哈萨克斯坦SLK3井巨厚盐层钻井液技术.pdf

第 2 5卷 第 4期 2 0 0 8年 7月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI I I I NG FI UI D COM PI ETI N FI UI D Vo 1 ． 2 5 NO ． 4 J u l y 2 0 0 8 文章 编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 4 0 0 4 6 0 3 哈萨克斯坦 S L K3井巨厚盐层钻井液技术 李 汉桥 张献 丰 毛瑞华 杨现 岗 董祥龙 郭胜芳 中原石油勘探 局钻井四公司技术发展部 ， 河南濮 阳 摘 要 S I K3井位于哈萨克斯坦共和 国阿特劳市东科 尔 占区块 西部 盐膏层 最发育地 区， 是该地 区第 1口盐 下 预探井。该井高温高压井段盐膏层的溶解蠕变 、 吸水膨胀、 坍塌掉块 等易污染钻井液 而导致井 下复杂情况 的发 生。 在 S I K3井 巨厚盐层 井段使用 了两性离子聚磺饱和 盐水 钻井液。 应用结果 表 明， 该钻 井液性 能稳 定， 抑 制泥 页岩 水化分散能力强， 携 岩能力好 ． 井壁稳定， 在低 滤失条件 下， 控 制 C l 一含 量大于 1 6 0 g ／ l ， ， 克服 了因盐膏层 发育给 钻 井生产带来的难题 ， 满足 了钻井要求， 摸索 出了适合科尔 占地 区巨厚盐层钻井的配套综 合技术 ， 对今 后开发该地 区 盐下油气资源具有重要意义 。 关键词 两性 离子 聚磺饱和 盐水钻 井液 抗 盐 抑制性 井眼稳定 巨厚盐昙 中图分类号 TE 2 5 4 ． 3 文献标识码 A S I K3 井 是 科 尔 占 区块 第 1口盐 下 预探 井 ， 设 计 井深 为 5 5 0 0 m， 盐层 井段 预计 为 6 2 0 ～4 9 5 0 m。 参考相邻地 区地质工程资料 ， 针对该地 区中生 界埋 藏浅 ， 盐膏 层厚 、 纯 度 高 ， 地 层 压力 系数 和 含 硫 化 氢 情况不清楚 ， 岩性软硬交错 ， 存在潜在的垮 塌、 井漏 危 险等特点 ， 结 合 中原地 区 已成熟 的钻 卫城盐 、 文 九 盐 、 文 2 3盐 的钻井 液 工 艺 技术 ， 采 用 了两 性 离 子 聚 磺饱和盐水钻井液 ， 该体系抑 制性 强， 处理维 护简 单 ， 克服了高纯度巨厚 盐层和地层不均质等特性给 钻 井生 产带来 的难 题 。 1 井 身结构 与地质简况 1 ． 1 井身结构 井 身结 构见 表 1 。 表 1 S L K 3井实钻 井身结构 1 ． 2 地质简况 中生 界 白垩 系 底 界 深 3 3 8 m， 厚 度 为 2 4 8 m 上 白垩统 地层 岩性 为粉 质 砂 岩 和 粉 砂 质 黏 土 、 河 流 相 、 浅海 相 沉积 的碎 屑 岩 、 灰 岩 ； 下 白 垩统 地 层 岩 性 为 疏松 的砂 岩 、 软 而 黏 的泥 岩 或 砂 、 泥 岩 间 互 层 ， 易 塌 、 易漏 。侏 罗 系 底 界深 4 8 4 m， 厚 度 为 1 4 6 m 上 侏 罗统 地层 岩性 以滨 浅 海 相 灰 色灰 岩 和泥 岩 为 主 ； 中侏 罗统地 层 岩性 以陆 上三 角洲 或河 流相 泥岩 和砂 岩 互层 为 主 ； 下侏 罗 统地 层岩 性 以潮 汐 、 滨 浅海 泥岩 和砂 岩互层 为 主 。三 叠 系地层 底 界 深 5 1 2 m， 厚度 为 2 8 m 岩 性 以湖相 暗色 泥 岩 、 页 岩夹 砂 岩 、 粉砂 岩 为 主 。