王58区块钻井技术研究与应用.pdf

第 2 6卷 第 3期 2 0 0 9年 5月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LL I NG FL UI D COMPL ETI ON F LUI D Vo 1 ． 2 6 NO ． 3 M a y 2 0 0 9 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 3 0 0 7 6 0 3 王 5 8区块钻井技术研究与应 用 李兵 丁海峰 王清江 宋元洪。 1 ． 胜利石油管理局 黄河钻井总公 司， 山东东营 ； 2 ． 渤海石油职业学 院石油工程系 ， 河北任丘 ； 3 ． 渤海钻探工程有限公 司第一 固井分公 司， 河北任丘 摘要 王 5 8区块地质构造复杂， 钻井施工 中存在着轨迹控制难度大 、 井壁稳定性 差、 易发 生井漏等施工难题。 为解决井身轨迹控制难题 ， 应用 了复合钻井技术 。为 了提 高钻井 液的 防止压 差卡钻 、 稳定 井眼和抗 盐膏层污染 能 力 ， 选用 了聚硅醇钻井液 ， 同时对钻 井液 配方进行 了优选。应用 结果表 明， 优选 出的聚硅醇钻 井液配方满足 了该 区 块 的钻井施工要求； 防压差卡钻技术、 井壁稳定技术、 抗 盐膏层污 染技术 等的应用确保 了该 区块 钻井施工 的安全 ， 减少 了复杂情况的发 生； 采取承压钻井液技 术， 避免 了井漏 的发 生， 保证 了长裸 眼的顺利施工 ； 表面 活性剂提高 了 钻井液 的稳定周期。 关键词 定 向井； 聚硅醇钻井液 ； 井身轨迹控制； 井眼稳定 ； 承压堵漏 ； 盐膏层； 王 5 8区块 中图分 类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 王 5 8区块地 质 构 造位 于 济 阳坳 陷东 营 凹 陷牛 庄洼 陷东斜 坡带 ， 主要 包括 王 5 8 、 王 5 8 3 、 王 5 8 1 、 王 5 8 2 、 王 5 8 5 、 王 5 8 7 、 王 5 8 8等 小 区块 ， 面 积 约 为 1 2 k m。 ， 简称 “ 王 5 8区块 ” 。针对 该 区块 探井 施 工慢 的 问题 ， 通过 研 究 攻 关 ， 推 广 应 用 了 井 身 轨 迹 控 制 技 术 、 井 壁稳 定技术 、 盐 膏层钻 井液技 术 和承压堵 漏技 术 ， 并 对环 境进行 了保 护 ， 取 得 了 良好 的效 果 。 1 钻井技术施工难 点 1 ． 1 井身轨迹控制难度大 由于 地面建 筑物 、 河流 等条件 的影 响 ， 该 区块 的 井 9 O 以上 为 定 向井 ， 加 之 沙 河 街 组 地 层 倾 角 较 大 ， 使得该 区块钻井过程 中井 身轨迹控制难度大。 从邻 井施 工情况 可 以看 出， 王 5 8区块采 用常规 增斜 钻具 组合 时 ， 在沙 一 段 和沙 二 段 地 层 体现 为 较强 的 增斜 特性 ， 而在 沙三段 地层 体现 为较强 的降斜 特性 。 1 ． 2 钻井液技术难点 该 区 块 的 钻 井施 工 中 存 在 以 下钻 井 液技 术 难 点。①沙河街组地层多为砂泥岩互层 ， 吸水后易垮 塌掉块造成电测遇 阻、 遇卡。②沙 四段地层含有膏 泥岩， 盐膏的侵入将严重污染钻井液 ， 使钻井液滤失 量变 大 、 黏度和切 力 升 高 ， 流 变 性变 差 ， 容 易 引起 井 下事 故与 复杂情 况 。③沙 四段地层 的压 力系 数较 高 1 ． 4 5 ～1 ． 5 0 ， 而沙 二段 以上 地层 压力 系 数 为 1 ． 1 5 ～ 1 ． 2 0 ， 用高 密度钻井 液钻 开下 部地层 时 ， 容 易导致 上 部地 层井漏 l 1 ] ， 同时定 向井 施工 中易 发生黏 卡 。 2 井身轨迹控制技术 根据邻井施 工中 出现 的钻具结构难 选 ， 井身轨 迹 控制难 度大 的特 点 ， 决 定在 王 5 8区块 采用 复合 钻井 技术 。