吉X井煤层气绒囊钻井液实践.pdf

第 3 3卷 第 5期 2 0 1 1年 9月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PRODUCT1 0N TECHNOLOCY V0 1 ． 33 No ． 5 S e p．2 01 1 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 1 0 5 0 0 9 30 3 吉X井煤层气绒囊钻井液实践 王 德桂 何玉 云 渊 毕 延 森 张 毅 罗 红 兵 1 ． 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司， 北京1 0 0 1 0 2 ； 2 ． 北京力会澜博能源技术有限公司， 北京1 0 2 2 0 0 摘要吉x井二开井段 5 3 0 ． 0 0 6 1 6 ． 0 0 m为高压水层， 7 8 0 ． 0 0 ～ 8 6 0 ． 0 0 m井段有 8 0 m砾石层， 目的层山西组地层压力系数 0 ． 5 5 ～ 1 ． O 0 ， 太原组 0 ． 6 7 ～ 1 ．0 3 ， 不同压力系数共存同一裸眼。采用膨润土钻井液、 聚合物钻井液， 钻穿高压水层。但聚合物钻井 液在密度 1 ． 2 ～ 1 ． 5 g ／ c m 、 滴流状态时， 仍无法解决砾石层的井壁失稳和岩屑携带问题。钻至井深 9 2 5 ． 0 0 m后， 通井距井底 7 0 m 无法到底。后改用绒囊钻井液技术， 用重晶石加重， 密度 1 ． 0 3 g ／ c m。 ， 漏斗黏度 9 0 s ， 1 2 h清洗 7 0m沉砂；密度 1 ． 0 7 g ／ c m。 ， 漏斗 黏度 7 0 s ， 顺利钻进到 1 2 7 8 m 完钻， 下套管和固井顺利。绒囊钻井液技术有效地提高了低压 目的层承压能力， 解决了不同压力 系统共存 同一裸眼的工程难题 。 关键词煤层气；绒囊；钻井液；实践 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A Pr a c t i c e o f f uz z y- b a l l dr i l l i n g flui d t e c hno l o g y i n W e l l J i X c o a l be d me t h a ne WA N GDe g u i ， H EY u y u n 2 ，B UY u a n ， B I Y a n s e n ， Z H A NGY i ， L U 0H0 n g b i n g 2 1 ． C h i n aU n i t e dC o a l b e dMe t h a n eN a t i o n a l E n g i n e e r i n gRe s e a r c hC e n t e r C o ． L 以 B e ij i n g1 0 0 1 0 2 ， C h i n a ； 2 ． B e ij in g L i h u iL a b E n e r g y T e c h n o l o gy C o ． L 酰 Be ij i n g 1 0 2 2 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h e s e c o n d o p e n h o l e b e t we e n 5 3 0 m a n d 6 1 6 m i n d e p t h i n W e l l J i X， t h e r e i s a n a q u e o u s l a y e r wi t h h i g h p r e s s u r e ， a n d b e tw e e n 7 8 0 m a n d 8 6 0 m i n d e p t h ， t h e r e i s a g r a v e l l a y e r ． T h e f o r ma t i o n p r e s s u r e c o e ffic i e n t o f S h a n x i t a r g e t i n t e r v a l f o r ma t i o n i s b e tw e e n 0 ． 5 5 a n d 1 ． 0 wh i l e t h e f o rm a t i o n p r e s s u r e c o e ffic i e n t o f T a i y u a n t a r g e t i n t e rva l f o r ma t i o n i s b e tw e e n 0 ． 