二叠 系上二叠 统地 层 底 界 深 5 3 8 m， 厚 度 为 2 6 m 岩性 以 泥 岩 为 主 ， 局 部 含 有 砂 岩 或 粉 砂 岩 夹 层 ； 下 二 叠统 孑 L 谷 组 地 层 底 界 深 为 4 9 9 7 m， 厚 度 为 4 4 5 9 m 岩 性 以盐 岩 沉 积 为 主 ， 盐 岩 厚 ， 盐 岩 顶 部为硬石膏覆盖 ， 底部为含黑色泥板 岩和白云岩夹 层的硬石膏 ， 盐岩与泥岩 、 粉砂 岩层面胶结强度低 ， 易 发生 井漏 。亚 丁斯 克组 地层 底 界 深 5 2 8 5 m， 厚 度 为 2 8 8 m 岩 性 为黑 色非 钙 质 致 密 、 板 状 泥板 岩 ， 含 白云岩 和石灰 岩夹 层 ， 油层段 孔 隙裂 缝较 发育 ， 地 层 承压 能力 低 ， 易造成 井 喷 、 同时发 生 井漏 。石 炭系 底 界深 5 7 0 0 m， 厚度 为 4 1 5 m 巴什 基利 亚组地 层 岩性为棕灰色块状灰岩 ， 分层模糊 ， 在一些地方有裂 缝 、 孔 洞 、 有机 质 和有 机 碎 屑及 薄 层泥 板 岩 ， 底 部是 第一作者简介 李汉桥， 1 9 7 1 年 生， 2 0 0 5年 毕业于 石油大 学 华东 石油工 程专 业， 主要从 事油 田特 殊工 艺井技 术工作 。 地 址 河南省清丰县 中原油 田钻 井四公 司技术发展部 ； 邮政编码 4 5 7 3 2 1 ； 电话 0 3 9 3 4 8 3 4 0 2 2 ； E ma i l l i mi n g 9 8 0 5 1 6 3 ． c o rn。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 4期 李 汉桥等 哈 萨克斯 坦 S L K3井 巨厚 盐层 钻 井液技 术 4 7 泥质灰岩和泥板岩。下石炭统地层岩性以灰色块状 灰岩为主 ， 底部是泥 质灰岩和泥板岩 ， 为硬脆 性地 层 ， 地层研磨性高 、 可钻性差 。 2 钻 穿 巨厚 盐层 钻井液技 术 2 ． 1 钻穿巨厚盐层前的准备工作 ① 彻 底 清理 钻 井 液 中 的有 害 固相 ， 使 固相 含量 小于 1 2 ％， 控 制 膨 润 土含 量 为 4 5 ～6 0 g ／ L ， 以维 持 钻井 液有适 当的结 构 强 度 和动 力 稳 定 性 ， 降 低 处 理 剂的消耗 。②由于地层的 自然造浆率低 ， 在地面储 备 4 0 m。 1 5 的预水化 膨润 土 浆 备用 。③根 据 室 内 实验结 果 ， 按配 方将 钻 井 液 转 换 为 聚合 物 饱 和 盐 水 钻井 液 ， 控 制其 含盐 量大 于 1 ． 6 1 0 。 mg ／ L ， 防止 地 层 中的盐 溶解 而使 井眼 形成 大肚 子 。④为 了克 服盐 层 蠕变缩 径 ， 必须 保证 盐层 钻井 液 密度 达到 1 ． 5 5 ～ 1 ． 6 0 g ／ c m ， 控制 p H 值在 1 O左右 ， 以有利 于各种 处 理剂 发挥作 用 。⑤调 整钻 井 液性能 满 足钻盐 膏层 要求后再钻进。 在 上部 盐层 井段 ， 由于埋藏 浅 、 温度低 、 井 眼 大 、 钻速快 ， 所钻地层含盐纯度高 ， 盐溶效果差 ， 造成固 相含量高， 因此使用好 固控设备保持钻井液低固相 、 有效控 制地 层垮 塌是 关键 。 2 ． 2 钻井液技术 1 钻井 液 的 日常 维 护 。