开井段井眼失控机理及钻井液 控制技术[ J ] ． 新疆石油学院学报， 2 0 o 3 ， 1 5 1 3 4 3 9 ． 收稿 日期2 0 0 8 0 8 0 6编辑景岷雪 1 彭刚， 石崇平． 聚合物 聚磺 钻井液在塔河油田的应用 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 孛 孛 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 牵 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 上接第4 6 页 长度相差 1 5 0 m m， 环空比动能最大相 差近 5 0 0 J ／ m ， 由于 尺寸 的减小 ， 携 岩动 能下 降低 5 0 0 J ／ m 。环空气体和携岩速度也从 6 0 m ／ s 左右下 降到5 0 m ／ s 左右， 与动能降低幅度比例一致。从环 空岩屑浓度分析来看 ， l O O m长的排砂管线环空下部 最大岩屑浓度只有 0 ． 0 2 5 ， 而 2 5 0 m长的排砂管线环 空下部最大岩屑浓度 已经达 到 0 ． 0 3 1 ； 此 时应该 降 低机械钻速或者增加注气量 ， 否则可能引起环空岩 屑浓度升高、 扭矩增大、 钻具憋跳等。 4 结论 与建议 1 气体钻井过程中， 排砂管线的内径大小对 环空安全携岩影响较大， 其它条件相同时， 较小内径 的排砂管线产生摩阻及 回压较大， 所以保证安全前 提下尽可能选用 内径较大的排砂管线。 2 在井场场地及安全允许的情况下， 尽可能 使排砂管线长度减小， 以降低摩阻， 提高环空携岩效 率。 夺 3 排砂管线直径对环空携岩参数的影响大于 其长度的影响； 建议如果使用的排砂管线长度确定 时， 尽可能选用大直径的排砂管线进行安装。 参考文献 1 王延民， 孟英峰， 李皋， 等 ．从井底岩石受力分析研究气 体钻井对机械钻速的影响[ J ] ．钻采工艺．2 0 0 8 ， 3 1 2 12 2 孙宁 ．气体钻井好戏连台一中油集团钻井科技重大现场 试验纪实[ J ] ．中国石油企业 ， 2 0 0 5 8 9 69 8 ． 3 周英操， 翟红军 ．欠平衡钻井技术与应用[ M] ．北京 石油工业出版社， 2 0 0 3 ． 4 王存新 ， 孟英峰， 邓虎 ， 等 ．气体钻井注气量计算方法研 究进展[ J ] ．天然气工业 ， 2 0 0 6 ， 2 6 1 2 9 7 9 9 ． 5 吴仕荣 ， 孟英峰， 李皋， 等 ． 七里北 1 0 1 井气体钻井提高 钻速试验研究[ J ] ．钻采工艺， 2 0 0 7 ， 3 0 2 3 6 ． 收稿 日 期2 0 0 8 0 8 一 O 1 编辑景岷霄 启 事 天然气勘探与开发 网站将于2 0 0 9年 1 月 1日正式运行， 欢迎广大读者、 作者浏览、 投稿。 网址 h t t p ／ ／ w w w ． g a s k k ． e o m． c n 天然气勘探与开发 编辑部 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m