坨深6井高密度钻井液技术.pdf

第 2 5卷 第 5期 2 0 0 8年 9月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LLI NG FLUI D ＆ C oMPLET1 0N F LUI D Vo I ． 2 5 NO ． 5 Se p t ． 2 0 0 8 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 4 0 0 3 8 0 3 坨深 6井高密度钻井液技术 蔡勇 何 兴华 王海军 肖林通 胜利石油管理局钻井工程 技术公 司泥浆公司 ， 山东东营 摘要 坨 深 6井是胜利油 田宁海地 区的一 口重点预探 井， 完钻 时 井深 4 2 3 0 m 钻 井液密度达 1 ． 9 5 g ／ c m 。 。 该井上部地层疏松 ， 成岩性差， 部分井段存在破裂带 ， 地 层承压 能力低 ； 下部地层压 力系数和井底温度较高 ， 易产生 井壁坍塌 、 压差卡钻和 井漏等复杂事故 。针 对井壁 稳定、 井眼清 洁和 润滑 防卡 3大技 术难点 ， 经过大 量 的室 内实 验， 确定 了在坨深 6井高密度井段使用聚 磺 聚合 醇防塌高 密度钻井液体系。现场应用表 明， 该体 系流 变性 较好 ， 抑制能力及抗 温能力较强， 固相容量高， 可加重至钻井液密度为 2 ． 0 g ／ c m。 ； 且工艺简单， 操作方便 。应 用该 钻井液 体 系， 较好地 解决 了该地 区井壁 的严重失稳问题 ， 保证 了钻进施 工的顺利进行 ， 基本 上能满足胜利 油田宁海地 区高 密度 钻 井 的 需要 。 关键词 高 密度钻井液 井眼稳定 井眼净化 润滑防卡 高温稳定性 坨深 6井 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 坨深 6井是 胜利 油 田部 署在 渤海湾 盆地济 阳坳 陷东营凹陷坨一 胜一 永断裂带坨深 6扇体上的一 口重 点 预探井 ， 完钻 井深 为 4 2 3 0 m， 最 高 钻井 液 密度 为 2 ． 0 g ／ c m。 ， 钻探 目的是 了解 宁海地 区沙河街 组地 层 砂砾岩体含油气情况。该井上部地层疏松 ， 成岩性 差 ， 部分井段存在破裂带， 地层承压能力低 ； 下部地 层压力高且高地层压力系数井段较长， 并且油气显 示 活跃 ， 给 钻井 施工 造 成 了很 大 的 困难 。为 了确 保 坨 深 6井 能够安全 、 顺利 施工 ， 优选 出 了适 合该井 的 聚 磺 聚合 醇 防塌高 密 度 钻井 液 ， 该 体 系在 现 场 应 用 中取得 了 良好 的效果 。 1 井 身 结构 与地层 特点 坨深 6井井身结构见表 1 。 表 1 坨 深 6井 井 身 结 构 该井上部地层为棕黄色 、 棕红色泥岩与粉砂岩 不等厚互层。东营组地层为棕红色、 灰绿色泥岩夹 灰 白色砂 岩 。沙 河街 组 地 层 中上 部 为 灰色 、 浅 灰 色 泥岩和砂质泥岩 ； 下部以深灰色、 砂质泥岩、 灰色泥 岩和膏岩为主 ， 夹紫红色泥岩 、 灰色含砾砂岩薄层。 2 现 场 应 用 2 ． 1 一开 一 开采 用膨 润土钻 井液 。该 井段 主要钻 遇平原 组 ， 地 层胶 结疏松 ， 井径 大 ， 地层 压力 系数较 低 ， 钻井 难度 较小 。钻井 液性 能 主 要是 满 足携 砂 要求 ， 可适 当放 宽对钻 井液 滤失 量 的控 制 ， 以利 于提 高 机械 钻 速。将淡水与 2 ％P AM 胶液均匀加入 以维护处理 钻井 液 。