华北油田浅层气井钻井液技术.pdf

第 2 5卷 第 4 期 2 0 0 8年 7月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI I LI NG F LUI D CoMP LETI ON FLUI 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 5 6 0 2 华北油 田浅层气井钻井液技术 王立泉 庞维华 胡景东 张玉军 王文秀 万建仓。 1 ． 华北石油管理局第二钻井工程公司， 河北任丘； 2 ． 华北石油管理局钻井工艺研究院， 河北任丘； 3 ． 渤海石油职业学院 ， 河北任丘 摘要 浅层气井钻井施工 中常发 生井喷事故 ， 引发着 火、 井眼垮塌 、 钻具 遇卡 或井 眼报 废， 甚 至因井喷 导致地 表坍 陷、 钻机被埋 ， 还会对环境造成破坏和污染 。根据地 层情况 ， 完善并制定 了一套切 实可行 的钻井液技 术方案和 工艺措施 ， 确保 了浅层气井钻井施工安全。钻井实践表明 ， 采 用的浅 层气井钻井液技术， 达到 了安全 钻探 目的。 关键词 浅层 气 井眼稳定 防止地层损 害 环境 保护 华北油 田 中国分类号 TE 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 在华北油田廊坊、 霸州和文安区域都分布有浅层 气， 这些区域的已完钻井在钻井施工中曾发生井喷事 故。浅层气井钻井一旦失控而发生井喷， 便会引发着 火 、 井眼垮塌 、 钻具 遇卡或井 眼报 废 ， 甚 至 因井喷导致 地表坍陷、 钻机被埋 ， 还会对环境造成破坏和污染。 1 浅层 气井施工难度 1 气层埋藏深度浅。华北油田浅层气埋藏深度 为 6 5 O ～8 0 0 IT I 明化镇 组 地 层 和 1 1 0 0 ～ 1 5 0 0 m 馆陶组地层 。明化镇组和馆陶组地层岩性为泥岩 与 粉细砂 岩 交互成 不 等 厚 度 ， 馆 陶 组底 部 存 在 底 砾 岩 。浅层气地层成岩性较差 ， 可钻性好 ， 造浆性强 ， 钻进过程中易发生憋漏现象； 一旦钻进浅层气井段 ， 钻 井液 性能将 会 受到浅 层气 的影 响 ， 发生气 侵 。 2 浅层气上升运移快。由于气层埋藏深度浅 ， 钻开气层后 ， 气体立 即侵入钻井液 中， 置换运移 ， 在 较短时间内便可到达地面， 井 口外溢现象来不及观 察 即会发 生井 涌或井 喷 。 3 失 控时难 以正 常关 井 。浅层 气井 段地 层渗透 性好 ， 若 发生井 喷后关 井 可能 导致 憋漏 套鞋 处地层 ， 使浅层气沿地表连通缝隙外 冒， 井 口周边乃至井场 周边 出现险情 ， 处理难度增大。 2 技 术 思路 与 对 策 2 ． 1 技术思路 ①浅层气井井身结构要合理 ， 保证 固井质量 ； 必 须安装井控设施 ， 进行严格的试压 ， 达到井控要求。 ②根据浅气层井段压力 系数 ， 按气井规定附加值提 前调整钻井液密度 ， 以平衡气层压力的需求 ； 钻开气 层后循环钻井液测后效 ， 进一步确立钻井液密度 ； 如 观察起钻灌浆和井 口返浆情况。③采用聚合物钻井 液， 用降滤失剂维 护处理 ， 保证 钻井液 有较低 的黏 度、 切力和滤失量 ， 防止地层泥岩水化分散造浆形成 小井 眼 ， 造成 起钻 遇 阻 、 下 钻 划 眼 ； 钻 具 结 构 在满 足 工程要求的条件下应尽量简化 ， 防止井下复杂化。 2 ． 2 技术对策 ①浅层气井浆一开表层套管下人深度应封住平原 组地层 ， 水 泥返 至地面 ； 二 开前 安装 防 喷器组 ； 同时准 备储备重浆罐 2 ～3 个， 储备 2 ／ 3井眼体积的密度大于 1 ． 3 0 g ／ c m 3的重浆 。②进入浅 气层前 ， 根据地质 预告 ， 钻进过程中及时加重钻井液。③钻进时密度产生的液 柱压力与泵循环压力共同作用在井筒内， 起钻前必须 考虑泵循 环压耗 的消失 ， 所 以起钻前 应先起 几个立柱 钻具， 循环测有无后效现象， 再决定是否调整钻井液密 度 ， 达到平衡 地层 压力 。④ 落 实坐 岗制 度 ， 观察 井 口、 罐液面变化情况， 起钻保证灌入井眼内同钻柱体积的 钻井液量。