张店油田南79断块张42井钻井液技术.pdf

第 2 8 卷 第 5 期 2 0 1 1年 9月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLETI ON FLUI D V．0 1 ． 2 8 NO ． 5 Se p t ．2 01 1 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 5 0 0 8 6 0 3 张店油田南 7 9断块张 4 2井钻井液技术 何振奎 ， 向秀珍 ， 李剑2 ， 徐志明 ， 陈荣凤 ，李树斌 ， 常洪超 1 ． 中石化河南油田分公司石油 l 程技术研究院，河南南阳 ； 2 ． 中石化河南石油勘探局钻井工程公司，河南南阳 ； 3 ． 中石化天然气T程项目管理部生产协调处，四川达州 摘要 张4 2井是在南阳凹陷张店 区块南 7 9断块上部署的一口大斜度 3靶心定向井，该油田地质情况复杂， 钻井事故较 多。通过 分析该 区块 的地质特点及井下发 生复杂情况的原 因，针对 大斜度定 向井对钻井液的特殊要求， 提 出该 井斜 井段使用聚合物 混油防塌钻 井液体 系，用 3种高分子量聚合物 复配有效地 抑制 了地层分散造浆和井壁 坍塌，通过复配使用降滤失剂 S H N一 1 和 OS AM K将滤失量降至3 mL，Z R H一 2和白油复配满足了大斜度井段井眼 净化和润滑防卡等要求，保证了井下安全。实钻表明，该钻井液技术满足了大斜度多目标定 向井的施工要求，解 决 了张店 油田南 7 9断块地层造浆严 重、垮塌 、起 下钻 阻卡频繁的问题 。 关键词 大位 移井 ； 聚合物防塌钻 井液 ； 井眼净化 ； 井眼稳定 ； 润滑 防卡 ； 张店油 田 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 张 4 2井位于南襄 盆地南 阳凹陷张店鼻状 构造 上的南 7 9断块。该井的钻 探 目的是进一步评价南 7 9 断块构造及油层展布情况，了解 H 2 ． H3 段的含油 性 ，增加地质储量。该井完钻井深为 3 0 0 0 m，是一 口3 靶大位移井，水平位移达 1 6 8 8 m，最大井斜为 7 0 ． 8 8 。 ，是目前河南油田水平位移最大的一 口井。 1 地质特点 张店油田钻遇的地层有第 四系平原组 、上第三 系上寺组 、下第三系廖庄组 、核桃园组 ，主要 目的 层为 H 2 一 H3 段 。第四系及上第三系地层多为灰黄色 黏土、 灰色泥砂岩及软泥岩互层， 成岩性差， 地层疏松， 地层中黏土矿物以蒙脱石为主，含量在 5 0 ％ 左右 ， 伊蒙混层次之，含量在 3 0 ％左有 ，泥岩吸水膨胀 、 分散造浆能力极强 。下第三系廖庄组 、核桃园组地 层一般为灰色泥砂岩， 上部较软， 富含强水敏性泥岩 ， 黏土矿物以蒙脱石为主，含量在 5 0 ％左右 ，伊利石 次之 ， 含量在 4 0 ％ 左 右 ，泥岩膨胀 性 和分 散性较 强； 下部较硬，黏土矿物以伊利石为主，含量在 6 0 ％左 右，蒙脱石次之，含量在 2 0 ％左右，伊 蒙混层含量 为1 5 ％左右 ，仍有一定的膨胀分散性 。由于受构造 运动和断层的影响， 地层较为破碎，裂缝发育 [ 1 -3 ] 。 2 复杂情况及原 因分析 张店油田地质情况复杂， 钻井事故较多， 过去都 采用直井钻探，由于地层倾角大、易斜，吊打和纠斜 时间长， 导致钻井周期长。通过对 已钻井资料的分析， 该地区出现的复杂情况有 上部地层钻屑易分散造 浆而造成缩径和钻具阻卡 ； 核桃园组地层易发生破 碎 垮 塌 、阻 卡。例 如 ，张 2 0井 在 1 4 1 5 ～ 1 8 4 2 m 井段 出现严重垮塌，发生 2次卡钻，导致 2次填井 侧钻； 南 5 6井在 1 5 3 2 ～1 7 9 3 m井段出现严重垮塌， 卡钻 2次， 填井重钻 ； 南 6 3井在 1 3 0 0 1 8 0 0 m井 段垮塌严重 ，造成 3次卡钻 ，最终 因钻具断落井 中 无法捞 获而事故 报废 ； 张 2 8井 在 1 3 5 0 ～1 8 0 0 m 井段出现严 重垮塌 ，划眼 2 0多天。经分析 ，造成 这些复杂情况的主要原 因为 ①泥岩中大量蒙脱石 和伊 蒙混层 的水化 、膨胀 、分散是造成缩径 、坍塌 和阻卡的主要原因 ； ②地层倾角大及泥页岩的层理 和裂缝发育使外来流体侵入地层 ，存在于碎屑矿物 第一作者简介 何振奎 ，高级工程 师，河南油田钻井工程专 家，一直从事钻 井液技术研究、设计与现场应用工作 。