一 开完 钻后 用 2 HV- C MC封 井 ， 确保 下 套管 作业 的顺利 。钻井 液基础 配方如 下 。 淡 水 5 ～ 7 膨 润 土 0 ． 1 ～ 0 ． 2 N a 2 C 0 3 0 ． 1 ％～ 0 ． 2 N a O H 0 ． 1 ～0 ． 2 PAM 2 ． 2二开 二开采 用聚 合物 防塌钻井 液 。二开井 段为大 井 径长裸 眼井 段 ， 地 层压力 系数 变化 大 钻井 液密度 从 1 ． 1 5上升到 1 ． 7 0 g ／ c m。 ， 钻遇地层为明化镇组、 馆 陶组 、 东 营组 和 沙河街组 。馆 陶组 、 东营组及 以上 地 层胶结性较差， 泥岩较软且砂层发育 ， 易发生坍塌卡 钻。钻井液主要以抑制地层造浆、 有效携带岩屑 ， 防 第一作者简介 蔡勇， 助理工程师， 1 9 8 0年生 ， 现在从事钻 井液 的研究与现场技术 服务工作。地址 山东省东营 市胜利 石 油管理 局钻 井工程技术公 司泥浆公司； 邮政编码 2 5 7 0 6 4 ； 电话 0 5 4 6 8 7 2 1 0 4 7 ； E ma i l c a i y o n g 1 9 8 O 1 O l 1 1 2 6 ． c o i n 。 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 5期 蔡勇等 坨深 6井高密度钻井液技术 3 9 止泥 岩缩径 、 防塌为 目标 ， 确保 安全 钻进 。钻井 液 的 维护处 理 以包被 抑 制 及 流变 性 控 制 为 重 点 ， 在 工 程 参数条 件 限制下 ， 保 持较 高动切 力 ， 以满 足钻 屑 的携 带要求 ， 保 证井 眼畅 通 。 在 1 4 0 0 ～2 0 0 0 i n井 段 ， 采 取 8个 地 层 水 样 ， 进行 MD T Mo d u l e D y n a mi c T e s t e r ， 模 块式 地 层 动 态测试器 测试 。MD T测试要求井径规则 ， 井径扩 大率在 5 左右。为保证后期 MD T测试的顺利进 行， 在井深 1 4 0 0 m前须将钻井液性能调整到符合 MD T 测试 的 要 求 。在 1 1 0 0 ～ l 4 0 0 m 井 段 ， 按 全 井加量 逐 步 加入 1 NH HP AN 和 2 S MP 一 1 ， 在 井 深 1 4 0 0 m 前 将滤 失量 控制 在 8 mL以内 ； 钻 至井 深 1 8 0 0 m 左 右 继 续 加 入 NH4 HP AN、 S MP 一 1和 F T 一 1 ， 并 保证 这 3 种 处 理剂 的全 井 含量 分 别 不低 于 1 ％、 2 ％和 2 ， 将井浆转化 为聚合 物防塌钻井液 ， 滤失量 控制在 5 mL以内； 淡 水与 1 ～2 胶液 P AM 与 Na OH 的 比例 为 1 2 均 匀 加入 以维 护 处 理钻井液， 保证 P AM 的浓度为 0 ． 3 ～0 ． 5 ； 使钻 井液具有 良好的流变性和携带能力 ， 保证井眼清洁， 确 保 了后 期 MDT测试 的顺 利进 行 。 沙河 街组 地层 主要 是 防塌 ， 特 别是 在井 深 2 7 0 0 m 以下 井段 ， 必须 按 设计 要 求 加 入 足量 的防 塌 剂 和 降滤 失剂 ， 防 止 硬脆 性 地层 掉 块 、 垮 塌 ， 并 加 入 2 ～ 3 聚合 醇 防塌 润 滑 剂 。钻 井 液维 护 处 理 通 过 均 匀加入淡水与 0 ． 2 ～0 ． 5 胶液 P AM Na 0H一1 2 来 进行 。