⑤维护处理钻井液使其抑制能力强 ， 黏度 和切力低， 并有良好的携屑能力 ， 防止上返岩屑形成二 次造壁， 保持井眼清洁、 稳定、 畅通。⑥钻开浅气层时 避免压力激 动 ， 引发 井漏 。⑦在 浅层 气井 网密集 的地 区钻井施工， 应注意异常压力的浅层气存在， 严格按气 井作业要求施工。⑧完井电测及下套管作业前， 一定 要进行短程起下钻 ， 测后效， 根据井下情况确定调整密 度， 下套管时注意控制套管下放速度， 慎防井漏 ， 电测 作业要及时灌浆， 保证井筒内液柱压力。 第一作者简 介 王立泉 ， 工程师， 1 9 8 4年毕 业于 华北 石油职工 大学钻 井工程专业 ， 现在从事 现场钻 井液技术和 管理工作。 地址 河北省任 丘市华北 石油管理 局第二钻 井工 程公 司工程技 术部 ； 邮政编码 0 6 2 5 5 2 ； 电话 0 3 1 7 2 7 8 9 2 9 4 。 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 王 立泉等 华 北油 田浅层 气井钻 井液技 术 5 7 3 钻井 液工 艺技术 3 ． 1一开 文 9 6 区块 和京 1 1断块 井 一开 用 4 4 4 ． 4 mm 钻 头、 膨润土浆钻进， 钻井液密度为 1 ． 0 6 g ／ c m 、 黏度为 2 9 s ， 钻至设计 井深循 环钻 井液后 ， 用 黏度 为 3 5 ～4 5 S 的稠浆封裸眼， 起钻后下人 3 3 9 ． 7表层套管封住平原 组 。该井段钻进根据实际地层情况 ， 须达到井 身结构 的 合理性。一开钻深必须用 3 3 9 ． 7 m m表层套管封住平 原组 ， 保证水泥浆返至地面 ， 并完全封固好井 眼。 3 ． 2二开 二 开用 2 1 5 ． 9 mm 钻 头 、 聚 合 物 钻 井 液 钻 进 ， 在一 开钻 井液 中加 入 3 8 0 k g N a C O 。 、 1 5 O k g T B TS 、 5 0 k g Na OH、 3 0 0 k g NP A N。钻进 过程 中用 0 ． 1 ～ 0 ． 1 5 T B T S和 0 ． 5 ～ 1 ． 5 Y I N F N P AN 一 2 胶 液 维护 ， 以抑制钻屑水化分散， 控制造浆， 降低滤失量， 保持较低的黏度和切力 。钻井液黏度为 2 8 ～3 2 S ， 密 度 为 1 ． 0 6 ～1 ． 1 5 g ／ c m 。 ， 初切力 为 0 ～0 ． 5 P a ， 终 切力 为 0 ． 5 ～1 ． 0 P a ， 动切力 为 2 ～4 P a ， 上 部井 段维 护 处 理要 调控好各种处 理剂 的加量 比例 ， 关 注振 动筛上 的 岩屑 ， 以不黏附振 动筛 网为宜 。 在 钻 开 浅 气 层 前 5 0 m， 对 钻 井 液 性 能 适 当 调 整 ， 使其 密 度 为 1 ． 1 8 ～ 1 ． 2 0 g ／ c m。 ， 黏 度 为 3 0 ～ 3 5 S ， 动切 力为 2 ～4 P a ， 塑 性 黏度 为 5 ～8 mP a S 。 浅 气 层 地层 压力 系 数一 般 为 0 ． 9 3 ～ 1 ． 0 3 ， 按 钻气 层 附 加 地 层压 力 系数为 0 ． 0 7 ～ 0 ． 1 5的 规定 进 行 调 整 。在 钻 进过 程 中 ， 钻井 液密度 可 稍低 ， 使 其液 柱压 力 与 循 环 泵压 之和能 平 衡 地 层 压力 ， 防 止 压力 激 动 造 成 井 漏 。起 钻前 循环 钻 井 液 后 进 行 短 程起 下钻 ， 循 环 测 后 效 ， 判 定钻 井液 密度 能否 满足 压稳 地 层 的需 求 ， 并 保证起下钻有足够 的安全作业 时间， 避免直接起 钻 因循环 压力 的消 失 使 井 内液 柱 压 力 降低 ， 加 上 起 钻 时抽汲 效应 ， 即便 是灌 浆及 时 ， 也 可诱 发井 喷事 故 。 钻穿 浅气层 以后 ， 用 0 ． 1 5 T B TS 、 1 NP A N 一 2 、 1 ． 5 F T1 0 3 胶液维护处理钻井液 ， 保证其性能稳定， 控 制其密度 为 1 ． 2 0 ～1 ． 2 2 g ／ c m3 ， 黏 度为 3 5 4 0 s ， 动 切力为 3 ～6 P a ， 塑性黏度为 5 ～1 0 r m P a S ， 滤失量小 于 5 mL ， 高压 高 温 滤 失量 8 0℃、 3 ． 