地址 河南南阳油 田石油工程技术研究院钻井工艺研究所 ； 邮政编码 4 7 3 1 3 2；电话 0 3 7 7 6 3 8 5 9 1 5 2； E - ma i l h n h z k s i n a ．t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 5期 何振奎等 张店油田南7 9 断块张4 2 井钻井液技术 8 7 粒 间裂隙处的蒙脱石和伊蒙混层的水化作用使粒 问 连结力 降低 ，产生掉块 ，从而导致井壁垮塌 ； ③ 当 钻井液与泥页岩相互作用时 ， 泥页岩发生水化膨胀 、 分散 ，引起岩石的力学性能 、强度及近井壁处应力 状态的改变 ，进一步加剧了井壁垮塌的发生 ； ④钻 井液密度控制不 当造成液柱压力过低而使井壁失去 力学支撑 ，导致井壁垮塌 、缩径和卡钻的发生 。 3钻 井液技 术 3 ． 1 高分子量聚合物及其复配物抑制性评价 取 张 4 2井邻井张 2 0井井深 1 6 7 5 m处泥岩岩 屑作为岩样， 测得岩屑在 0 ． 2 ％KP AM、 0 ． 2 ％P MH A一 2 、 0 ． 2 ％F A3 6 7 水溶液中的膨胀量分别为 1 ． 8 、1 ． 6和 1 ． 5 mm，热滚 回收率分别为 5 7 ％、5 9 ％ 和 5 6 ％。由此 看出，在聚合物浓度相 同的情况下 ，K P A M 抑制泥 岩膨胀的能力最低 ，F A3 6 7的抑制能力较好 ； 3 种聚 合物的抑制分散能力都一般，回收率均未超过 6 0 ％。 将聚合物水溶液浓 度提高到 0 ． 3 ％、0 ． 5 ％，膨胀率 均有下降 ，回收率也均有提高 。将任意 2种聚合物 以不 同比例 、 浓度复配 ， 测得岩心膨胀量为 1 ． 2 ～1 _ 3 mm，回收率 为 8 0 ％左右。 比较 3种聚合物 以不 同 比例复配的情况，当各聚合物浓度为 0 ． 3 ％ 时抑制效 果较为理想，膨胀量为 1 mm，回收率达 8 6 ％。 3 ． 2 降 滤失剂及 其加量优 选 在基 浆 中加 人 双 聚胺 盐 S HN． 1与 OS AM K， 测定钻井液滤失量 ，结果见 表 1 ，基浆 配方 如下。 可以看出，他们的加量达 1 ． 5 ％或 1 ． 2 ％ 时 ，可以将 钻井液滤失量降低到5 mL 。 复配实验结果表明， 0 ． 8 ％ S HN 一 1 和 I ％OS AM K复配使用后 ，可 以将钻井液 的 AP I 滤失 量控 制在 5 mL以下 。 基浆 4 ％膨润土 0 I 3 ％纯碱 0 ． 3 ％F A3 6 7 0 ． 3 ％ KPAM 0 3 ％ PM HA一 2 表 l 加有不 同降滤失剂的钻井液滤失量测定结果 3 ． 3封堵 防塌剂优选 取张 4 2井邻井张 2 0井井深 1 6 7 5 m处泥岩岩 屑作 为岩样 ，测定 岩屑在 0 ． 5 ％F T - 1 、0 ． 5 ％F T - 3 4 2 、 0 ． 5 ％S o l t e x和 0 ． 5 ％S F T 乳 化沥青 溶液 中的热滚 回收率 分别 为 5 2 ． 4 ％、5 0 ． 5 ％、5 7 ％ 和 5 5 ％。可 以 看 出，加量相同的情况下 ，S o l t e x和 S F T抑制泥页 岩分散的能力较强 ，但 S o l t e x价格较高，所以选用 S F T 。通过以上实验 ，优选 出钻井液配方如下 。 4 ％～ 5 ％ 膨 润土 0 ． 3 ％F A3 6 7 0 ． 3 ％KP AM 0- 3 ％ PM HA． 2 0． 8 ％ S HN一 1 1 ％ OSAM K3 ％ SFT 2 ％低荧光润滑剂 Z R H． 2 十 8 ％白油 3 ． 4 钻井液抗钻屑污染能力评价 如表 2所示 ，在该钻井液中添加 5 ％ 泥岩岩屑 后 ，钻井液流变性和 AP I 滤失量变化不大 ，当泥岩 岩屑加量增加到 l 0 ％ 时，钻井液黏 度、切力有所 增加 ，但性能仍然较好 ，说明该体系抑制性强。 表 2 聚合物防塌钻 井液抗钻屑污 染能 力评价 注 岩屑取 自张 2 0井井深 1 6 7 5 m 处。 4 现 场 维 护技 术及 应 用效 果 1 二开前将一开钻井液进行预处理。按照二开 配方补充各处理剂， 加入少量 N a ， C O 预防水泥污染。 钻进过程中，用 3 ％ 聚合物胶液维护钻井液黏度和切 力，絮凝包被钻屑，抑制地层分散造浆。 2 为提高钻井液的悬浮携带 、润滑防卡和护壁 防塌能力 ，在施工 中保持钻井液动塑 比为 0 ． 5 ～0 ． 