6 7 a n d 1 ． 0 3 ． a n d d i f - f e r e n t p r e s s u r e c o e ffic i e n t s e x i s t i n a s a l l l e o p e n h o l e ． Be n t o n i t e b a s e d a n d p o l y me r b a s e d d r i l l i n g fl u i d s we r e a p p l i e d i n t h e p e n e t r a t i o n o f h i g h p r e s s u r e wa t e r l a y e r ． Ho we v e r , p o l y me r d r i l l i n g fl u i d s wi t h d e n s i t y o f 1 ． 2 ～1 ． 5 g ／ c m a n d h i g h v i s c o s i ty c a n n o t ma i n t a i n t h e h o l e s t a b i l i ty a n d c u t t i n g c a r r y i n g c a p a c i ty i n t h e gra v e l l a y e r i n d r i l l i n g p r o c e s s ． Th e r e wa s s t i l l 7 0 m c a n n o t r e a c h o v e r t h e o p e n h o l e b o t t o m wh i l e t h e we l l wa s o n l y 9 2 5 m i n d e p t h ． Th e n F u z z y b a l l d ril l i n g fl u i d t e c h n o l o g y wa s a p p l i e d ， wh i c h wa s we i g h t e d b y mi x i n g b a r i t e s ， a n d t h e d e n s i ty wa s i n c r e a s e d t o 1 ． 0 3 g ／ c m ； t h e f u n n e l v i s c o s i t y r e a c h e d t o 9 0 s ； a n d t h e 7 0 m gra v e l wa s r e mo v e d i n 1 2 h o u r s c i r c u l a t i o n ． T h e d r i l l i n g r e a c h e d t o 1 2 7 8 m i n d e p t h s mo o t h l y wi t h fuz z y -b a l l d r i l l i n g fl u i d ， i n wh i c h t h e fl u i d d e n s i ty wa s 1 ． 0 7 g ／ c m wh i l e t h e fun n e l v i s c o s i t y wa s d e c r e a s e d t o 7 0 s ． T h e p r o c e s s e s o f r u n n i n g c a s i n g a n d c e me n t i n g g o we l l s u b s e q u e n t l y ． L o a d i n g b e a r i n g c a p a c i t y o f l o w p r e s s u r e t a r g e t l a y e r i s g r e a t l y i mp r o v e d a n d t h e e n g i n e e ri n g p r o b l e m o f d i f f e r e n t c o e ffi c i e n t s e x i s t i n a c e r t a i n o p e n h o l e s e c t i o n i s s o l v e d b y a p p l i c a t i o n o f d r i l l i n g fl u i d wi t h f u z z y - b