在 2 1 6 mm井 眼 的直 井 段 采 用 的钻 具 组 合 为 2 1 5 ． 9 mm 牙 轮 1 7 7 ． 8 r n l T l 钻 铤 4根 1 2 7 mm钻杆 ； 斜井 段 采 用 的钻具 组 合 为 2 1 5 ． 9 mm P D C钻头 1 7 1 ． 5 r n r n单弯动力MWD无线 随钻 仪定 向接 头 1 5 8 ． 8 mm 无 磁 钻 铤 1根 1 5 8 ． 8 mm 钻铤 3根 1 2 7 m mD p， 根据 造斜 率 的 高低 选用 1 ． 2 5 。 、 1 ． 5 。 或 1 ． 7 5 。 的单 弯螺杆 钻具 。在 采 用复合 钻井技术 控制 井身 轨迹 时尽量 延 长 了稳 斜井 段 ， 而且选 用 了性能 好 、 质 量佳 的动力钻 具 。 由于 采 用 P D C钻头定 向， 减少 了起下 钻换 钻头 的次数 ， 避 免 了掉 牙轮的现象 。 3 钻井液技 术 3 ． 1 钻井液体 系及配方的优选 针对王 5 8区块钻井液技术难 点， 分析 了聚合 物 、 正电胶、 聚合醇 、 聚硅醇等体系的特点， 得出聚硅 醇钻 井 液 比较 适合 。 该 体 系 主要 由 聚合 物 、 硅 甲基 第一作者简 介 李兵 ， 工程 师， 1 9 7 5年生， 1 9 9 8年 毕业于 大庆 石油 学院石油工 程专 业， 现 主要从事 专业技术 人才 管理工 作 。地址 山东 省东 营市胜利石油黄河钻井总公司； 邮政编码 2 5 7 0 6 4 ； 电话 0 5 4 6 8 7 2 5 8 9 4 ； E ma i l h h z j z z k l b 1 6 3 ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 3期 李兵 等 王 5 8区块 钻 井技 术研 究 与应 用 7 7 防塌剂和聚合醇组成 ， 其作用机理如下 。①在较高 温度下 ， 硅 甲基 防塌 剂 的硅 醇基 官 能 团与 黏 土 的铝 醇基发 生化 学缩 合反 应生 成一种 不 易水化 膨胀 的新 矿物 ， 使破碎块相互胶结形成牢固的整体 ， 从而使井 壁得 到 固化 。② 钻井液 中的硅基 官能 团进 入地层 孔 隙和微 裂缝 中 ， 遇 p H 值 低 于 9的地 层 水 能 形 成 三 维凝胶 结构 和不溶 沉 淀 物 ， 快 速 堵 塞井 壁处 微 裂 缝 和微 孔 隙 ， 从 而在 井 壁 周 围形 成 封 闭 带 。③ 钻 井 液 中的钾 离 子 可进 一 步 强 化 防塌 作 用 。在 一 定 温 度 下 ， 聚合 醇 以油 滴 的形 式 析 出 ， 并 黏 附 到 井壁 上 ， 增 加井 壁 的憎水 性 ， 阻止钻 井液滤 液进 入地 层 ， 从 而达 到 防塌 的 目的 ， 同 时井 壁 吸 附 的这 些 油 膜 还 有效 地 降低 了钻具 的摩 擦 阻力l 1 ] 。 通过 实验 ， 决定选 用低荧 光 防塌 封堵 剂 ， 其 颗粒 具有 高温变 形 的特性 ， 能镶嵌 到 地层微 孔 隙 、 微 裂缝 中， 很 好地 防 止 泥 页 岩 坍 塌 ， 同 时 它还 具 有 压 缩 泥 饼 、 降低 高温 高压 滤失 量和 润滑 泥饼 的作用 ， 降低 钻 具 的 摩 擦 阻 力 。根 据 实 验 结 果 ， 东 营 组 以 上 地 层 4 0 0 2 2 0 0 m 钻井 液配 方如 下 。 6 ～8 膨 润 土 0 ． 4 ～ 0 ． 6 PHP 1 聚合 物降 滤失剂 S T 一 5 9 8 0 ． 5 NH 一 P AN 在沙 河街 组 以下 地层 2 2 0 0 ～3 9 0 0 m 钻 井 液 配方 如下 。 4 45 膨润土 O ． 4 ～0 ． 