征1-4井优快钻井液技术.pdf

l 6 精 细 石 油 化 工 进 展 A D V A N C E S I N F I N E P E T R O C H E M I C A L S 第 1 6卷第 5期 征 1 4井优快钻 井液技术 邱春阳， 叶洪超， 秦涛， 温守云， 张海青 中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司， 山东东营 2 5 7 0 6 4 摘要征 1 4井位于准中 1区块征沙村地区， 设计井深4 8 5 5 ． O 0 m。通过使用聚合物防塌钻井 液体系和聚硅铝胺防塌钻井液体系， 辅助现场钻井液维护处理工艺和工程措施， 保证了征 1 4井 的顺利施工。全井机械钻速 1 2 ． 9 6 m ／ h ， 创造该区块钻速新纪录， 达到提速提效的目的。 关键词征 1 4井聚硅铝胺防塌钻井液水敏性泥岩 征 1 4井位 于准噶尔盆地 中央隆起带 中部 1区块征沙村地 区， 钻探 目的开发征 1区块侏罗 系三工河组油藏。征 1 4井设计井深4 8 5 5 m， 采 用三开制直井身结构钻进 ， 一开 4 4 4 ． 5 m m钻头 钻深 1 5 8 ． 0 0 m， 4, 3 3 9 ． 7 mm套管下深 1 5 7 ． 7 5 m； 二 开 4, 3 1 1 ． 2 mm钻头钻深2 5 2 1 ． 0 0 r t l ， , ／ , 2 4 4 ． 5 m m套 管下深2 5 2 0 ． 0 3 i n ； 三开 4, 2 1 5 ． 9 m m钻头钻至井深 4 9 0 0 ． 0 0 m 完钻 ， 4, 1 3 9 ． 7 m m 油层套管下深4 8 9 5 ． 5 5 i n 完井。征 1 区块地层岩性复杂， 施工中复杂情况 频发 ， 主要 表现为上部地层缩径 ， 起下钻遇阻严 重， 被迫反复划眼； 下部地层煤层垮塌及应力性垮 塌严重， 轻者起下钻及 电测遇阻 ， 严重者卡钻 ， 钻 完井周期长。为提高征1 4 井钻井施工效率， 使 用聚硅铝胺防塌钻井液体系， 配合相应的现场钻 井液维护处理工艺 ， 保证征 1 4井 的顺利施工。 施工中全井机械钻速为 l 2 ． 9 6 m ／ h ， 创造 中区钻 速新纪录 ， 达到优快钻井的 目的。 1 地质概况及钻井液技术难点 征 14井地层 自上 而下发育第 四系 底深 8 0 m 、 第 三 系 底 深 2 3 4 0 m 、 东 沟组 底 深 2 9 7 5 m 、 吐谷鲁群 底深 4 7 5 0 m 和三工河组 底深 4 8 5 5 m 。由于地层岩性复杂 ， 施工 中钻 井液技术难度大 ， 主要有 以下几方面。 1 第三系地层发育较厚 ， 岩性主要是 红色泥 岩 、 砂质泥岩和砂岩。红色泥岩较软 ， 吸水后黏性 强 ， 易造成钻头泥包 ； 且岩屑在上返过程 中易分散 在钻井液 中， 造成钻井液黏切增大， 流变性变差。 2 上部 地层 压实 性差 ， 机 械 钻速 快 ， 使用 4, 3 1 1 ． 2 m m钻头钻进产生 的岩屑量大 ， 环空钻屑 浓度高 ， 若钻井液悬浮携带能力差 ， 岩屑会被钻头 反复破碎， 降低施工效率； 且岩屑在上返过程中易 黏附在井壁上 ， 形成小井眼导致缩径 ， 造成起下钻 遇 阻。 3 吐谷鲁群上部棕色泥岩发育较厚 ， 且泥岩 水敏性强， 易发生水敏性垮塌； 下部地层为硬脆性 泥岩和砂岩互层 ， 砂岩段渗透性强 ， 易吸附虚厚泥 饼形成小井眼 ， 而泥岩段垮塌后导致井眼较大 ， 最 后形成 “ 糖葫芦” 井眼 ， 导致起下钻遇阻及电测不 到底。 