复合盐钻井液技术在莫116井区的应用.pdf

第 2 9卷 第 5 期 2 0 1 2年9月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D ＆ COM PLETI ON FLUI D 、 b1 ． 2 9 No ． 5 Se p t ． 2 01 2 【 理论研究与应用技术 】 复合盐钻井液技术在莫 1 1 6井区的应用 赵利 ， 刘涛光， 齐国忠， 余加水 ， 刘鹏， 罗亮， 李竞 西部钻探克拉玛依钻井公司泥浆技术服务公司，新疆克拉玛依 赵利等 ． 复合盐钻井液技术在莫 1 1 6 井区的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 5 3 3 3 6 ． 摘要莫 1 1 6井区吐谷鲁群组中上部泥岩易水化，膏质泥岩易蠕变缩径，井壁稳定周期短 ； 吐谷鲁群组地层 底部硬脆性泥岩、西山窑组硬脆性泥岩及多套间断煤层易剥落、垮塌 ； 吐谷鲁群组及三工河组砂岩层渗透性较好， 易形成虚厚泥饼而引起压差卡钻。针对以上钻井液技术难点，优选 出了适合莫 1 1 6井区优化井身结构井 为降低 开发费用，大部分井改为二开井身结构的复合盐钻井液，并在体系中引入了 大分子抗盐包被剂、玻璃小球和抗高温防 塌降滤失剂 G R L 一 1 。现场应用表明，该钻井液具有较强抑制性、较好的封堵防塌、润滑作用及抗污染能力，解决 了该井区长裸眼井段井壁稳定问题，已完成的 1 6口井无复杂事故，发生钻井周期比设计提前 2 6 ． 2 1 ％。 关键词 莫 1 l 6井区 ； 优化井身结构 ； 复合盐 ；强抑制性 ；防塌 ； 井壁稳定 中图分类 号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 20 5 ． 0 0 3 3 0 4 莫 1 1 6 井区位于准噶尔盆地中央凹陷莫北凸起。 2 0 0 9 、2 0 1 0年在该 区采用三开方 式钻井 1 4口，平 均井深为 4 3 3 4 m，技术套管均下至井深 3 0 0 0 m， 平均钻井周期为 6 6 ． 9 3 d ，大部分井都有复杂、事故 出现 ，平均事故时率为 4 ． 7 1 ％，复杂时率为 4 ． 6 5 ％。 2 0 1 1 年该 区块预计钻井 7 3口，为提高钻 井速度 、 降低开发费用，大部分井改为二开井身结构。简化 井身结构后对该区钻井液技术提出了更高的要求。 通过对处理剂的优选评价，确定出了复合盐钻井液 配方及其应用技术 ，为莫 1 1 6 井 区安全、快速 、高 效钻井提供了有力的技术保障 [1 -4 1 。 1 钻井液技术难点 1 莫 1 1 6井 区吐谷鲁群组 中上部地层 井深 5 0 0 ～1 5 0 0 m 泥岩易缩径，钻井中第 1 次短程起 下钻时挂卡严重。1 5 3 0 1 7 0 0 m井段的棕红色膏 质泥岩蠕变缩径严重，易发生憋泵卡钻、堵水眼、 泥包钻头现象 ，井壁稳定周期 短。3 0 0 0 3 6 0 0 m 井段的塑性泥岩易缩径， 无技术套管封固，起下钻 过程中阻卡后易发生憋泵卡钻 。 2西山窑组 3 9 6 0 ～4 0 1 0 m井段含脆性泥岩 ， 4 0 2 0 ～4 0 7 0 m井段含 3套间断煤层 ，三工河组上 部 4 0 5 0 ～4 1 5 0 m井段含泥质粉砂岩 ，易发生剥落 垮塌、掉块 ，导致 电测遇阻、遇卡现象 。 33 8 6 0 3 9 3 0 m井段地层粉砂岩及 4 1 9 0 ～ 4 2 8 0 m 井段地层细砂岩井壁易形成虚厚泥饼 ，发 生压差卡钻及吸附电缆造成电测事故。 