冀中地区第三系水平井钻井液技术.pdf

第 2 5卷 第 6期 2 0 0 8年 1 1月 钻 井 液与 完 井 液 DRI I I I NG FL UI D COMPL ETI ON FL UI D Vo1 ． 2 5 NO ． 6 NO V．2 0 08 文 章编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 6 0 0 8 0 0 3 冀中地区第三系水平井钻井液技术 赵江印 王勇。 李茹 杨玉林 商鹏辉 崔柄 刚 冯逸 1 ． 渤海钻探工程有 限公 司第六钻井工程公司， 河北晋州 ； 2 ． 渤海钻探工程有限公司国际工程分分司 ， 天津 摘要 针对地层特点及水平 井钻井对钻 井液的要求 ， 冀 中地 区第三 系水平 井采用 了有机 黑色正 电胶一 聚 磺防 塌防卡钻 井液 。该钻井液不但具有正 电胶钻井液 良好 的携带悬浮能力， 而且具有聚合物钻 井液 的强抑制特性和 良 好的防塌能力 ， 有效地控制 了岩屑分散和地层垮塌 ； 井眼清洁能力强 ， 减轻 了岩屑床 的形成 ； 润滑能力 强， 有效地 防 止 了压差卡钻 的发生 ， 尤其是复合润滑技 术的应用 ， 有效缓 解 了托压 问题 。在 1 0口井的应用结果表 明， 该钻 井液 工艺技术满足 了冀 中地 区第三系水平井 的钻井需要 关键词 水平井 聚磺钻井液 井眼稳定 井眼净化 冀 中地 区 中图分类号 TE 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 近年来 ， 华北油田冀 中地 区第三系水平井钻井 逐 渐展开 。 由于 绝大 多 数 的水 平 井不 下技 术 套 管 ， 而且钻井液的使用密度较高 ， 这些井钻井施工的难 度均很大。为了确保钻井安全和节约成本 ， 优选 出 了适应于第 三 系 地层 水 平 井 的有 机 黑 色 正 电胶一 聚 磺防塌防卡钻井液 ， 并建立 了相应的润滑防卡 、 井眼 净化、 井壁稳定技术和合理的钻井液参数， 有效地防 止了 因钻井 液 问题 引起 的井下 复杂事故 的发 生 。 1 地层 特 点 冀 中地 区馆 陶组 以上地 层 为 砂 泥岩 互 层 沉 积 。 由于埋藏浅， 成岩性差、 砂岩疏松， 泥岩含水较高， 蒙 皂石与伊蒙无序间层含量高， 地层易水化膨胀、 分散、 造浆； 砂岩渗透性很好， 井壁易结厚泥饼 ， 形成小井 眼， 若措施不当， 易造成起钻拔活塞、 砂桥卡钻、 测井 困难等复杂情况 。东营组地层以泥岩和砂岩为主， 伊 蒙无序间层 中的蒙 皂石 含量 随着埋 藏深度 的增加 逐 步减少， 其蒙皂石的水化膨胀分散造浆、 坍塌与伊利 石的水化膨胀、 剥落掉块、 坍塌等均有可能发生。因 此该段地层在钻进过程中， 易造浆 ， 易坍塌掉块 ， 易形 成糖葫芦井眼， 导致测井困难、 卡钻事故等复杂情况。 沙河街组 地层成 岩性较好 ， 地层 黏土矿 物的伊蒙 问层 从部分无序转为有序， 其地层压力由于特殊岩性 如 含膏泥岩、 油页岩等 的侵入 ， 使正常的压力系统产生 了异常变 化 ， 易导 致井壁 垮塌 、 卡钻事故的发生 。 2 现 场钻井液及其维护处理要点 2 ． 1一开 施工过程中， 采用大排量钻进， 适当提高钻井液 的黏 度 ， 确保 表层套 管顺 利下入 。钻井 液配方 如下 。 1 0 0 m。 清水 3 ～4 膨 润 土 0 ． 2 ～ 0 ． 3 9 ／ 6 纯碱 0 ． 0 5 ～0 ． 1 K P AM 2 ． 2 直井段 1 1 ① 钻 进 过 程 中 用N P A N 0 K P A M 0 3 ～ 5 1 胶 液维 护， 使 NP A N 含量 为 0 ． 5 ～0 ． 8 、 KP A M 含量 为 0 ． 2 ～0 ． 3 ； ②用 四级 固控设 备 清 除和降低有害固相含量， 保持钻井液具有良好的流动 性 ； ③用 2 1 6 mm钻头钻进时 ， 使用低黏度 3 0 ～3 4 s 、 低切力钻井液和适当排量， 以冲洗井壁 ， 避免虚泥 饼 的形成 ； ④ 随井深增加 ， 逐渐补充 S P NH、 S MP等处 理剂 ， 降低钻井液滤失量， 改善泥饼质量， 提高钻井液 的造 壁性 ； ⑤进入 易塌段前 ， 补充 2 ～3 的防塌剂 ， 提高钻井液的防塌能力。