在 钻 进 盐 膏 层 时 ， 应 将 处理 剂配 成 1 O 9 ／ 6 浓 度 的胶 液按 循 环 周 补充 ， 同时 监 控钻井液密度和含盐量 ， 使其满足饱 和盐水钻井液 的要求 ； 随着井眼延伸， 定期检测 钻井液润滑系数， 保持润 滑 系数不 大 于 0 ． 1 0 ， 日常维 护 以 2 ～3 9 ／ 5 的 比例 加入 润滑 剂 S D R - 1和 C 一 9 5 O l ， 降低饱 和盐 水钻 井液的高摩阻， 提高防卡能力。钻井液性能见表 2 ， 钻 井液 配方 如下 。 一 开 膨 润 土 浆 o ．5 NP AN 0 ．3 Na ， C O 0 ． 5 9 ／ 6 F A 一 3 6 7 0 ． 5 x Y一 2 7 0 ． 5 J T 一 88 8 二开 、 三 开 一 开井 浆 1 L V C MC 0 ． 8 X Y 一 2 7 井 深 2 5 0 0 m 后 更 换 为 S MT 0 ． 5 F A一 3 6 7 井 深 2 5 0 0 m 后 换 为 1 ． 5 S MP 一 2 2 J T一 8 8 8 1 Na OH 0 ． 3 Na CO 8 1 t Na C 1 四开 三开 钻井 液 3 膨润 土浆 1 S DR 一 1 1 ． 5 非渗 透抗 压处 理剂 HY 一 2 0 2 5 9 ／ 6 Na C 1 2 工程技术措施。钻进过程中每钻进 l ～2 m、 5 ～6 m各划眼 1次， 钻完 1根单根再划 眼， 上下活 动无阻卡再接单根 。随着井深 和密度的不断增加 、 盐层的发育和纯度的升高 ， 通过不断短程起下钻 ， 摸 索出了各井段盐层的蠕变缩径规律 ， 即在井深 2 5 0 0 m 以前每 连续 钻进 1 5 0 m 短 程 起下 钻 1次 ， 至井 深 4 9 9 7 m每 连续 钻 进 1 0 0 m 短程 起 下 钻 1次 ， 可 以 及时 破坏 缩径 ， 保 障井下 安全 、 井 眼畅 通 。 3 抑制钻井液盐重结晶技术 。由于钻井液在环 空上返过程中的热交换 ， 钻井液在井底与上部井 眼 及地面的温差较大 ， 温度下降后的过饱和盐 水钻井 液在 上部 井段 出现 盐 的重 结 晶 现 象 ， 引 起 卡 钻 。为 预 防盐结 晶 卡 钻 ， 在 钻 井 液 中加 入 0 ． 5 以 上 的盐 结晶抑制剂 NTA； 井深超过 2 5 0 0 m后 ， 在 高温高 压条件下 ， 盐膏层 的溶解 、 蠕变速度加剧 ， 钻井液含 盐量过饱 和程度加 大 ， 按 每钻 进 1 0 0 m 加 3 0 0 k g NTA的量定时补充 ， 同时密切观察振动筛 、 循环罐 、 钻井液槽 等部位的盐结晶现象 ， 若盐析加重， 则应进 一 步加大 NTA的加量。使用 NT A后 ， 固相中盐含 量下 降 了 9 O ， 取得 了 良好 效果 。 4 高密度钻井液高温稳定性控制技术。在下部 表 2 钻井液性能 井深 p F V F L m g ／ c m。 s mI Ge f yP FLH T H P C V Cl M BT pH K P a ／ P a P a mL mg ／ L g ／ L 1 8 0 0 1． 5 2 55 2 ．5 3 5 00 1 ． 5 9 7 5 2 ．0 4 99 7 1 ． 8 3 9O 2． 0 5 2 8 5 1 ． 5 6 8 O 2 ． 0 0 ． 5 z ／ 6 1 2 1 1 1 0 ． 0 0 ． 2 3 5 0 ． 0 6 1 4 5 6 2 0 5 2 5 7 0 0 1 ． 7 9 9 0 2 ． 0 0 ． 5 4 ／ 9 1 2 1 1 1 0 ． 