4裸 眼段长 3 6 0 0 3 8 0 0 m，要 求钻井液性 能稳定 ； 三工河组地层异常高压含气、水层，易发 生溢流、压差卡钻。 2 钻井液配方优选 简化井身结构对钻井液的第一技术要求就是稳 定井壁 ，这要求提高钻井液的抑制性 ，增强井壁稳 定性 ， 确保莫 1 1 6井区不下技术套管钻井完井成功。 2 ． 1 强抑制包被剂优选 使用岩心滚动回收率及页岩膨胀量实验评价了 不同包被剂的抑制性 ， 实验结果见表 1 。 在浓度为 l ％ 的包被剂溶液 中加入 5 0 g安集海河组露头岩心 过 孔径为 0 ． 9 0 ～1 ． 2 5 mm筛 ，在 1 0 0 o C 下滚动 1 6 h 第一作者简介 赵利， 高级工程师， 2 0 1 1 年毕业于中国石油大学 华东 石油工程专业， 现在从事钻井液技术和管理工作。 地址 新疆克拉玛依市白碱滩区门户路 6 5号 ；邮政编码 8 3 4 0 0 9；电话 0 9 9 0 6 9 2 7 4 4 6； E - ma i l z z z l l l 1 2 s i n a ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年9月 后用孔径为 0 ．4 5 m m的筛回收，计算岩心在不同包 被剂溶液 中的回收率。使用 N P ． 0 3 页岩膨胀测试 仪测定岩心在包被剂溶液 中的 8 h膨胀量 ，计算膨 胀率。 实验用新疆夏子街三级土 。 由实验可知 ， 1 ND1 0 及 P MH A． 2 抑制泥岩水化膨胀和分散的能力较强。 表 1 不 同包 被剂 的抑 制性评价 包被回收率／膨胀率 h ／ 包被 回收率／膨胀率 h ， 剂 ％ ％ 剂 ％ ％ 空 白 1 ． 0 2 3 1 ． 0 1 P MHA． 2 6 7 ． 7 0 1 4 ． 5 6 I ND1 0 7 3 ． 2 2 1 0 ． 4 1 包被剂 A 5 7 ． 9 2 1 5 ． 5 4 F A 3 6 7 5 3 ． 6 0 1 5 ． 9 0 包被剂 B 5 7 ． 1 0 1 5 ． 2 1 2 ． 2 防塌剂优选 在 钻井液 基浆 中加人不 同类 型防塌剂 ，测定 钻井 液 的流变性 和滤失 量 ，见 表 2 。由表 2可 知 ， G R L 一 1 天然沥青 K H． n 及 阳离子乳化沥青 的降滤 失效果最好。因此又评价了这 2种 防塌剂 的封堵效 果 ， 见表 3 。可以看出， 2者也具有较好的防塌效果。 表 2 不同防塌剂的性能评价 注 凡 H T H P 在 1 0 0 o C、3 ． 5MP a 下测定 。 表 3 防塌剂封堵性 能评 价 2 ． 3 复合盐钻井液配方优选 通过对钻井液添加剂的评价优选 ，形成 了一套 具有较强抑制性 、封堵能力及 良好流变性的复合盐 钻井液 。该钻井液配方如下 ，其性 能如表 4 、表 5 所示 。实验测得 ， 安集海河组地层露头岩心在清水 、 优选 配方 中的回收率分别为 1 ． 0 2 ％和 9 6 ． 7 ％，表 明 该配方的抑制性强。 4 ％膨 润 土 0 ． 2 ％Na ， C O 0 ． 5 ％Na O H 7 ％KC l 1 ． 0 ％P MH A一 2 I N DI O I ％S P 一 8 3 ％S MP 一 2 粉 3 ％S P NH 1 ％润滑剂 3 ％ 阳离子乳化 沥青 4 ％ 天 然 沥 青 KH一 1 “1 GR L 一 1 0 ． 2 ％C A O 1 5 ％ 有 机 盐 重 晶石 表 4 复合盐钻井液的抗温性能 注 中压滤失泥饼厚为 0 ． 5 I n i n； * p H值为 9 ，其他 p H 值均为 8 。 