钻井液配方如下。 基浆 0 ． 2 5 ～0 ． 3 0 K P AM 0 ． 5 ～ 0 ． 8 ％ N P AN 2 ． 3 斜井段 ①造斜前补充液体润滑剂 ， 同时将钻井液滤失 量 控制 为 5 ～6 mL； ②进入 斜井段 后 ， 逐 渐加入 有机 黑 色 正 电 胶 ， 提 高 钻 井 液 的 携 带 、 悬 浮 能 力， 并 利用 四级 固控 设备 ， 降低劣 质土 含量 ， 使 钻井液 具 第一作者简 介 赵江 印， 工程师， 1 9 6 2年 生， 1 9 8 1年 毕业干华北石 油学校钻 井专业 ， 长期从 事钻 井液技 术管理工作 。地 址 河北省晋州市工 业路华油第四钻井工程公 司泥浆站 ；邮政编码 0 5 2 2 6 0 ； 电话 0 3 1 7 2 7 4 5 5 1 4 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 6期 赵江印等 冀 中地 区第三 系水平井钻 井液技术 8 l 有良好的流动性和携砂能力 ； ③井斜角增到 3 0 。 左右、 摩阻系数 超 过要 求 时 ， 混 入 6 原 油 ， 保 证 钻 井 液 具 有良好的润滑性， 控制泥饼摩阻系数小于 0 ． 0 6 ； ④随 井斜角增大， 逐渐加大有机黑色正电胶的用量 ， 同时 补充极压液体润滑剂 、 极压 固体润滑剂和乳化石蜡 ， 使钻井液具有 良好 的润滑性； 及时补充防塌剂， 提高 钻井液具的防塌能力 ； ⑤合理控制流变参数 ， 提高钻 井液的动切力 ， 使动塑比为 0 ． 3 0 ～O ． 4 5 P a ／ mP a s ， 增 强携砂 能力 。同时控制钻井泵排量 ， 坚持短程起下 钻 ， 防止 形成岩 屑床 ； ⑥在 钻 井液 中及 时补 充 防塌 剂 和 S MP - 1等处理剂， 将 钻井 液滤失量 降至 4 mL左 右 ， 以改 善泥饼质量 、 保 证井壁稳 定 。 2 ． 4 水平 段 ①进人水平段 前在钻井液 中混入 3 ～5 原 油， 使水平段的钻井液泥饼摩阻系数小于 0 ． 0 5 ； ②加 入 1 ． 5 ～2 防塌剂 、 1 ～ 1 ． 5 S MP 、 2 ～3 超 细度碳酸钙， 实施屏蔽暂堵技术 ； ③控制含砂量小于 0 ． 2 ， 滤失量小于 3 mL， 高温高压滤失 量小于 1 0 mL ， 降低钻井液对油层的损害； ④适当提高有机黑色 正电胶的用量， 补充极压液体润滑剂 、 极压固体润滑 剂和井壁稳定 剂 ； ⑤控制 钻井液动 塑 比为 0 ． 4 O ～O ． 4 8 P a ／ mP a S ， 同时控制钻井泵排量 ， 采用紊流钻进 。 2 ． 5 典型井路 4 3平 3井应用技术 路 4 3平 3井位于冀 中地区饶 阳凹陷留西油 田路 4 3断块 ， 完 钻井深 为 4 2 0 2 m， 目的层 为 E s 。 ， 造 斜点 井深 为 3 4 5 1 m， 最 大井 斜 为 9 4 ． 9 。 ， 最 大 水平 位 移为 5 7 9 ． 2 1 m， 水平段长 3 1 2 m， 钻井周期为 6 3 ． 6 3 d 。该 区块 沙河街组地层 易发生井壁 失稳 ， 从 而导 致大 段划 眼， 甚至卡钻事故的发生。因此 ， 采用了有机黑色正 电胶一 聚磺防塌防卡钻井液 以及相应 的润滑防卡 、 井 眼净化和井壁稳定等技术， 顺利地完成 了钻井任务 ， 事故 复杂时效为零 ， 该 井钻井液 性能见 表 1 。 表 1 路 4 3平 3井钻井液性 能 3 48 1 6 1O 2 O 98 2 7 66 3 O57 3 3 64 4 2O2 7． O 8 3． o 5． O 1 2 4． o 5． O 1 9 7 ．5 4． 5 2 1 8 ．o 2． 5 2 5 1 o． o 1． 5 2 6 1 2 ．