钻井 液基 础配 方如 下 。 井 浆 O ． 3 ～O ． 5 P AM O ． 8 ～1 ． 2 NH HP AN 2 ～ 3 S MP 一 1 2 ～ 3 FT一 1 2 ～3 聚合醇 防塌 润滑 剂 重 晶石 钻 井液 密度 为 l _ 1 5 ～1 ． 7 0 g ／ c m。 ， 漏 斗黏 度为 4 0 6 5 S ， 塑性 黏度 为 1 0 2 5 mP a s ， 动切 力 为 5 ～ 1 2 P a ， 静 切 力 为 2 ～5 ／ 5 ～ 1 2 P a ／ P a ， 滤 失 量 为 3 ． 2 ～ 5 mL， 含砂 量为 0 ． 3 ～ O ． 5 ， p H 值 为 8 ～9 。 2 ． 3三开 三开是该井 的重点井段 ， 钻遇沙三段下部地层 ， 采用聚 磺 聚合醇防塌高密度钻井液。 2 ． 3 ． 1 聚 磺 聚合 醇防 塌钻 井液体 系的优选 经室 内实验 ， 确定出坨深 6井三开高压井段聚 磺 聚合醇 防塌 高密度 钻井 液 。基础 配方 如 下 。 井 浆 0 ． 3 ～ 0 ． 4 P AM 2 ～ 3 KFT 3 ～ 5 S MP 一 1 1 ～ 2 S PNH 2 ～ 3 F T 一 1 2 ～ 3 聚 合 醇 防 塌 润 滑 剂 0 ． 5 ～1 硅氟稀 释 剂 重 晶石 按基础 配方配制钻井液并加重使其 密度 达到 1 ． 9 0 g ／ c m。 ， 钻井液性能见表 2 。由表 2可知 ， 该高 密 度钻 井液 流变 性 能 和 润滑 性 能 良好 ， 抑 制 能 力及 抗 温能 力较 强 ， 可 满 足现场 施工 的要 求 。 表 2 坨深 6井三开高密度钻井液常规性能 实验 PV y P F L F Ln H P～ 极压润页岩膨 回收 条件 mP a S P a mL mL ’ 滑系数 胀率 ／ 率／ 常温 4 5 1 9 2 ． 6 8 ． 0 0 ． 1 0 0 ． 1 8 2 2 8 5 热滚后4 O 1 5 3 ． 0 9 ． 8 注 热 滚 条 件 为 1 5 0℃ 、 1 6 h ； FLH T H P 在 1 5 0℃ ， 3 ． 5 MP a 下 测 定 。 2 ． 3 ． 2钻 井液技 术[ 1 ] 该井 三开 钻井 液 采用 强 封 固一 抑 制一 合 理 密 度 有 效支撑井壁一 合理 匹配钻井工艺 防塌措施 的技术路 线。将钻井液密度控制为 1 ． 9 O ～1 ． 9 5 g ／ c m。 ， 漏斗 黏度 为 5 0 ～7 0 S ， 塑 性黏 度 为 3 0 ～4 5 mP a s ， 动 切 力 为 1 5 2 0 P a ， 切 力 为 8 ～1 5 ／ e o ～2 5 P a ／ P a ， 滤失 量为 2 ～3 mL， 高温高压 滤失量 1 5 0℃ 为 8 ～1 0 mL， 含砂量为 0 ． 3 oA～0 ． 5 ， p H值为 9 ～1 1 。 1 井 眼稳 定 。① 保 持 合适 的 钻井 液 密度 ， 实 现 近平衡 。三开井段油气显示活跃 ， 结合地质录井情 况 ， 井 深 3 2 5 0 m 后将 钻 井 液密 度 提至 1 ． 9 0 g ／ c m。 ， 并将 密度始终保 持为 1 ． 9 0 ～1 ． 9 5 g ／ c m3 ， 保持 对地层 的正压差， 防止油气侵； 但密度也不能太大 ， 以防压差 卡钻和 压漏地层 。②提高钻井 液 的抑 制性 ， 防止泥 页 岩吸水 膨 胀 。正 常 钻 井 中及 时 补 充 0 ． 5 ～ 1 ． 0 P AM 胶液 ， 保 持 P A M 在钻井液 中的含量 为 0 ． 