表 5 复合盐钻井液的抗污染性能 弓 验F v | P v |Y P { G e l | F L ／ ≮ I F L H T H P ／ 条件条件 S mP a S P a P a ／ P a mL mm mL “ 注 热滚条件为 1 0 0℃、1 6 h； 钻井液 的密度为 1 ． 6 0 g ／ c m 。 3 现 场 应 用 3 ． 1 一开 ①表层采用膨润土 一 C MC钻井液，套 管下至井 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9 卷 第5 期 赵利等复合盐钻井液技术在莫1 1 6 井区的应用 3 5 深 5 2 0 m ； ②控制地面钻井液量不大于 1 0 0 m ，表层 钻进钻井液消耗量较大，需及时补充 ； ③以细水长流 的方式加入水化好的膨润土浆、C MC ． MV胶液，必 要时加入铵盐调整钻井液流变性 ； ④钻完进尺前将 钻井液密度提至 1 ．2 0 g ／ c m ，完钻后充分洗井，保证 井底清洁。提钻前泵人 2 0 m。 稠浆垫底，确保下套 管顺利。 3 ． 2 二开 1 --开使用复合盐钻井液体系。 转化配方如下。 4 ％ 膨 润 土 0 ． 2 ％Na ， C O 1 ． 0 ％S P 一 8 R E DU1 7 ％KC l 0 ． 3 ％Na 0H 1 ． 0 ％P MHA． 2 I ND1 0 0 ． 7 ％ 复配铵盐 2 ％ 阳离子乳化沥青 O ． 4 ％C MC MV 2 ％ S MP 一 1 1 ％S P N H 2 ％磺 化 沥 青 0 ．2 ％ C a O 1 0 ％ ～ l 5 ％ 有机盐 重晶石粉 维护配方如下 。 1 0 m 钻 井 水 1 ． 0 ％S P 一 8 1 ． 0 ％P MHA． 2 7 ％ KC I 1 5 ％有机盐 2 ％S MP 一 1 0 ． 3 ％Na O H 钻井液密度为 1 ．2 0 ～1 ． 4 5 g ／ c m ， 漏斗黏度为 4 5 ～ 9 0 S ， 中压滤失量不大于 5 m L ， 塑性黏度为 1 5 ～3 5 mP a S ， 动切力为 5 ～1 5 P a ， 切力为 1 ～3 ／ 3 ～9 P a ／ P a ， p H值为 9 ～1 O ， 黏滞系数 摩阻 不大于 0 ．0 5 2 4 ， 高温 高压滤失量不大于1 2 mL ， 膨润土含量为3 5 “ - - 4 5 g ／ L 。 2 钻井液维护。二开采用复合井眼， 在q b 2 4 1 m m 井段 5 2 0 ～3 0 0 0 m 钻井液消耗 比较大 ，要及时补 充胶液 ，同时按循环周补充加重剂。在井深 7 0 0 m 前加入 0 ． 1 ％C a O及烧碱预 处理 ，抑制膏质 泥岩缩 径。钻至井深 1 5 0 0 1 7 0 0 m膏质泥岩和棕红色塑 性泥岩段前加人 1 ％液体润滑剂 ； 在井深 1 8 0 0 m 以后加入 2 ％阳离子乳化沥青，提高体系的封堵造 壁 陛能 。保持有机盐抑制剂含量不低于 1 5 ％、包被 剂含量不低于 1 ％，依据现场小型实验结果 ，加入 0 ． 2 ％C a O或铵盐调 整钻井液流变性。在井深 3 8 0 0 m以后加入 2 ％天然沥青 K H． n 、 I ％GR L 一 1 、 2 ％S MP ． 1 及 1 ％S P N H，提高封堵特性，防止西山窑组煤层及 硬脆性泥岩掉块 、垮塌。加入油层保护剂前预处理 钻井 液。通过 现场小型实验 ，用 C a O控制黏度和 切力，然后分多次加人油层保护剂。保持 2台高频 振动筛 筛布孔径不大于0 ． 1 8 0 m m 有效运转率为 1 0 0 ％，除砂、 除泥器有效运转率为 1 0 0 ％，离心机依 据实际情况启用。