4 侏 罗系发育超压 ， 地应力作用 强 ， 且地层 硬脆， 井眼形成后， 地应力沿着井眼径向释放， 易 发生应力性垮塌 ， 井壁失稳严重 ， 导致起下钻及 电 测遇 阻 。 2 钻井液体 系筛选 2 ． 1 一开井段 高黏度膨润土浆钻井液体系， 基础配方如下 井场水 8 ． 0 ％ 膨润土 0 ． 3 ％ 一0 ． 4 ％ N a O H 0 ． 2 ％ 一 0 ． 3 ％ N a 2 C O 3 。 2 ． 2 二开井段 聚合物防塌钻井液体系， 基础配方如下 3 ． O ％ 一 4 ． 0 ％ 膨润土 0 ． 3 ％ 一 0 ． 4 ％ N a O H 0 ． 3 ％ 一0 ． 5 ％ 聚丙 烯 酰胺 P A M 0 ． 2 ％ 一 0 ． 3 ％ N a 2 C O 3 0 ． 3 ％ 一0 ． 5 ％ 高黏 羧 甲基纤维素 HVC M C 0 ． 5 ％ 一1 ． 0 ％ 铵盐 0 ． 5 ％ 一 1 ． 5 ％ 抗温抗盐钙防塌降滤失剂J z C一 1 2 ． 0 ％ 一 3 ． 0 ％ 超细碳酸钙 1 ． 0 ％ 一 2 ． 0 ％ 无荧 光防塌剂 P A一1 0 ． 5 ％ ～1 ． 0 ％ 无水聚合醇 0 ． 5 ％ 一1 ． 5 ％ 白油润滑剂。 2 ． 3 三开井段 聚硅铝胺防塌钻井液体系， 基础配方如下 3 ． 0 ％ 一5 ． 0 ％ 膨润土 0 ． 2 ％ 一0 ． 4 ％ 收稿 日期 2 0 1 50 6 0 5 。 作者简介 邱春阳， 高级工程师， 从事钻井液体系研究和现场 施工工艺 的研究工作。 2 0 1 5年9月 邱春阳等． 征 1 4井优快钻井液技术 1 7 P A M 2 ． O ％ ～ 3 ． 0 ％ 低荧光磺化沥青 Z X一 6 1 ． 5 ％ 一 2 ． 5 ％ 磺化酚醛树脂 S MP一 Ⅱ 1 ． 5 ％ ～ 3 ． 0 ％ 抗 温抗盐 防塌 降滤 失 剂 K F T 2 ． 0 ％ ～ 3 ． O ％ 超细碳酸钙 0 ． 5 ％ ～ 1 ． 5 ％胺基硅醇 0 ． 5 ％ ～1 ． 5 ％ 铝络合物防塌剂 1 ． 0 ％ ～ 2 ． 0 ％ J Z C一1 1 ． 0 ％ ～2 ． 0 ％ 无水聚合醇 0 ． 5 ％ ～ 1 ． 5 ％ 双膜承压处理剂。 3 聚硅铝胺防塌钻 井液作用机理 胺 基硅醇 含硅羟基 和胺 基 ， 分子 中 S i O H 键与黏土上 S i 一0 H键缩聚 S i O S i 键 ， 胺基通 过电荷吸附在黏土颗粒表面 ， 同时形成牢固的化 学吸附 ； 胺基硅醇在胺基的基础上引入硅羟基 ， 通 过对黏土表面形成疏水层 ， 阻止胺基对黏土颗粒 的影响 ， 因此胺基硅 醇的加入对体 系的流变性和 滤失量影响较小 ； 胺基硅醇在黏土表面形成一层 疏水基团朝外具有疏水特性 的吸附层 ； 阻止和减 缓黏土表面的水化作用 ， 进一步增强 了体系 的抑 制能力。 Z X一6在井底温度作用下 ， 在井壁岩石表面 形成牢固的沥青薄膜， 阻止滤液向地层渗透； 正压 差下 ， 沥青颗粒进入地层微孔 隙和微裂隙中， 配合 超细碳酸钙 ， 封堵地层微孔 隙和微裂 隙， 稳 定井 壁 。 聚合醇具有“ 浊点” 效应， 当温度超过一定范 围后 ， 部分聚合醇从水 中析出 ， 形成乳状油滴 ， 在 井 内压差作用下被挤 入并逐渐填堵井壁缝隙 ， 降 低滤失量 ； 多元醇能吸附至黏土矿物表面， 形成憎 水吸附膜， 阻止水分子进入黏土矿物晶层中， 降低 黏土膨胀压 j 。 铝络合物防塌剂是两性化合物。