a l l t e c h n o l o g y , wh i c h p r o v i d e s a n e w d r i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y f o r t h e l o w- p r e s s ur e c o a l b e d me t h a n e e x p l o r a t i o n ． Ke y wo r d s c o a l b e d me t h a n e ； f u z z y b a l l ； dr i l l i n g fl u i d ； p r a c t i c e 吉 x井是一口煤层气预探井， 直井。钻探目的 是获取鄂尔多斯盆地东部晋西挠褶带南段山西组 基金项 目 作者简介 国家科技重 大专项 2 0 1 1 Z X0 5 0 6 2 0 0 2 0 王德桂 ， 1 9 8 1 年 生。 5 ≠ } 煤层、 太原组 8 ≠} 煤层储层发育特点、 含气性、 储量 参数 ⋯。设计井深 1 2 5 1 ．0 0 m。2 0 1 0 年 9 月 1日， 鄂尔多斯盆地 石炭一二叠 系煤层气开发示 范工程 ” 之 专题 “ 柳林地 区煤层 气储层伤 害控制技术 ” 编 号 主要从事煤层气现场工程技术工作， 工程师。E - m a i l w d g 8 1 0 4 1 6 3 ．c o m。 9 4 石油钻采工艺 2 0 1 1 年 9月 第 3 3卷 第 5期 O3 1 1 ． 1 m m 钻头开钻 ， 9月 1 1日钻 至 5 5 ． 0 0 m 一开 完钻， 下人 0 2 4 4 ．5 mill 套管至 5 5 ．0 0 m； 9 月 1 1日， 二开 ， O2 1 5 ． 9 mm钻头钻至井深 1 2 7 8 ． 0 0 m 完钻 ， 下 人 O1 3 9 ． 7 mm套管至 1 2 7 5 ． 0 0 m。施工过程 中钻遇 高压水层 、 坍塌砾石层， 普通膨润土、 聚合物泥浆性 能维护困难。地层涌水 量大 、 接单根困难 、 卡钻 等频繁发生。井漏 也是该地区煤层气钻井过程中 普遍存在的问题。原钻井液体系不能满足施工要求 ， 改用绒囊钻井液体系 ， 复杂情况得 以解除 ， 顺利完 钻。该井事故复杂处理过程具有一定代表性， 研究 绒囊钻井液在该井的应用过程， 可以为该地区其他 井提供经验。 1 钻井液技术难点及对策 吉 x井曾先后使用膨润土钻井液 、 聚合物钻井 液、 绒囊钻井液等 3 种钻井液体系。采用绒囊钻井液 之前， 钻至石千峰组发生涌水， 掉块、 坍塌频繁， 多次 处理钻井液封堵涌水层 ；钻穿 7 8 0 ～ 8 6 0 m大段泥岩 与砾石夹层时 ， 钻速极快 ， l ～ 2 m／ mi n ； 9月 2 4 E t 钻至 9 2 5 m， 聚合物钻井液密度调至 1 ． 2 g ／ c m ， 井 口循环出 大量 2 0 ～ 3 0 r n l n的掉块， 上提钻具遇卡， 接单根遇阻， 无法继续施工。测井解释证实 ， 钻遇 7 0 ～ 8 0 1 Y l 破碎泥 岩与裂隙含砾砂岩， 4 4 8 m - 8 7 0 r n 扩径 2 4 0 ～ 5 5 0 m m。 此时， 该地区煤层气钻井主要面临的难点是 ， 清洁井 眼、 稳定井壁 、 封堵涌水层 ， 特别是 目的层山西组地层 压力系数 0 ． 5 5 ～ 1 ． 0 0 、 太原组 0 ． 6 7 ～ 1 ． 0 3 ， 不同压力系数 共存同一裸眼。漏失也是该井潜在复杂情况之一 。 1 ． 1 技术难点 1 ． 1 ． 1 地层方面不同地层压力系数共存同一裸眼， 钻井液密度选择困难， 钻井液的密度大于 1 ．0 3 g ／ c m 3 易漏失 ， 小于 1 ． 0 g ／ c m 易涌水 ， 而且 4 4 8 ～ 8 7 0 m的破 碎泥岩与裂隙含砾砂岩在钻井液密度 1 ．0 3 g ／ c m 时 仍然有大量掉块 ， 造成无法下钻到底；相同密度下石 盒子组地层岩石的应力不 同， 应力较低的井段容易 出现掉块 、 坍塌 。 1 ． 1 ． 2 钻井液方面石千峰组 与石盒子组地层的 泥岩井段容易水化、 分散造浆， 且在不同压力系数共 存的情况下， 石千峰组地层存在涌水 ， 太原组又存在 漏失， 致使钻井液性能维护困难；在携岩困难的情 况下， 提高钻井液黏度， 一方面要有较高的动塑比， 另一方面又要保证钻井液有很好的流变性， 普通钻 井液很难做到；过高的固相含量会增加摩阻， 危害 井下安全 ， 同时影响机械钻速 。 1 ． 