0 0 ． 2 3 7 0 ． 0 8 1 4 0 2 8 0 5 5 0 0 0 略 n诣 l l l 0 0 0 2 3 2 0 0 0 0 0 5 8 9 9 l 2 l l 2 7 8 5 5 5 0 0 0 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 7月 井段 ， 由于钻井液 密度大于 1 ． 8 0 g ／ c m。 ， 体 系抑制 性较强 ， 维持钻井液有 良好的抗 高温性和流变性是 技术关键。滤失量低的钻井液能有效降低盐溶 、 蠕 变现象 ， 钻至井深 2 5 0 0 m 以后 ， 用 S MP 一 2降滤失， 保 持滤 失量 为 2 ～4 mL， 高 温 高压 滤 失量 为 1 0 ～ 1 4 mL， 防 止泥 页岩 吸水膨 胀 、 掉块 和垮 塌 ； 当钻 井 液 的 黏度和切 力过高时 ， 根据室 内小 型实验使 用 S MT 碱 液 改 变 其 流 变 性 能 ， 控 制 切 力 为 2 ～ 4 ／ 4～ 8 P a ／ P a ， 动切 力控 制 为 1 0 ～1 4 P a 。 5 固控设 备 应用技 术 。保持 振 动筛筛 布 的孔径 为 0 ． 1 5 4 mm， 除砂器 的使用率大于 9 8 。合理使 用好离心机 、 除泥器， 控制钻井液密度 ， 及时清除岩 屑和其 它 劣质 固相 ， 尽 可 能地 控 制 粒 径 大 于 0 ． 0 7 6 mm 的颗 粒在 钻 井 液 中的 含 量 ， 保 持 钻 井 液 固 相 含 量小 于 3 8 。 6 保 证 电测 、 下 套 管 顺 利 。为 克 服 巨厚 盐 层 给 电测 及下 套管 固井 带来 的安 全 问题 ， 在 电测 、 下套 管 通 井后 ， 先将 钻具 上提 至套 管鞋 处 ， 静 置 到预计 的 电 测 、 下套 管所 需 时间 ， 然 后 再 下 钻 通 井 ， 破坏 因泥 页 岩蠕变造 成 的缩 径并 循 环 处 理 钻 井 液 ， 直 至起 下 钻 畅通无 阻后再 起钻 进 行 电测 、 下 套管 作业 。 2 ． 3 油气层钻井液技术 因地层埋藏深 、 胶结致密、 研磨性较高 ， 钻 屑较 细 ， 邻区油气层中的 H s含量高达 1 8 9 ／ 5 ， 因此选择 合理 的钻 井液 密度 ， 及 时发 现 并 保 护 油气 层 、 防 喷 、 防 H S中毒 和 防 止 压 差 卡 钻成 为关 键 。采 用 两 性 离子聚磺盐水非渗透性钻井液， 先将该钻井液密度 调整 为 l _ 5 0 g ／ c m。 ， 充 分利 用盐 水 钻 井 液 的 良好 防 塌能力并加入 2 9 ／ 5 HY一 2 0 2 ， 提高 下部 灰岩、 白云岩 裂缝 性地 层 承压能 力 和保护 油气 层 的能力 。 该井 在井 深 5 3 1 0 m 处 钻 遇 了油 气 层 ， 油 气 显 示 良好 ， 未盲 目提高密度， 为预防 H s中毒 ， 加强地 面监控报警装置的应用 ， 在两性离子聚磺盐水非渗 透 性钻井 液 中混 入 0 ． 5 ％碱 式 碳 酸锌 ， 通 过 短 程 起 下钻测后效 ， 计算油气上窜速度 ， 加重时增加幅度为 每循环周 0 ． 0 2 ～0 ． 0 3 g ／ c m。 ， 防止因加重过猛 或密 度 不均 匀而 压漏地 层 ， 引起 人 为事故 ； 在完 钻施 工作 业 阶段 ， 主要 以提 高钻 井 液 润 滑 防卡 、 防塌 为 主 ， 加 大 了 C 一 9 5 0 1的用量 ， 钻 井液 润滑 性好 、 性能 稳定 ， 确 保 了完井 电测 、 下套管固井顺利成功。 