p H较高时 生成水溶性四羟基铝阴离子 ， 而 p H为 56时生 成氢氧化铝沉淀。在钻井液中铝络合物 以溶解的 络离子形式存在， 当铝离子随钻井液滤液进入地 层时 ， 地层水 p H为 5～ 6 ， 铝络合物与黏土结合形 成具有固结作用 的硅铝酸盐不渗透层 ， 提高对地 层 的封堵强度 ， 有效阻止滤液进一步侵入 J 。 双膜承压处理剂中含 2种关键物质 ， 一是起 物理作用的多种形状组成的惰性材料 ， 主要在地 层孔隙中形成具有一定强度的屏蔽 膜 ； 另一是起 化学作用的活性矿物材料 ， 能与地层孔隙 中砂 和 黏土胶结 ， 形成骨架结构 ， 产生凝胶 ， 在近井壁地 带形成胶结 ， 达到持久承压稳定井壁的目的 J 。 4 现场钻井液技术 4 ． 1 一开 1 开钻前准备足量预水化膨润土浆 ， 膨润土 浆水化 2 4 h后方可使用。 2 开钻前检查钻井液循环系统 、 加重 系统 、 固控系统和钻井液储备系统， 必须满足钻井施工 需要 。 3 钻进时采用聚合物胶液维护钻井液性 能， 胶液配方 井场 水 0 ． 3 ％ ～0 ． 5 ％ N a O H 0 ． 5 ％ P A M。聚合 物含量要充足 ， 保 持聚合物有 效包被岩屑， 防止其分散。 4 钻进中开动 四级 固控设备 ， 除去钻井液 中 劣质固相 ， 有效净化钻井液。 5 钻完表层进尺后 ， 充分循 环， 配制高黏切 封井浆封闭井眼， 保证表层套管顺利下到底。 4 ． 2二开 1 上部地层造浆严重 ， 钻进 中以聚合物胶液 维护钻井液性能 ， 胶 液配方 井 场水 0 ． 3 ％ ～ 0 ． 4 ％ N a O H 0 ． 4 ％ 一 0 ． 6 ％ P A M。保持聚合 物在钻井液 中有效含量为 0 ． 4 ％， 抑制地层造浆 ， 防止岩屑分散在钻井液 中。 2 钻进 中不断补充高含量预水化膨润土浆 ， 保证钻井液的悬浮携带能力 ， 有效净化井眼， 防止 钻头重复破碎及沉砂卡钻事故的发生 。 3 上部地层疏松 ， 钻进 中及时补充超细碳酸 钙改善泥饼质量 ， 改善钻井液的封堵能力 ， 提高地 层的承压能力 ， 防止岩屑在井壁上形成虚厚泥饼 ， 避免井漏 、 缩径等复杂情况的发生。 4 二开井段井眼大， 在保证钻井液悬浮携带 能力和井眼稳定的前提下 ， 开动四级固控设备 ， 尽 量控制钻井液低黏切 、 低密度 、 低固相 ， 降低钻井 液循环压耗 ， 提高环空上返速度 。 5 二开上部井段放宽 中压滤失量 的控制 ， 下 部井段逐渐控制 中压滤失量 ， 中完保持 中压滤失 量控制在 5 mL ， 提高机械钻速 。 6 开钻时 ， 保持钻 井液以 自然密度钻进 ， 有 效提 高机 械 钻 速； 东 沟 组 前， 密 度 逐步 提 高 至 1 ． 1 8 g ／ e m ， 利用液柱压力平衡地层坍塌压力 ， 稳 定井壁。 7 上部井段保证排量在 4 0 L ／ s以上 ， 提高钻 井液环空上返速度 ， 提高井眼的净化效率 ， 有效 冲 刷井壁 ； 下部井段适当控制排量 ， 适当冲刷井壁 。 8 工程上坚持短起下钻措施 ， 钻进 2 0 0 3 0 0 m 1 8 精 细 石 油 化 工 进 展 A D V A N C E S I N F I N E P E T R O C H E M I C A L S 第 1 6卷第 5期 或 2 4 h 进行短程起下钻， 按照 2次短起配合 1次长 起下钻 ， 刮掉黏附在井壁上的虚厚泥饼 ， 及时修复井 壁， 保证起下钻畅通无阻。 9 钻完进尺后， 充分循环， 确定井眼清洁后 进行短起下钻 ， 修整新钻井段。