1 - 3 设备方面现场固控设备有限， 没有除泥器、 除砂器 和离心机 ， 高黏度情况下振动筛不能正常使 用 ， 给普通钻井液控制固相含量带来一定难度 。 1 ． 2 技术对策 膨润土钻井液 自身存在缺陷， 无法解决以上问 题。绒囊技术 可以通过在不 同层位加入成核剂 、 成膜剂调节密度 ， 平衡地层压力 ， 绒囊钻井液在绥中 3 6 1 油田的应用效果表明， 绒囊体系能提高地层承 压能力 3 0MP a 。 对于存在坍塌地层的井， 可加入定位剂调节黏 度和切力， 提高携岩能力。绒囊钻井液在漏斗黏度 5 0 S 左右时， 动塑比达到 0 ．9以上， 可以保证岩屑能 够被顺利携带出井口。 绒囊钻井液的润滑系数在 0 ． 1 左右 ， 小于或接近 于油基钻井液的润滑系数， 可以满足润滑性要求。 对 于石盒子组的松散 、 破碎和遇水失稳低层 ， 需 要提高钻井液的滤失与造壁性和抑制性， 稳定井壁。 绒囊钻井液 A P I 滤失量小于 5 ．0 mL ／ 3 0 m i n ， 滤液使 标准钠土的膨胀率小于 1 1 ％， 抑制性可以满足要求。 在固控设备有限的情况下， 为保证井下安全， 使 用无固相的绒囊体系， 减少惰性加重材料和膨润土 使用， 降低钻井液固相含量 j。 2 现场实践 吉x井一开采用膨润土钻井液， 密度 1 ．0 3 ～ 1 ．0 7 g ／ c m ， 漏斗黏度 3 2 ～ 4 0 S ， 5 5 m 以上的地层属 于地 表 的黄土层 ， 施工难度较小 ， 未 出现复杂情况 ， 顺利 固井。 二开 5 5 ～ 9 2 5 m采用聚合物钻井液 ， 在 5 3 0 ～ 6 1 6 m井 段 钻 遇高 压 水 层， 7 8 0 ～ 8 6 0 m钻 遇 8 0 r n砾 石 层 ， 连续出现涌水 、 掉块、 遇卡现象 ， 由于地层条件复 杂 ， 聚合物钻井液调整 比较频繁。密度范围 1 ． 0 5 ～ 1 ． 5 g ／ c m ， 漏斗黏度范围3 3 S ～ 滴流， 仍然不能钻穿复杂 地层段 ， 具体调整过程如下 。 2 0 1 0年 1 0月 8日电测 ， 仪 器 在 6 1 0 m 遇 阻 ， 通井 8 7 0 m遇阻划 眼， 试验数次均在此遇阻。电测 结果 从 5 0 ～ 4 4 8 m显示较均匀井径 2 5 c m左右； 4 5 0 ～ 8 7 2 m显示 2 4 ～ 5 6 c m不等， 较之井径垮塌扩大 严重的是 4 6 0 r r l 左右 1 5 m井段 、 5 0 0 m左右 1 2 m、 5 7 5 m 左 右 1 0 m、 6 0 0 ～ 7 6 0 m 约 1 5 0 m、 8 6 0 ～ 8 7 0 m 约 9 0m， 还有 7 0m 因沉砂未测到底。 由于无法继续施 工， 2 0 1 0 年 1 0月 1 4日采 用 高性能绒囊钻井液处理吉 x井的复杂情况， 配方 王德桂等 吉 x 井煤层 气绒 囊钻 井液实践 9 5 0 ． 0 5 ％～ 0 ． 2 U ／ 0 Na OH 0 ． 1 ％～ 0 ． 2 u／ 0 Na CO3 0 ． 5 ％～1 ． 5 ％ 绒毛剂 0 ． 5 ％～ 2 ． 0 ％ 囊层 剂 0 ． 1 ％～ 0 ． 4 ％ 成核剂 0 ． 1 ％～ 0 ．4 ％ 成膜 剂 1 0 ％～ 3 0 ％ 重 晶石 。性 能 密 度 0 ． 9 8 ～ 1 ． 0 7 g ／ c m ， 漏 斗黏 度 7 0 ～ 9 3 S ， 塑 性 黏度 1 5 mP a S ， 动塑 比 1 ． 2 。循环 4 8 h后 ， 井 内涌水 、 漏失 、 掉 块、 坍塌、 卡钻、 井底沉砂、 接单根困难等复杂情况得 到有效解决， 复杂情况解除， 平均机械钻速 1 ． 5 5 m ／h 。 最终顺利完钻 ， 完钻井深 1 2 7 8 ． 0 0 m。 3 钻井液技术对比 根据吉 x井施工需要 ， 全井采用了膨润土 、 聚合 物和绒囊共 3 种钻井液体系， 具体应用效果如下。 一 开 0 ～ 5 5 m 井段采用膨润土钻井液 ， 该井段 主要是地表 的黄土层 ， 对钻井液的主要技术要 求是 以防垮 、 防漏为主， 适合采用普通膨润土钻井液， 膨 润土体系可以形成一定质量的泥饼， 起到稳定井壁 的作用， 能够满足表层钻进要求。 二开 5 5 ～ 9 2 5 m 井段采用聚合物体系， 二开开 始至进入 目的层 以前 ， 钻井液 以防垮 、 防漏 、 防水 涌 为主， 为保证地质录井准确性， 全井段钻井液中不能 使用含有荧光的处理剂。