该井 在 施 工 中 ， 先 后 在 井 深 1 7 8 8 ． 7 m、 2 0 3 9 m、 2 0 7 7 ． 1 6 m处 3次断钻具 ， 落鱼在井下最长静止 时间为 1 6 h ， 在打捞处理事故时， 均 1次成功。完钻 电测井底最高温度为 1 0 8℃， 钻井液在高温 、 高压 、 高密度下 ， 裸眼井段 最长静止时间达 3 2 8 h ， 每次下 钻 通井 顺利 ， 除部 分 井 段 轻 微 缩 径 外 ， 无 井 塌 、 掉块 现 象 ， 返 出 钻井 液 性 能稳 定 ， 流变 性 好 ， 易 开 泵 。实 钻证 明 ， 该 钻井 液 体 系满 足 了 S L K3井 安 全 钻 井 施 工 的需 要 。 3 结 论 和 C A ． 识 1 ．两性 离 子 聚 磺 饱 和盐 水 钻 井 液 在 S L K3井 成功 钻 穿 了厚 为 4 3 9 7 m 的盐 层 ， 验证 了该 体 系解 决 科尔 占区块 巨厚盐层 的可行 性 和对 复杂地 层 的适 应性， 保 证 了巨厚盐层 井段 f『 j 2 5 0 ． 8 mm 技术套管 和f 『 j 1 7 7 ． 8 mm 尾管 的顺利 入井 和 固井 的顺利 施 工 ； 满足了钻井 、 测井和固井的要求 。 2 ．两 性 离子 聚磺饱 和盐 水 钻 井 液性 能 稳 定 、 易 于维护 ， 解决了因地层造浆率低 、 体 系抑制性强、 提 黏度 和切力 困难 带来 的难 题 ， 采用 S MP 一 2保 证 了全 部盐层井段钻井液的中压滤失量不大于 2 ． 5 mI ， 高 温高压滤失量不大于 1 2 mL， 有效降低了长井段 、 高 纯度盐层的溶解 、 蠕变 ； 使用 S MT有效控制了钻井 液的流变性能 ； 2者结合 ， 解决 了高密度钻井液在超 深井 段 的耐温性 、 盐 的重 结 晶 、 携 砂 、 悬岩 问题 ， 较好 地保 护 了油气 层 。 3 ．钻 井液 日常 的 维 护 与 转 换 与 室 内小 型 实 验 相结合 ， 确定 了最佳处理剂加量 ， 杜绝 了处理剂使用 的盲 目性 ， 大大降低了成本 ， 建议今后类似井使用抗 盐 黏土 配浆 。 4 ．摸索出了各井段盐层蠕变缩径规律 ， 钻遇巨 厚盐层 ， 仅仅依靠提高钻井液密度 、 降低滤失量是无 法杜绝 缩径 现象 的 ， 工 程 上 必 须 配 合钻 具 短 程 起 下 钻 ， 利用 钻 头对缩 径 井 段 进 行 机 械 破坏 才能 达 到 良 好 的效 果 ， 此 项技 术 对 于 巨厚 盐 层段 的 井下 安 全 极 为重要 。 5 ．根据实 钻数 据 计算 得 出 ， 该 地 区 6 0 0 ～3 5 0 0 m 盐层段 钻 井液 密度 为 1 ． 5 O ～1 ． 6 5 g ／ c m ， 3 5 0 0 5 0 5 0 m盐 层段 钻 井 液 密 度 为 1 ． 8 0 ～ 1 ． 8 5 g ／ c m。 ， 井深 5 0 5 0 m 以下 高压 油气 层钻 井液 密度 为 l _ 7 5 ～ 1 ． 9 0 g ／ c m。 。S L K3井顺利 完钻并取全 、 取准 了各 项地质工程资料 ， 为今 后该地区巨厚盐膏层井段 的 钻井施 工 提供 了宝 贵经验 。 收稿 日期 2 0 0 8 0 3 一 l O ； HGF 0 8 0 4 N7 ； 编辑 王 小娜 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m