下钻到底 后大排 量循环 ， 并 打 1个 稠塞 清 洗 井 眼； 配制 封 井浆 8 0 m 封闭下部 1 5 0 0 2 5 2 1 I n 井段 ， 保证电测顺 利 ， 电测封井浆配方 8 0 m 井浆 2 ． 0 ％ 白油润 滑剂 2 ． O ％ S M P一1 0 ． 5 ％铝络合物防塌剂。 电测后 ， 下牙轮钻头通井 ， 大注入排量循环 2周 ， 然后打一个稠塞清 洁井 眼。起钻前 ， 配 8 0 I n 封 井浆泵人井 内， 确保下套管顺利到底。下套管封 井浆 配方 8 0 m 井 浆 2 ． 0 ％ 白油 润 滑 剂 2 ． 0 ％无水聚合醇 0 ． 5 ％ J Z C一1 。 1 0 套 管到底后 ， 开泵循环过程 中补充稀胶 液 ， 适 当调整钻井液流变性 ， 以保证固井施工 的顺 利进行 。 4 ． 3三开 1 开钻前 ， 彻底清理各循环罐和循 环槽 ； 在 套管内循环二开井浆 ， 开动 四级固控设备 ， 除去钻 井液中的劣质固相和低密度 固相 ， 控制膨润土含 量在设计范围后 ， 按照配方低限加入各种处理剂 ， 充分循环 ， 待钻井液性能符合设计要求后开钻。 2 使用聚合物胶液维护钻井液性能。胶液 配方 井场水 0 ． 2 ％ 一 0 ． 3 ％Na o H 0 ． 5 ％聚 丙烯酸钾 K P A M 1 ． O ％铝络合物防塌剂。胶液 按照循环周均匀加入 ， 保持钻井液流变性稳定。 3 胺基硅醇含量控制在 0 ． 5 ％， 无水 聚合 醇 含量控制在 1 ． O ％ ， 保持钻井液体系的抑制性 ， 抑 制泥页岩水化膨胀。 4 使用 K F T、 S MP I I 和 J Z C一1控制钻井液 的滤失 量。三 开上 部 井 段 中压滤 失 量 控 制 在 6 m L； 进入吐谷 鲁群后 中压 滤失量控制在 5 m L 以内； 吐谷鲁群底部高温 高压滤失量 控制在 1 2 m L 以内， 减缓泥页岩的吸水量。 5 保证铝络合物防塌剂含量为 0 ． 8 ％ ， 双膜 承压处理剂含量为 0 ． 5 ％， 低荧光磺化沥青含量 为 2 ． 0 ％ ， 超细碳酸钙含量 2 ． 0 ％ ， 保证钻井液的 封堵防塌能力； 吐谷鲁群底部铝络合物防塌剂 、 双 膜承压处理剂、 低荧光磺化沥青和超细碳酸钙含 量分别提高至 1 ． 0 ％ ， 1 ． O ％ ， 3 ． 0 ％和 3 ． 0 ％ ， 增强 体系的防塌能力。 6 钻进 中视摩阻和扭矩情况加入 白油润滑 剂， 配合防塌剂， 使钻井液在井壁上形成坚韧光滑 的泥饼 ， 降低施工 中产生的摩阻和扭矩 ， 保持起下 钻顺畅。 7 开钻时 ， 钻井液密度控制在设计 下限， 实 钻中根据振动筛返砂情况适时提高； 吐谷鲁群底 部， 钻井液密度提高至设计上限 ， 保证钻井液液柱 压力平衡地层坍塌压力 ， 防止发生应力性垮塌。 8 合理使用 固控设备 。振 动筛筛布 1 2 0目， 除砂器和除泥器使用率保证在 9 0 ％ 以上， 离心机 及时清除钻井液中的劣质固相。 9 三开钻完进 尺后充分循环 ， 进行 短起下 钻 ， 下钻至井底后充分循环 ， 起钻前泵入 7 0 n l 封 井浆封闭裸 眼段。电测前 封井 浆配 方 井浆 2 ． 0 ％ 白油润滑 剂 1 ． 0 ％ 无水 聚合 醇 2 ． O ％ Z X一 6 1 ． 5 ％塑料小球 2 ． O ％ S MP一Ⅱ。电测 后下钻通井 ， 起钻前泵入 7 0 i n 封井浆封 闭裸眼 段 ， 封井浆配方 井浆 2 ． 5 ％ Z X一 6 2 ． 5 ％ 白 油润滑剂 1 ． 5 ％无水聚合醇 1 ． 