o 3 钻井液难 点技术【 1 ] 3 ． 1 润滑防卡问题 进入斜井段采用以下技术措施 ①加入足量的防 卡剂， 降低泥饼摩擦系数； ②严格控制钻井液的滤失 量和泥饼厚度， 保持泥饼薄而坚韧 ； ③防止岩屑床 的 形成或尽量减少其厚度 ； ④采用四级净化设备， 降低 钻井液中的有害固相 ， 再配合合理 的钻井工程措施， 可有效地控制压差卡钻的发生 。由于使用 MWD和 L WD随钻测斜仪器不允许用塑料球， 只能选择液体 润滑剂， 因此采用原油作主润滑剂。随井斜的增大， 为提高钻井液的润滑防卡能力 ， 同时交替加入了极压 液体润滑剂、 固体润滑剂以及乳化石蜡。 3 ． 2 井眼净化问题 在斜 井 段 钻 井 过 程 中 ， 控 制 泵 排 量 为 2 8 ～ 3 2 L ／ s ， 保持钻井液环空返速为 1 ． 1 0 ～1 ． 3 0 m／ s ， 并及 时 补充有 机 黑色正 电胶 ， 控 制切 力为 1 ～2 ／ 4 ～6 P a ／ P a ， 动塑 比为 0 ． 3 0 ～0 ． 4 5 P a ／ mP a S ， 提 高 钻 井 液的携带悬浮能力。另外 ， 每打完单根进行划 眼 1 ～ 2次 、 每钻 进 1 0 0 m 左 右短 程起 下 钻 1次 ， 以破 坏 岩屑 床 的形成 ， 提高 井 眼净化 效果 。 3 ． 3 井壁稳定问题 在钻进过程 中 ① 首先要根据地层压力系数选 择合理的钻井液密度， 以平衡地层压力 ； ②选择与地 层特性 相 匹配 的 防塌 剂 ， 及 时 、 足 量 加 入 防 塌 剂 ， 并 保持其有效含量不低于 3 ； ③加入抗温降滤失剂 ， 以改善泥饼质量 ， 提高钻井液的防塌能力； ④将钻井 液的 AP I 滤失量降至 4 mI 以内， 高温高压滤失量 降至 1 O mL左右 ， 保持井壁稳定 。 3 ． 4 托压问题 解决托压问题一是采用合理的造斜方式， 提高井 眼的净化能力 。在调整井斜 时 ， 用滑 动钻进 和复合 钻 进相结合的办法 ， 尽量避免大段连续滑动钻进。即使 1 个单 根要 用 2 种 方法 钻进 时 ， 先用 滑动钻进 后用 复 合钻进的办法。打完单根后再划眼， 每钻进 5 O ～1 0 0 m短程起下钻。二是用复合润滑技术 。在施工 中如 用原油作润滑剂， 尽管泥饼摩擦系数降的很低 ， 但随 钻过程 中 的托压 问题时 常发 生 。经研 究 发现 ， 当原 油 加量超 过 1 0 后 ， 易导 致泥 饼发 虚 ， 严 重 时则形 成 泥 饼脱落， 使托压问题更严重。因此， 原油加量确定为 5 ％左右 ， 控制泥饼摩擦系数小于 0 。 0 6 ， 当出现托压现 象时， 交替加入极压液体润滑剂 、 极压固体润滑剂和 ∞ 鸲 ∞ M 鸲 1 1 1 1 1 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 2 钻 井 液与 完 井 液 2 0 0 8年 1 1月 乳化石蜡 ， 可有效缓解托压现象 。 4 应 用 效 果 2 0 0 6年完成水平井 l 0口， 有机黑色正电胶一 聚磺 防塌防卡钻井液具有 良好的抑制和防塌能力， 携带悬 浮钻屑能力强， 润滑防卡能力好 ， 满足了冀 中地 区第 三系水平井的钻井要求。尤其是复合润滑技术 的应 用， 有效地缓解了随钻过程 中的托压问题 ， 使水平井 正常施工。在易塌层段复合使用防塌剂 ， 控制高温高 压滤失量小于 1 0 mL ； 进入斜井段控制泥饼摩擦系数 小于 0 ． 1 0 、 水平段泥饼摩擦系数小于 0 ． 0 5 ， 井下安 全 ， 起下钻顺利 。没有 因钻 井液 问题 引起 压差 卡 钻 、 井塌卡钻等井下事故的发生。 5 结论 1 ．有机黑色正电胶一 聚磺 防塌防卡钻井液较好 地解决了冀 中地区钻第三系水平井的携带悬浮钻屑 和抑制钻屑分散问题。 2 ．水平井应解决好钻井液的润滑防卡、 井眼净 化 和井 壁稳 定 问题 。对 液体 润 滑 剂 的选 择 ， 可 用 原 油， 并与极压液体、 固体润滑剂复配使用效果更好； 保 持环空返速为 1 ． 