完井电测前 以全井循环方式加入 1 ％～1 ． 5 ％玻璃小球。 3 钻井液密度控制范围。5 0 0 9 0 0 m、9 0 0 ～ 2 0 00m 、2 0 0 0～ 3 40 0m 、3 4 0 0～ 3 9 0 0m 、3 9 00～ 4 3 5 0 m井段钻井液密度分别控制为 1 ． 2 0 1 ． 2 5 、1 ． 2 5 ～ 1 ． 28 、1 ． 28 1 ． 3 5、1 ． 3 5 1 ． 40、1 ．40 1 ． 4 5 g ／ c m 。 4 工程配套措施。每钻进 2 0 0 m或 2 4 h内短 程起下钻 1 次，P DC钻头长提时 间不超过 7 2 h ，提 出红色膏质泥岩段以上 1 0 0 2 0 0 m。每次下钻在红 色膏质泥岩段 以上 1 0 0 2 0 0 m，红色膏质泥岩段以 下 3 0 0 4 0 0 i r l 洗井，井深 2 0 0 0 1 T I 以后每 5 0 0 I l l 洗 井 1 次，洗出堆积泥饼，在红色膏质泥岩段 内严禁洗 井。提钻前确保充分洗井时间，提至红色膏质泥岩 段以下3 0 0 4 0 0 m， 要求洗井 1 周以上， 返出无岩屑、 虚泥饼后继续提钻。进入小井眼前充分洗井，井深 超过 4 0 0 0 m 以后在 3 6 0 0 m顶通后下到井底。洗井 时在不同位置转动转盘，防止压差卡钻。红色膏质 泥岩段以上 1 0 0 m到红色膏质泥岩段以下 3 0 0 m采用 低速提钻，遇阻卡接方钻杆洗井或采用倒划眼 ； 下 钻遇阻反复修井壁，直至畅通无阻再进行下步作业。 4应 用效 果 2 0 1 1 年采用复合盐钻井液体系在莫 1 1 6 井区完成 1 6口简化井身结构井，如表 6 所示。 表 6 莫 1 1 6井区部分完成井技术指标统计 MB 完钻井 钻机月速 机械钻电测全井工作 生 产 ／ 井号 深 ， m n 1 ／ 台月速 ／ m／ h 次数 时问／ h h 注 复杂、事故时间为 0 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 9月 应用结果表明，该钻井液体系能够较好地抑制 膏质泥岩、塑性泥岩水化缩径 ，且对下部地层脆性 泥岩 、煤层 的掉块 、垮 塌能起 到较好 的封堵 作用。 已完成 的 1 6口井平均钻井周期为 3 7 ． 1 3 d ，比设计 工期提前 2 6 ． 2 1 ％，平均机械钻速高达 1 1 ． 3 7 ％。同比 2 0 1 0年以前完成的井 ，目前莫 1 1 6井 区完成井均未 发生钻井复杂事故，为莫 l l 6 井区安全、快速、高 效钻井提供了有力的技术保障。 5 结 论 和 认 识 1 ． 在复合盐钻井液体系 中引人大分子抗盐包被 剂 、玻璃小球 可过 0 ． 1 2 5 ～0 ． 1 5 4 mn l 的筛 及抗高 温防塌降滤失剂 G R L ． 1 ，解决了莫 1 1 6 井区钻井施 工中存在的起下钻严重阻卡、电测仪器遇卡难题， 对上部地层有 良好的抑制性能 ， 易于实现井壁稳定 。 2 ． 优选出的复合盐钻井液体 系封堵能力较强 ， 对于莫 1 1 6 井区上部大段泥岩保持了良好抑制性。 同时对下部硬脆性泥岩剥落掉块 、煤层垮塌起到较 好的预 防作用 ，能够有效协调水基钻井液体系抑制 和封堵作用之间的客观矛盾 。 参 考 文 献 [ 1 ] 崔贵涛，陈在君 ，黎金 明，等 ． 复合盐水低伤害钻井 液在桃 7 - 9 ． 5 AH水平井 的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 1 ，2 8 3 2 6 ． 