7 P a ／ mP a S； 在井斜角达 4 0 。 以后 ，保证井浆中含有 I ％S F T、2 ％Z R H． 2和 3 ％ 白油 ； 井斜角增加到 6 0 。 以上时，保证井浆 中含有 3 ％S F T、3 ％Z R H． 2和 8 ％ 白油， 控制滤失量为 3 ～5 mL 。 3 控制泵排量不小 于 3 0 L ／ s ，保持钻井液环空 返速大于 1 ． 2 0 m／ s ，实施紊流洗井 ，以避免岩屑床 的形成。此外 ，每钻进 8 0 1 1 3 左右进 行一次短程起 下钻 ，以破坏岩屑床 ，提高井眼净化效果 。 4 完井 电测前可适 当提高钻井液 的黏度和切 力 ，同时采用大排量洗井 ，保持井眼干净 ，起下钻 畅通无阻。起钻前配 8 0 m 含 3 ／0白油和 3 ％S F T的 防卡钻井液 ，封闭井深 1 2 0 0 m 以下井段 ，以确保 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1年 9月 电测顺利。下套管通井时配制 8 0 m 含 3 ％ 塑料小 球的封闭浆注入井底 ，以保证下套管作业的顺利。 5现场应用结果表明 ，该钻井 液技术解决了 张店南 7 9断块上部地层分散造浆严重 ，中、下部 地层易吸水膨胀，剥落掉块等施工难题 ，井径规则， 平均井径扩大率降至 1 1 ％，而其邻井张 2 8 和南 4 4 井的井径扩大率分别为 4 9 ． 5 ％ 和 3 4 ． 3 ％ ； 起下钻顺 利 ，没有 出现类似张 2 0 、南 5 6 、张 2 8和南 6 3等 井的井壁严重垮塌 、起钻遇阻 、下钻遇卡、长段划 眼、 卡钻等井下复杂情况 ， 起钻遇阻最大不超过 4 0 t 。 钻井液性能见表 3 。 表 3 张 4 2井钻井液性能 上接 第8 5 页 【 1 4 】S o r o u s h H，S a mp a i o J H B．I n v e s t i g a t i o n I n t o St r engt he ni ng M e t hods or St a bi l i zi ng W el l bo r es i n F r a c t u r e d F o r ma t i o n s [ C ] ． S P E 1 0 1 8 0 2 ． [ 1 5 ]F u h G F， Mo r i t a N，B o y d A， e t a 1 ． A Ne w A p p r o a c h t o P r e v e n t i n g L o s t C i r c u l a t i o n Wh i l e Dr i l l i n g [ C ] ． S P E 2 4 5 9 9 ． [ 1 6 ]v a n O o r t E， F d e d h e i m J ． A v o i d i n g L o s s e s i n De p l e t e d a n d We a k Z o o n e s b y C o n s t a n t l y S t r e n g t h e n i n g We l l b o r e [ C ] ． sPE 、 25 09 3． [ 1 7 ]Va n Oo r t E， Gr a d i s h a r J ，Ug u e t o G． Ac c e s s i n g D e e p Re s e r v o i r s b y Dr i l l i n g S e v e r e l y De p l e t e d Fo r ma t i o n s [ C] ． sPEf I ADC 7 98 6 ． [ 1 8 ]F r e d E，S mi t h M V，S a b i n e Z C，e t a 1 ． Me t h o d t o El i mi na t e Los t Re turn s a nd Bui l d I n t e g r i t y Con t i n uou s l y Wi t h Hi g h F i l t r a t i o n Ra t e F l u i d [ C] ． S P E 1 1 2 6 5 6 ． [ 1 9 】Al b e r t y M W ，Mc L e a n M R． F r a c t u r e G r a d i e n t s i n De pl e t e d Res e r vo i r s Dr i l l i ng W e l l s i n La t e Re s e r voi r L i f e [ C ] ． S P E ／ I A DC6 7 7 4 0 ． 