3 ～ 0 ． 4 ， 以抑制 黏土水 化 膨胀 和形 成适 度 絮凝 清 除无 用固相。③强化封堵， 改善泥饼质量， 降低滤失量。 进 入易塌地层 前 ， 综合 地 质 录井 和油 气显 示 的情 况 ， 将 钻井液密 度 由 1 ． 7 0逐渐 提 升至 1 ． 9 0 g ／ c m3 ， 按 全 井加 量逐 步加 入 2 ～3 F T - 1 、 2 ～3 K F T、 3 ～ 5 S MP - 1 、 1 ～2 9 ， 6 S P NH、 2 ～3 聚合醇防塌 润滑剂等， 将井浆转化为聚 磺 聚合醇防塌钻井液。 2 润滑防卡。① 固相控制 。对于 高密度钻井 液 ， 除 了必需 的膨 润 土 、 处 理 剂 等 固相材 料外 ， 钻 井 液的密度应由重晶石粉等加重剂调节； 为有效控制 固相 ， 用聚合物包被剂抑制钻屑水化分散 ； 同时利用 固控设备及时清除无用 固相 ， 在井深 3 2 5 0 m后 ， 将 振动筛换为孔径为 0 ． 1 2 5 mm 的筛布 ， 确保振动筛 和除 砂器 使用 率达 到 1 0 0 。② 改 善 泥饼 质 量 。在 固相控制的基础上形成薄而致密的泥饼是提高钻井 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 0 钻 井 液与 完 并 液 2 0 0 8年 9月 液润滑性 的基 础 ， 按试 验 配方加入 足量 的降滤 失剂 、 封堵 防塌剂等 ， 有效地 减少 泥饼厚 度和渗 透性 ， 增 大 强度 ， 降低摩 阻 ； 同时加大 液体聚合 醇润 滑剂 和极 压 润滑剂的加量 ， 以提高钻井液润滑性， 保持泥饼摩阻 系数低于 0 ． 1 0 ， 极压润滑系数低于 0 ． 2 0 。 3 井 眼净化 。由于钻 进周 期较 长 ， 各种 固相 在 钻井液中细化分散 ， 导致钻井液中固相， 尤其是劣质 固相含量不断升高 。钻至井深 3 7 0 0 m处 ， 固相含 量高达 4 4 ， 导 致 钻 井液 黏 度 、 切 力 居 高 不 下 且 很 难处理 。通过 小型 实验 ， 确定 以置换 法 为 主 的处 理 方法 。现场配 制 2 0 0 m。 稀 胶液 配方 为 淡水 2 KF T0 ． 2 V oo Na OH 先 后 分 5次共 1 0个 循 环 周 均 匀加入 ， 置换井 中较稠 的钻井 液 ； 同时控制 重 晶石 的 加 入速 度 ， 控 制 钻 井 液 密度 为 1 ． 9 0 ～ 1 ． 9 5 g ／ c m。 。 维护 处 理 钻 井 液 主 要 以高 浓 度 的 P AM 胶 液 为 主 配方 为 淡水 5 P AM 2 ． 5 Na OH 。通 过 置 换 处理并 加 大 P AM 用 量 的方 法 ， 使 固相 含 量 降 至 3 8 ， 钻 井液性 能 得 到 了好 转 。置换 处 理前 后 钻 井 液性能 见表 3 。 表 3置换处理前后钻井液性能变化 4 C O 。 ／ HC O 。 一 污染的处 理 。钻至井 深 3 4 0 0 m时 ， 出现 c { 一 ／ HC 一 污染 ， 其总含量 由 4 0 0 0升 至 1 2 0 0 0 m g ／ L ， 导 致钻 井 液滤 失 量 、 黏度 和 切力 增 大。通过小型试验 ， 现场采取加入生 石灰的方法 消除 C O ； 一 ／ HC O 3 污染 。现场 配 制 1 5 r n 3石 灰乳 液 配 方为 淡水1 0 生石灰1 0 Na OH ，缓慢均匀 地 分 5 个循环周加 入 ； 同时加入 1 K F T； 处理过程 中 保持 钻 井 液 p H 值 为 1 0 ～ 1 1 。