6 P HP 3 抗高温抗盐 防塌 降滤 失 剂 K F T2 ％硅 甲基 防 塌 剂 S AK _ 1 3 S MP - 1 3 ％聚合 醇 润 滑 剂 J C Y - 1 2 天然高分子 降滤失剂 WN P - 1 3 聚合醇 防塌剂 S Y P - 3 3 改 性 石 墨粉 MR H 0 ． 5 硅 氟 稀 释 剂 S F - 1 0 ． 5 硅 氟稳定 剂 S F - 4 3 低 荧 光磺 化沥 青 Z X - 8 1 表面活性 剂 S P - 8 0 2 承 压堵 漏 剂 F D - 1 2 交联 聚合物 3 ． 2 井壁稳定技术 1 选 择 合理 的钻 井 液 密度 ， 保 持 地 层 的力 学 平 衡 ， 防止 地 层坍 塌 与 塑 性 变形 。结 合 周 围施 工 井 情 况 ， 在沙三段地 层要 多考 虑地 层 的坍 塌 压力 ， 在 沙 三 段 上部地层控制 钻井液密度 为 1 ． 2 2 ～ 1 ． 2 5 g ／ c m。 ， 在 沙三 中、 沙三段下地层控 制钻井液密度 为 1 ． 5 2 ～1 ． 5 4 g ／ c m 3 ； 沙四段要考虑盐膏层及盐水层的侵入， 以压稳 为主， 控制钻井液密度为 1 ． 5 2 ～1 ． 5 4 g ／ c m。 。 2 由于 易塌地 层为 弱膨胀 、 中等分散 型泥 页 岩 ， 钻井 液 防塌技 术应 以封 堵 泥岩 微 裂 缝 为 主 ， 提 高 钻 井液抑制黏土水化膨胀能力为辅。在钻井液中添加 了大量具有封堵作用 的处理剂 ， 以封堵微裂缝 ， 形成 致密泥饼 ， 减少液柱压力 的传递 ， 降低滤失量 。在钻 进沙二段地层后 ， 向钻井 液中一 次性加入 3 低荧 光磺化沥青 Z X 一 8 软化 点为 9 0 ～1 3 0℃ 、 3 聚合 醇防 塌剂 S Y P 一 3 ， 并 在钻进 过程 中及 时补 充 ， 每钻进 1 5 0 m 各补 充 1 t Z X - 8和 S YP 一 3 。 3 严格 控制 钻井 液 的滤 失 量 ， 特 别 是 高 温高 压 滤 失量 ， 以减 少 钻井 液 及 滤 液 侵 入地 层 的量 。钻 至 沙二 段 地 层 后 逐 步 加 入 3 ～ 4 KF T、 3 ～ 4 S MP 一 1 和 3 ～5 Z X 一 8 ， 在 沙二 段 ～ 沙三 上 地层 控制 高温 高压 滤失 量为 l 3 ～ 1 5 mL ， 在沙三 中、 沙三 下地 层控 制高 温 高 压 滤失 量 为 1 1 ～ 1 2 mL， 在 沙四段地层控制高温高压滤失量为 8 ～1 0 mL 。 4 钻至井深 3 3 0 0 m 后 ， 逐渐 加 入 1 表 面活 性 剂 S P - 8 0 ， 使钻 井液 稳定 周期 由 2 0 h 提 高 到 3 0 h ， 可 见 S P - 8 0的加入很 大程度地提 高了钻井液 的稳定 性 。 3 ． 3防压差卡钻技术 为 了防止 钻 具 在井 内静 止 时发 生 压 差卡 钻 ， 除 了采取减少钻具的静止时间、 控制好井身轨迹、 使井 眼平滑 等措 施外 ， 还采 取 了以下 钻井 液技术 措施 ① 控制 钻井 液 中 的 固 相 含 量 ， 减 少 劣 质 固相 的含 量 。 改 用小循 环 以后 ， 使 用 好细 目 筛 布孔 径 为 0 ． 1 2 5 ～ 0 ． 1 5 4 ram 振 动 筛 、 离 心 机 ， 在 钻 进 中 补 充 0 ． 5 P HP胶 液 ， 在钻 井 液 加 重 前 ， 将 钻 井 液密 度 控 制 为 1 ． 1 1 ～1 ． 1 3 g ／ c m。 ， 加 重后 ， 每 天开 离心机 的时 间保 持 为一 个循 环周 ， 及 时清 除钻 屑及少 量 的重 晶石粉 ， 控 制 钻井液 中的劣质 固相 含 量小 于 1 O ； ② 定 向钻 进 后 ， 向钻 井液 中逐 渐混 入 8 ～ 1 O 原 油 ， 同 时 向 钻 井液 中加 入 3 聚 合 醇 润 滑 剂 、 3 改 性 石 墨 粉 ， 控 制泥饼 摩擦 系数 小 于 0 ． 0 8 ； ③ 控 制钻 井 液 高温 高 压 滤失 量 ， 分井 段 达 到 9 ～1 5 mL， 形成 致 密泥饼 。 