5 ％ S MPI I 。 征1 4 井各地层钻井液性能控制见表 1 。 表 1 征 1- 4井各地层钻井液性能控制 5 效果 和建 议 1 钻井液抑制性强 ， 封堵性好 ， 施 工中井壁 稳定 ， 解决了上部地层水敏泥岩导致的钻头泥包 及起下钻阻卡的难题； 解决 了下部地层砂泥互层 所导致的起下钻及 电测遇阻的难题 ； 解决了三工 河组硬脆性泥岩应力性垮塌的难题。 2 钻 井 液 悬 浮携 带 能 力好 ， 解 决 了二 开 6 3 1 1 ． 2 m m大井眼岩屑的携带问题 ， 施工 中起下 2 0 1 5年 9月 邱春阳等． 征 1 4井优快钻井液技术 钻畅通无阻。三开起下钻顺利 ， 平均井径扩大率 1 3 ． 5 9 ％ ， 井下略有掉块 ， 但 能及 时将掉块携带 出 井 眼， 实钻中摩阻和扭矩低 。 3 全井下套管顺利， 全井电测顺利， 全井共 取心 2筒 ， 取心进尺 3 2 ． 5 8 m， 心长 3 O ． 9 6 m， 平均 岩心收获率 9 5 ． 0 2 ％。 4 明显提高 了施工效率 。征 14井钻井周 期 6 1 ． 4 6 d ， 全井机械钻速 1 2 ． 9 6 m ／ h ， 较邻井 征 1 1 井 提高了 5 0 ％ ， 创造征沙村地 区机械钻速新 记录 ， 达到提 速提效 的 目的。征沙村地 区钻井时 效见表 2 。 5 上部地层易钻头泥包及导致起下钻阻卡 ， 必须加足大分子聚合物和抑制剂 ， 采用低黏切 、 低 固相及放宽滤失量 ， 工程上保持高排量 ， 保证井眼 适当的扩大率 ， 达到防止复杂情况发生及提速提 效的 目的。 6 三工河组地层硬脆 ， 易发生应力 性垮塌及 硬脆性垮塌等复杂情况， 保证井壁稳定的关键是 形成 良好的泥饼 ， 前提是采用合理的钻井 液密度 支撑井壁。 表 2 征沙村地 区钻井时效 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 参考文献 王洪宝， 王庆， 孟红霞， 等． 聚合醇钻井液在水平井钻井中的 应用 [ J ] ． 油田化学 ， 2 0 0 3 ， 2 0 3 2 0 0 2 0 1 ． 郭京华， 田风， 张全明， 等． 铝络合物钾盐强抑制性钻井液的 应用[ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 4 ， 2 1 3 2 3 2 4 ． 左兴凯． 非渗透钻井完井液体 系的研究与应用 [ J ] ． 石油钻 探技术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 4 4 1 4 4 ． 孙金声 ， 唐继平 ， 张斌 ， 等． 超低渗透钻井液完井液技术研究 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 5， 2 2 1 l 一4 ． 张克 勤， 刘庆来 ， 杨子超 ， 等． 无侵害钻井液技术研究现状及 展望[ J ] ． 石油钻探技术， 2 0 0 6 ， 3 4 1 1 5 ． Ap pl i c a t i o n o f Fa s t Dr i l l i n g Fl u i d s Te c hn o l o g y i n Zhe n g 1- - 4 W e l l Q i u C h u n y a n g ， Y e Ho n g c h a o ， Q i n T a o ， We n S h o u y u n ， Z h a n g H a i q i n g D r i l l i n g E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y C o m p a n y o f S i n o p e c S h e n g l i P e t r o l e u m En g i n e e r i n g C o ．