5认 识 与 结论 1 ． 优选出的聚合物混油防塌钻井液 ，较好地解 决 了张店油 田南 7 9断块地层造浆严重 、垮塌 、起 下钻阻卡等技术难题。 2 ． 复配使用 3 种高分子量聚合物复配是提高钻 井液抑制性 的关键，张 4 2 井 钻井液黏度切力稳定， 未出现邻 井由于造浆而导致钻井液失去流动性、造 成黏附卡钻等事故。 3 ． 乳化沥青 S F T提高了体系的防塌能力，使井 径扩 大率大 幅下 降。润滑剂 Z R H一 2和 白油复配可 将钻井液泥饼摩阻系数降至 0 ． 1 0以下，解决了张店 油 田南 7 9断块起下钻阻卡频繁的问题。 [ 1 j [ 2 ] [ 3 ] 参 考 文 献 余泽秋 ． 八面河油田浅层定向井钻井液适应性分析 [ J ] l 江汉石油科技 ，2 0 1 0 ，2 0 1 3 5 3 7 ． 黄宏军，陶学甫，吴培召，等 ． 中原油田大斜度定向井 钻井液技术 [ J ] ． 断块油气 田，2 0 0 3 ，1 0 2 8 2 ． 8 4 ． 靳书波，刘庆来 ． 塔北探区定向井钻井液技术 [ J ] ． 钻井 液与完井液 ，1 9 9 8 ，1 5 5 4 0 ． 4 3 ． 收稿日 期2 0 1 1 - 4 2 5 ； H G F I 1 0 4 F 5 ； 编辑 汪桂娟， 付明颖 [ 2 0 ]Al b e r t y M W ， Mc L e a n M R ． A P h y s i c a l Mo d e l f o r S t r e s s C a g e s [ C ] ． S P E 9 0 4 9 3 ． [ 2 1 】F u h G F， B e a r d mo r e D， Mo r i t a N． F u r t h e r De v e l o p me n t ， F i e l d T e s t i n g，a n d Ap p l i c a t i o n o f W e l l b o r e S tr e n g t h e n i n g T e c h n i q u e f o r D r i l l i n g Op e r a t i o n s [ C ] ． S P E 1 0 5 8 0 9 ， 2 0 0 7 ． [ 2 2 ]F r e d E ． F r a c t u r e C l o s u r e S t r e s s F CS a n d L o s t R e tur n s P r a c t i c e s [ C ] ． S P E 9 2 1 9 2 ． 【 2 3 ]Wa n g H，S o l i ma n M Y，T o wl e r B F ． I n v e s t i g a t i o n o f F a c t o r s f o r S t r e n g t h e n i n g a W e l l b o r e b y Pr o p pi n g F r a c mr e s f C ] ． I A DC ／ S P E 1 1 2 6 2 9 ． [ 2 4 】Wa n g H， T o w l e r B F， Mo h a me d S Y． F r a c tur e d We l l b o r e St r e s s Ana l ys i s -- Ca n Seal i ng M i c r o cr a c ks Re al l y S t r e n g t h e n a W e l l b o r e [ C] ． S PE ／ I ADC 1 0 4 9 4 7 ． [ 2 5 ]S we a t ma n R， Wa n g H， Xe n a k i s H． We l l b o r e S t a b i l i z a t i o n I nc r e a s e Fr a c t ur e Gr a d i e nt s a n d Con t r o l s Los s es ／ Fl o ws D u r i n g D ri l l i n g [ C ] ． S P E 8 8 7 0 1 ． 收稿日 期2 0 1 l - 4 9 ； H GF I 1 0 5 F 2 ； 编辑 汪桂娟， 付明颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m