5 MP a 小 于 1 5 mL ， p H值 为 8 ． 5 ～9 ． 0 ， 固相体 积含 量 为 8 ～1 0 ％， 静切 力 为 1 ～2 ／ 3 ～ 6 P a ／ P a 。由 于 钻 速 快 ， 钻 屑 多 ， 泥岩易分散造浆 ， 必须保证有效排量 ， 冲刷清洁井 眼； 钻井液保持低黏度和低切力的同时 ， 改进其润滑 性 能和携带 能力 ， 避 免拔 活 塞时 抽汲 无 法 正常 灌 浆 ， 使 液柱压力 降低 ， 浅层气引 流入井发生井 喷 。 完钻前 钻 进 用 3 9 ， 6 ～ 5 S P NH 或 1 ～ 2 S F J 一 1 的胶液 ， 配合 0 ． 5 ～ 1 NP A N 一 2 或 YI NF 和 1 ～ 1 ． 5 F T1 0 3胶液维护处理 ， 改进钻井液流型 ， 控制 滤失量 ， 提 高钻 井液 的润 滑防 塌 能力 ， 使钻 井液 泥 饼 摩阻 系数小 于 0 ． 1 0 ； 后 期钻进 中加 强钻井液 性能 的监 测 、 调整 ， 注 意补充 磺 化处 理剂 S P NH 和防 塌 润滑 剂 F T1 0 3 J Y G P - 1 ， 提高钻井液泥饼质量 ， 增进造壁性。 钻井完井液 的性 能 控 制根 据 不 同 区域地 层 压 力而 有 所 不 同。 文安地 区钻井完井 液密度为1 ． 2 2 ～1 ． 2 5 g ／ c m。 ， 黏度 为 4 0 4 5 S ， 动切力 为 5 ～8 P a ， 塑性 黏度 为 5 ～1 0 mP a S ， 中压滤 失 量小 于 5 mL ， 高 温 高压 滤 失量 8 0℃ 、 3 ． 5 MP a 小 于 1 5 mL， p H 值 为 8 ～9 ， 固 相体 积 为 8 ～ 1 0 ， 静 切 力 为 1 ～ 2 ／ 3～ 5 P a ／ P a 。 廊坊 地 区钻 井完井液 密度为 1 ． 4 5 ～1 ． 5 0 g ／ c m。 ， 黏度为 4 5 ～5 5 S ， 动切力 为 7 ～1 2 P a ， 塑性黏 度 为 8 ～1 5 m P a S ， 中压滤 失量 小 于 5 mI ， 高 温高 压 滤失量 1 0 0 C、 3 ． 5 MP a 小于 1 5 mL ， p H 值 为 8 ． 5 ～ 9 ． 5 ， 固相体 积为 1 0 ～ 1 5 ， 静 切 力 为 1 ～3 ／ 2 ～ 6 P a ／ P a 。需要 注 意 的是 ， 钻 完设 计 井 深循 环 清 洁井 眼 ， 进行短程 起下 钻 循 环测 后效 ， 测 定 钻井 液 密 度无 变化 ， 井下正常 ， 再起钻电测及下套管作业。 4技 术 效 果 近 年来针 对浅 层气 井施 工采 取 的处 理 对 策及 技 术 ， 保证 了钻井安全。钻井施工 中无发生井下复杂 情 况 和井喷事 故 ， 井眼 畅通 ； 密度 控 制 范 围满 足地 层 压力 变化 需求 ， 施 工正 常 ； 钻 井液 性 能 指标 实 现 了适 当黏度 和切力 ， 合 理 的密度 ； 钻 井液 性 能具 有 良好 的 抑 制性 、 润滑 性 和清 洁井 眼及 防塌 能力 ， 钻 井 液性 能 稳 定 ， 钻 井成 功率 为 1 0 0 。 5认 识 与 结 论 1 ．浅层气井钻井施 工要综合分析判 定钻井液 密度范围， 使其满足适应钻进和起钻等作业 的要求 。 采用 的浅层气 井钻 井液 技术 ， 满 足 了钻井 需要 。 2 ．优化井身结构， 安装可靠 的防喷器组。虽然 浅层 气 地层压 力 一 般 属 正 常 压 力 范 围 ， 但 钻 开 浅 层 气时应慎防异常压力的存在 ， 提高井控意识。 3 ．要 了解 新 施 工 井 附 近有 无 注 水 井 及 注水 层 位 ， 并掌握 已投产邻井施工过程中出现的井下情况 ， 分析确定钻井液密度， 给邻近注水井停注泄压 ， 不要 盲 目地 调整钻 井液 密度 。 收稿 日期 2 0 0 0 8 0 1 2 2 ； HGF 0 8 4 A 9 ； 编 辑 张炳 芹 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m