L t d ．，Do n g y i n g，S h a n d o n g 2 5 7 0 6 4 Ab s t r a c t Z h e n g 14 W e l l i s s i t u a t e d i n Z h e n g s h a c u n a r e a o f No ．1 B l o c k o f c e n t r a l J u n g g a r B a s i n w i t h t h e d e s i g n e d w e l l d e p t h o f 4 8 5 5 ． 0 0 m．T h e c o n s t r u c t i o n o f Z h e n g 14 We l l h a s b e e n c a r r i e d o u t s u c c e s s f u l l y b y us i n g a p o l y me r a n t i c o l l a p s e d ril l i n g flu i d s y s t e m a n d a p o l y s i l i c a t e a l u mi nu m - a mi n e a n t i c o l l a p s e d ril l i n g flu i d s y s t e m a n d b y t a k i n g a u x i l i a r y d ril l i n g flu i d fie l d ma i n t e na n c e a n d e n g i n e e ring me a s u r e s a s we l 1 ．Th e r a t e o f p e n e t r a t i o n w a s 1 2 ． 9 6 m／ h a c r o s s t h e we l l t h a t i s a n e w r e c o r d o f d ri l l i n g s p e e d i n t h i s b l o c k，a n d t h e pu r p o s e o f i n c r e a s i n g t h e r a t e a n d t he e f f i c i e n c y wa s a c h i e v e d． Ke y wor ds Z he ng 14 W e l l ；p o l y s i l i c a t e a l u mi n u m a mi n e；a n t ic o l l a ps e d ril l i n g flu i dwa t e rs e n s i t i v e s h a l e 美国生物基工业增加 4 0 0万个就 业岗位 美国农业部 2 0 1 5年 7月 1 7日发布的一份报告显示 ， 美 国的生物基工业为经济贡献 了 3 6 9亿美元 ， 并在 2 0 1 3年增加了 4 0 0万个就业 岗位 ， 这份报告称 ， 生物基产品产业每个作业人员在经济的其他部门 产生 1 ． 6 4个工作 岗位 。 C h e mw e e k ， 2 0 1 5 0 7 2 6