通 过 处 理 ， C 3 。卜／ HC O 。 一 总含量降至 4 5 0 0 mg ／ L ， 钻井液性能恢复正 常 。用生石灰处理前后钻井 液的性 能变化见表 4 。 表 4 生石灰处理污染前后钻 井液性能变化 2 ． 3 ． 3 高密 度钻井 液现场 维护处 理要 点 1 严格控 制膨 润土含 量 。一般 来讲 ， 钻 井液 密 度 越大 ， 井 温越 高 ， 膨 润土含 量应越 低 。该 井三开 钻 井 液密度 为 1 ． 9 O ～1 ． 9 5 g ／ c m。 的井 段 ， 井 眼温度 高 达 1 5 0℃ ， 膨润 土含量 控制为 2 0 ～3 0 g ／ L为宜 。 2 控制 密度 和流 变 性 能 。调 整性 能 时 必 须遵 循密度第一、 流变性第二的原则。 3 必 须严格 控制 固相含量 特别 是劣质 固相 的含 量 。因此 ， 保 证 聚合 醇 防塌 润 滑 剂 的含 量 为 2 ％ ～ 3 ， 使钻 井液具有 良好 的润滑 性能 。 4 为了提高钻井液的抑制能力和防塌性能， 必 须加 入足 量 PAM 0 ． 3 ～0 ． 4 和 F T一 1 2 ～ 3 等抑制 类处理 剂 。 5 为了提高钻井液 的高温稳定性 ， 必须保证抗 高温 处理 剂的加量 ， 控 制 KF T、 S MP 一 1和 S P NH 的 含量分别为 2 ％～3 、 3 ～5 ％、 1 ％～2 。 6 在对钻井液性能进行调整前， 一定要做好小 型试 验和抗 温试 验 ， 注意 处 理 剂 的加 人方 式 和 加入 顺序 等 ； 加 密对钻 井液性 能特别 是密 度 的测 量 。 3 结 论 与认 识 1 ．聚 磺 聚合 醇 防 塌 高密 度 钻 井 液 流 变性 能 良好 ， 抑制 能力及 抗 温 能力 较 强 ， 固 相容 量 高 ， 可加 重至密度为 2 ． 0 g ／ c m。 ， 且维护方便 ， 基本上能满足 胜利油田宁海地区高密度钻井的需要 。 2 ．应用该钻井液， 并通过采取合理 密度 、 强抑 制 和强封堵 等措施 增 强 该钻 井 液 的抑 制 防 塌能 力 ， 较好 地解决 了宁海 地 区井 壁 的严 重失 稳问题 。 3 ．该钻井 液 中各 处理 剂 的协 同增 效作 用 ， 使得 该体 系 的抗 温性 较强 ， 可抗 1 5 0℃的高温 。 4 ．聚合醇 防塌润 滑剂 的使 用 ， 增强 了该 钻 井液 体 系的润 滑性能 和防塌性 能 。 参 考 文 献 [ 1 ] 鄢捷 年． 钻 井液 工艺学． 东 营 中 国石油 大学 出版社 ， 20 06 [ 2 1 陈平．钻井与完井工程．北京 石油工业 出版社 ， 2 0 0 5 [ 3 1 刘汝 山， 曾义 金 主编．复杂条 件下钻井 技术难点 及对 策．北京 中国石化出版社 ， 2 0 0 2 [ 4 3 张东海 ， 马洪会．超高 密度钻井 液在 官 7井的应用． 钻 井液 与完 井 液 ， 2 0 0 6 ， 2 3 5 8 1 1 [ 5 1 林常茂 ， 王 勇， 马 贵明， 等．缅甸 P S C 一 1 0 1 井 高密度钻 井液技术． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 7 ， 2 4 4 3 3 3 6 收稿 日期 2 0 0 8 0 1 - 2 2 ； HGF 0 8 0 4 N1 2 ； 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