1 ～1 ． 3 m／ s 和坚持短程起下钻 ， 以 提高钻井液的携带悬浮能力 ； 除合理使用钻井液密度 外， 选择适应地层特点的防塌剂 ， 保持井壁稳定。 3 ． 使用四级固相控制设备 ， 及时清除有害固相。 4 ．由于使 用 MWD和 L WD随钻测斜 仪器不 能使用固体润滑剂塑料球 ； 而在水平井滑动钻进时， 钻具与井壁处于面一 面接触状态， 如果井身轨迹控制 不好 ， 则容易出现严重的托压问题。因此， 施工中应 尽量使井身规则 ， 同时加大极压液体、 固体润滑剂的 用量 ， 使水平井施工顺利进行。 5 ．在调整井斜时， 尽量采用滑动钻进和复合钻 进相结合的办法 ， 避免大段 、 连续的滑动钻进 ， 以防 止 形成 岩屑床 ， 也可 以缓解托压 问题 。 参 考 文 献 [ 1 ] 徐 同台． 油气 田地层特性与 钻井液技术． 北京 石油工 业 出版 社 ， 1 9 9 8， 0 7 1 8 4 1 9 9 收稿 日期 2 0 0 8 - 0 1 2 8 ； HG F0 8 0 5 N1 ； 编辑 王小娜 1 ． 46 ～ 1 ．5 O 1 ． 5 O～ 1 ．6 2 1 ． 62 ～ 1 ． 8 9 1 ． 96 ～ 2 ．1 8 2．1 8 ～ 2 ．2 8 2． 2 8～ 2 ．3 O 2 ．3 2 48～ 65 52 ～ 59 61 ～ 8 O 58 ～ 6 9 65 ～ 76 72 ～ 76 74 ～ 8 2 27～ 4 4 38～ 56 51～ 79 54 ～ 7 4 70～ 78 78～ 91 9O～ 9 3 5 ． 0 ～2 O ． 0 2 ． 5 ～ 8 ． 0 ／ 7 ． 0 ～ 1 0 ． 0 9 ． 5 ～ 1 2 ． 0 1 ． 0 ～ 1 ． 5 ／ 4 ． 0 ～ 5 ． 0 1 2 ． 0 ～ 2 2 ． 0 1 ． 5 ～ 3 ． 0 ／ 5 ． 0 ～8 ． 0 1 3 ． 0 ～ 1 8 ． 0 3 ． 0 ～4 ． o ／ 8 ． O ～ 1 2 ． 0 1 6 ． 0 ～ 2 O ． 0 3 ． O ～ 4 ． O ／ 1 1 ． O ～ 1 8 ． 0 1 7 ． 0 ～ 2 4 ． 0 2 ． 5 ～ 3 ． 5 ／ 1 2 ． O ～ 1 5 ． 0 2 1 ． 0 ～ 2 6 ． 0 3 ． 5 ～ 4 ． 5 ／ 1 3 ． 0 ～ 1 6 ． 0 从表 2 看 出， 在 钻井 过程 中 ， 钻井 液漏 斗黏 度低 于 8 2 S ， 此时钻井液中固相含量最高为 4 4 9 ／ 6 ， 膨润土 含量为 4 2 g ／ I 。表明高浓度的 K P AM、 KC 1 含量和有 效的 固相 控 制很 有 效 。钻 井 液 密度 小 于 2 ． 0 g ／ c m 3 时， 低速离心机还能工作 ， 还可 以通过高速离心机除 去有害固相。在此之后 ， 固相设备仅有振动筛 ， 此时 振动筛要使用孔径小于 0 ． 0 7 0 mm的筛布， 并及时观 察振动筛的损坏情况， 发现损坏及时更换。振动筛筛 布的微小破损在 1个循环周 内就能使钻井液黏度增 加 1 0 2 0 S 。在高密度阶段要及时加入润滑剂 ， 提高 钻井液的润滑性能， 防止卡钻事故发生。 5 结束 语 高浓度的 KP AM 和 KC 1 加量 、 较低 的膨 润土 含量 是 阿塞 拜疆 KK油 田钻井 液的关 键技术 。较 低的地温梯度为该区块钻井液流变性控制提供 了一 定的前提条件， 但还是建议在三开及完井阶段加入 适量 S MP和 S MC， 进一步降低钻井液 的高温高压 滤失量， 降低对油气层的损害 ， 并提高完井效率 。 收稿 日期 2 0 0 8 0 5 2 0 ； HGF 0 8 6 A3 ； 编辑 张炳芹 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 叭 叭 叭 叭 O 5 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m