3 ． 4 承压技术 王 5 8区块 沙 四段地 层存 在一个 高 压盐膏 层 ， 压 力 系数为 1 ． 4 5 ～ 1 ． 5 0 。而其 上 部地 层 压 力 系 数 为 1 ． 1 5 ～1 ． 2 0 ， 邻井 在 加重 密 度 为 1 ． 3 8 g ／ c m。 的过 程 中发 生 了漏失 ， 漏 失量超 过 6 0 Y n 。 ， 因此 如 果 不采 取承压措施 ， 势必会造成井漏。为了提高上 部低压 地层 的承压能力 ， 在钻开高压盐水层 、 盐膏层前 ， 先 对上部裸眼地层进 行承压堵漏 ， 将上部井 眼的承压 能力提至能满足钻开膏盐层 的需求， 具体措施如下 钻至 沙三 中地 层 时 ， 用 S F 一 1调 整 钻井 液 的流 变 性 ， 黏度保持 为 4 O ～4 5 S ， 然后 加入 3 超细 碳酸 钙 OS 一 2 、 3 承压堵漏剂 F I _ 1 、 2 交联 聚合物， 循 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 8 钻 井 液与 完 井 液 2 0 0 9年 5月 环 3 周 后开始 提 高钻 井 液 的密 度 ， 每 个 循 环周 增 加 幅度为 0 ． 0 3 ～0 ． 0 4 g ／ c m。 ， 连续 加 重不 超 过 3个 循 环周 ， 密 度每 提 高 0 ． 1 0 g ／ c m。 ， 循 环 3周 以上 再 提 高密度 ， 逐渐将钻井液密度在沙三下地层加至 1 ． 4 4 ～ 1 ． 4 6 g ／ c m。 ， 然 后 再 加 入 1 ． 5 QS 一 2 、 1 ． 5 承 压 堵漏剂 F D - 1 、 1 交 联 聚合 物 ， 循环 2 周 后 再将 钻 井液密 度加 重至 1 ． 5 2 ～1 ． 5 4 g ／ c m。 ， 加 重 过 程 中补 充 0 ． 2 P HP胶 液 和 0 ． 5 S F 一 1 ， 保 持 钻 井 液 的流 变性能 基本不 变 ， 黏度为 4 5 ～5 0 S ， 防止钻 井液 黏度 和切力大幅度升高 ， 导致循环压耗很大程度地增加 ， 引起井漏。通过加入承压堵漏剂、 然后逐渐提高密 度 ， 提高 了地 层 的承压能 力 ， 避 免 了钻开高 压盐 膏层 大 幅度 提高钻 井 液密度 时造成 井漏 _ 2 ] 。 3 ． 5 抗盐膏层污染技术 为 了提高 钻井 液 的抗盐 膏 污染 能 力 ， 采取 了如 下措施 。①严格控制固相含量 ， 使用好细 目 筛布孔 径为 0 ． 1 2 5 ～ 0 ． 1 5 4 ram 振 动 筛 和 离 心 机 ， 钻 进 中 补 充 0 ． 5 P HP 胶 液 ， 控 制 劣 质 固 相 含 量 小 于 1 0 ， 避免 劣质 固相过 多导致 钻井 液性能难 以控 制 ， 严重影 响钻井 液性 能 。②选用 较好 的抗盐 和抗 钙处 理剂 ， 钻 开 盐 膏 层 前 5 0 1T I ， 向钻 井 液 中 补 充 2 S MP 一 1和 2 天然高分子 降滤失剂 WNP 一 1 ， 提高 钻井液 的护胶 能 力 。③ 控 制 钻 井 液 p H 值 在 1 0左 右 ， 从 而 间接 控制 钙离子 浓度 ， 达到 控制钻 井液性 能 的 目的 。④ 严格 控制有 效膨 润 土含 量 小 于 4 5 g ／ L ， 因为其 含量 过多会 严重 影 响钻 井液 的流变 性 。若 钻 井液 的流变 性很 差会导致 开泵 困难 、 井 眼不 畅通 、 摩 阻变 大等 复杂情 况 。⑤使 用抗 温 、 抗 盐 、 抗 油气 污染 效果好的硅氟稳定剂 S F 一 4 。它不但 自身具有 良好 的抗 高温性 能 ， 而 且 可 以提 高 钻井 液 中其 他处 理 剂 的抗 高温性 能 。