2 8 ． [ 2 ] 廖天彬 ，蒲晓林 ，罗兴树，等 ． 超高密度聚磺近饱和甲 酸盐钻井液室内研究 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 1 0 ， 2 7 4 26 ． 28． [ 3 ] 黄宏军，杨海军，蔺志鹏 ，等 ． 尤拉屯 No ．1 5井超 高密度聚磺复合盐水钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 9 ，2 6 5 1 0 ． 1 3 ． [ 4 】 刘梅全，黄宏军，石李保 ，等 ． 涩北气田高矿化度地层 盐水强包被聚合物钻井液 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ， 2 6 4 1 4 ． 1 7 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 1 1 - 2 2 ；HG F 1 2 0 4 N4 ；编辑王小娜 上接第3 2 页 5 结论 1 ． 改进型低 自由水钻井液在 NP 4 5 5井的成功 应用，满足了大位移探井泥岩段井壁稳定和油层保 护的双重需要，解决了南堡油田中深层泥页岩的井 壁稳定问题，为南堡油田4 号构造优质、高效、安 全钻井提供了可靠保障。 2 ． 改进型低 自由水钻井液通过聚合物胶束 、络 合粒子配合封堵剂封堵微裂 隙 ； 联合使用聚胺抑制 剂 和 KC 1 ，增强了钻井液的封堵性和抑制能力 ，在 钻进过程中岩屑规则 ，回收率达 9 0 ％ 以上 ，平均井 径扩大率仅 为 4 ． 1 9 ％，保证了起 下钻 、电测 、井壁 取心的顺利施工 ，缩短了钻井周期。 3 ． 改进型低 自由水 钻井液具有较强 的抑制性 ， 配合 防水锁剂 的使用 ，减少 了储层 的水敏和水锁损 害，保护油层的效果提高，渗透率恢复值可以达到 1 0 0 ％ 参 考 文 献 [ 1 ] 孙玉学，王媛慧 ，李玉 ，等 ． 乾安地区井壁坍塌机理及 钻井液技术研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 5 7 6． 78 ． [ 2 ]2 李公让，赵怀珍，薛玉志，等 ． 超高密度高温钻井液流 变性影响因素研究 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 9 ， 2 6 1 1 2 ． 1 4 ． [ 3 ] 赵峰，唐洪明，孟英峰，等 ． 微观地质特征对硬脆性泥 页岩井壁稳定性影响与对策研究 [ J ] ． 钻采工艺 ，2 0 0 7 ， 3 0 6 1 6 ． 1 8 ． [ 4 ] 李礼 ，鄢捷年，舒勇，等 ． 保护低渗透油气层的钻井完 井液体系 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 8 ，2 5 5 2 8 3 1 ． [ 5 ] 范文永，舒勇 ，李礼 ，等 ． 低渗透油气层水锁损害机理 及低损害钻井液技术研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 8 ， 2 5 4 1 6 ． 1 9 ． [ 6 ] 朱宽亮，卢淑芹，王荐 ，等 ． 低 自由水钻井液体系的研 究与应用 [ J ] ． 钻采工艺，2 0 1 0 ，3 2 1 3 4 3 9 ． 收稿 日期2 0 1 2 ． 0 2 ． 2 5 ；HG F I 2 0 5 N5 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m