聚合物体系在 5 5～ 5 3 0 m 施工顺利 ， 从 5 3 0 m开始 ， 逐渐出现涌水 、 掉块 、 漏失 现象， 导致遇卡， 接单根困难， 影响了下一步的施工， 密度从 1 ． 0 5 g ／ c m 逐渐 调整到 1 ． 5 g ／ c m ， 漏 斗黏度 从 3 3 S 调整到滴流状态， 复杂情况仍然未能解除。 说明普通聚合物体系的抑制性不够， 导致了掉块越 来越严重， 出现遇卡； 润滑性不够， 导致上提钻具阻 力过大， 接单根困难； 滤失与造壁性不够， 导致井壁 失 稳 ；携岩能力不够好 ， 滴流状态下仍不能满足携 岩要求， 不适合这种复杂地层的钻进要求。 二开 9 2 5 ～ 1 2 7 8 m 井段采用绒囊体系 ， 根据复 杂情况， 利用绒囊体系密度可调的特点， 将体系密度 保持在 0 ．9 8 ～ 1 ．0 7 g ／ c m ， 漏斗黏度保持在 7 0 ～ 9 3 S 之 间， 大量泥岩掉块 2 0 ～ 3 0 mm 被循环 出井 口， 循环 4 8 h后循环出大量新 的细小岩屑 ， 上提钻具无 明显 阻力 ， 复杂情 况得 到解 除。在处理复杂情况 的过程 中， 绒囊体系的抑制性 。 。及滤失与造壁性有效控制 了泥岩的水化膨胀 ， 稳定了井壁， 使得掉块现象得到 控制；阻力明显减小， 说明绒囊体系的润滑性能满 足该复杂情况的施工要求； 在漏斗黏度保持在 7 0 S 左右时 ， 此时动塑 比 1 ． 2 ， 能够满足携带大块 2 0 ～ 3 0 m m 泥岩掉块的要求， 说明绒囊体系良好的携岩能 力， 适合该复杂情况的施工要求。 在非煤层段钻进时， 绒囊钻井液体系密度控制 在 1 ． 0 1 ～ 1 ． 1 3 g ／ c m ， 以平 衡地 层 压力 ， 保 证井 下安 全 ； 在煤层段钻进时 ， 为保护储层 ， 采用低密度绒囊 钻井液钻进 ， 密度控制在 1 ． 0 g ／ c m 以下 ， 同时降低滤 失量 ， 控制储层伤害 ；加人黏土抑制剂 ， 抑制煤系地 层中的黏土分散， 保护储层 。 4 结论及建议 1 对于石千峰组与石盒子组泥岩井段， 提高绒 囊钻井液的抑制性， 可防止泥岩水化膨胀， 稳定井 壁 ；同时提高绒囊钻井液 的携岩能力 ， 防止原有掉 块造成砂桥卡钻 。 2 解决 同一裸 眼地层压力系数不 同的工程难 题 ， 绒囊钻井液体系可提高地层承压能力 ， 平衡地层 压力。 3 建议在该 区块施工前 ， 做好工程 和地质方面 的调研， 提前储备好钻井液体系， 降低作业风险。 参考文献 [ 1 ] 张胜利， 李宝芳， 陈晓东 ． 鄂尔多斯盆地东缘煤层气控 制因素探讨 [ J ]． 石油勘探与开发， 1 9 9 6 ， 2 3 4 l 1 ． 1 4 ． [ 2] 曾铁 军， 左明星， 徐培武 ． 煤层气钻井技术的应用研究 [ J ]． 探矿工程， 2 0 0 5 1 1 4 8 ． 5 0 ． [ 3] 于顺明， 常淑敏 ． 煤层气井钻井工艺技术探讨 [ J ]． 石 油钻 采工艺， 1 9 9 8 ， 2 O 1 1 8 2 4 ． [ 4] 郑力会 ． 仿生绒囊钻井液煤层气钻井应用现状与发展 前景 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 1 ， 3 3 3 7 8 8 1 ． [ 5] 郑力会， 曹园， 韩子轩 ． 含绒囊结构的新型低密度钻井 液 [ J ]． 石油学报， 2 0 1 0 ， 3 1 3 4 9 0 ． 4 9 3 ． [ 6] 张翔 ， 田景春， 陈洪德 ． 鄂 尔多斯盆地上二叠统石千峰 组岩相古地理及 时空演化 [ J ] ． 成都理工大学学报， 2 0 0 9 ． 3 6 2 1 6 5 1 7 1 ． [ 7] 郑力会， 孔令琛， 曹园， 等 ． 绒 囊工作液防漏堵漏机理 [ J ]． 科学通报 ， 2 0 1 0 ， 5 5 1 5 1 2 2 0 。 1 2 2 8 ． [ 8] 宋元成 ． 用承压堵漏方法解决异常低压地层阻卡的应 用 [ J ]． 西部探矿工程， 2 0 1 0 1 0 8 2 ． 8 4 ． [ 9 ] 郑力会． 钻井液处理手册 [ M] ． 北京 石油工业出版社， 2 008 ． [ 1 0] 郑力会， 赵雄虎 ． 钻井_ 1 2 作流体导论 [ M ]． 徐州中 国矿业大学出版社， 2 0 0 8 ． [ 1 1 ] 郑力会 ， 孟尚志， 曹园． 绒囊钻井液控制煤层气储层伤 害室内研究 [ J ]． 煤炭学报， 2 0 1 0 ， 3 5 3 4 3 9 ． 4 4 2 ． 修 改稿收到 日期2 0 1 1 - 0 7 1 O [ 编辑付丽霞 ]