即使有 机处 理剂侧 链上 的官 能 团在 高温下脱离， 硅氟稳定剂还可 以以胶束形式吸附在 断键 附近 ， 代替官 能 团的部分 作用 ； 它侧链 上 的非极 性 甲基 朝外 定 向排列 ， 阻止水 分子 进入 内部 ， 起 到疏 水作 用 ， 防止钻井 液 中的黏 土溶胶 化 ， 维 护钻井 液原 有的结构黏度， 保持钻井液的高温和流变稳定性； 硅 氟稳 定剂 的表 面活性促 进 了地层 油气 与钻井 液 的互 溶 ， 减少了气泡以气体形式存在于钻井液中， 保证了 油气侵入时钻井液的稳定性 。 4 现 场应 用情 况 2 0 0 7 年 1 ～ 1 2月 ， 通 过 推广 应 用 井 身轨 迹 控 制 技术、 承压技术 、 抗盐膏污染技术等， 提高了电测成功 率 ， 减少 了处理 复杂 情况 的时 间， 保 证 了该 区块 钻井 的顺利施工 。在王 5 8区块施工 了 1 2口井 ， 平均井深 为 3 7 7 8 IT I ， 施工情况见 表 1 ， 钻井液性 能见表 2 。 表 1 施工 井指标对 比情况 条 件 井数钻速电测成 平均井深 平均井径 口 m／ h 功率／ h m 扩大率／ 1 5 0 0 1 ． 1 2 3 ～ 5 5 ～ 8 2 ～ 3 ／ 3 ～ 5 1 0 7 0 ～ 8 O ～ 1 8 0 0 1 ． 1 5 3 ～ 5 6 ～9 2 ～ 3 ／ 3 ～ 5 8 7 0～8 O ～ 2 2 0 0 1 ． 1 5 3 ～ 6 6 ～9 2 ～ 3 ／ 3 ～ 8 8 7 O ～ 8 0 ～ 2 5 0 0 1 ． 1 5 1 O ～ 1 5 6 ～9 2 ～ 3 ／ a ～ 8 8 6 O ～ 7 0 ～ 2 8 0 0 1 ． 1 5 1 O ～ 1 5 6 ～ 9 2 ～ 3 ／ 3 ～8 5 1 5 6 0～7 0 ～ 3 0 0 0 1 ． 2 5 ～1 ． 3 0 1 0 ～ 1 5 8 ～ 1 0 2 ～ 3 ／ 3 ～ 8 5 1 3 5 5～6 O ～ 3 2 0 0 1 ． 3 O ～ 1 ． 3 5 1 0 ～ 1 5 8 ～ 1 0 2 ～ 3 ／ 3 ～ 8 4 1 2 5 5～6 O ～ 3 3 8 0 1 ． 4 O ～ 1 ． 4 5 1 8 ～ 2 5 1 0 ～ 1 4 3 ～5 ／ 1 O ～ 1 2 4 1 2 5 O ～5 5 ～ 3 5 5 0 1 ． 4 5 ～ 1 ． 5 O 2 0 ～ 2 6 1 0 ～ 1 4 3 ～5 ／ 1 0 ～ 1 23 1 0 4 0 ～4 5 ～ 3 7 5 0 1 ． 5 2 ～ 1 ． 5 4 2 2 ～ 2 8 1 2 ～ 1 5 3 ～5 ／ 1 2 ～ 1 53 1 0 4 0 ～4 5 ～ 4 0 0 0 1 ． 5 2 ～ 1 ． 5 4 2 5 ～ 3 O 1 2 ～ l 5 4～6 ／ 1 2 ～ 1 52 9 4 0 4 5 注 p H值为 8 ～9 ， 含砂量均为 0 ． 3 。 5 结论 1 ．复合 钻 井技 术解 决 了王 5 8区块井 身轨 迹控 制难度 大的问题 ， 并提高 了钻速 。 2 ．优选 出的聚硅醇钻 井液 配方满 足 了该 区块 的 钻井 液施工要求 。 3 ．防压差卡钻技术 、 井壁稳 定技 术 、 抗盐 膏层 污 染技术 等的应用确保 了该 区块 钻井施工 的安全 ， 减 少 了复杂情况 的发生 。 4 ．通 过采 取承 压 钻井 液技 术 ， 避 免 了井 漏 的发 生 ， 保证了长裸眼的顺利施工。 5 ．表面活性剂提高 了钻井液 的稳定周期 。 参 考 文 献 [ 1 ] 任中启， 李三杰 ， 丁海峰 ， 等．史 深 1 0 0油 田钻井液体系 优选与应用口] ． 石油钻探技术 ， 2 0 0 6 ， 3 4 4 4 6 4 7 [ 2 ] 鄢捷年． 钻井液工艺学I N] ． 石油大学出版社 ， 2 0 0 1 收稿 日期 2 0 0 8 1 2 0 6 ； HG F 0 9 0 3 W1 2 ； 编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m