高平1井钻井液技术.pdf
第 3 8卷 第 6期 2 O ] 0年 1 1月 石 油 钻 探 技 术 I E I 、 R I EUM DR1 1 I I TE 、 HNI QUES V 1 . 38 NO .6 NOV .. 20} . .固井与 泥 浆 . _ _ _ - 一 Cj 同 d o i 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 1 0 8 9 0 . 2 O 1 0 . 0 6 . 0 1 5 平 1井钻 井液技术 刘从军 蓝 强 张 于 雷 乔 军 缑 宁宁 中国石化胜利石油管理局 钻井 工艺研 究院, 山东 东营2 5 7 0 1 7 摘 要 高 平 1井 水 平 位 移 达 到 3 8 1 4 . 3 2 m, 位 垂 比达 到 4 . 0 2 , 是 目前 国 内 陆地 上 位 垂 比 最 大 的 大 位 移 井 。该 井 目的层较浅 , 位 垂比大 , 地层造 浆严 重 , 钻进过 程 中容 易出现 粘卡 、 传 压 困难 、 套 管 下入 困难 等复 杂情况 。为此 , 合 成 了一种高效润滑剂 B H一 1 , 并优选 出一种 高效 清洁钻 井液体 系, 并在 钻进过 程 中采取 了一 系列维护 处理措施 大、 中、 小相 对分子质量的 高分子聚合 物与胺基抑制剂 的复 配来提 高钻 井液的抑 制性 ; 加 大润滑 剂的加 量 , 必要 时 配合 固体润滑剂提 高钻 井液 的润滑性 能 ; 采 用高效胺 基抑 制剂 , 配合 常规的 P AM 和 天然 高分子 聚合物 及复 合铵 盐 、 KFT 等控 制 黏 土 适 度 分 散 来提 高 泥饼 质 量 , 降低 钻 井 液 滤 失 量 。该 井 顺 利 钻 至 完钻 井 深 , 钻 进 过 程 中钻 井 液 性 能稳 定 , 没 发 生坍 塌 掉 块 , 未 出现 阻卡 情 况 , 井径 扩 大 率 小 于 2 , 套 管 下 入 顺 利 。 关 键 词 水 平 井 ;钻 井 液 ;润 滑 剂 ;抑 制 剂 ;钻 井液 性 能 ;高平 1井 中图分 类号 TE 2 5 4 文献标识码 A 文章编号 l f ] 卜O 8 9 0 2 O 1 0 0 6 0 0 7 卜O 4 Dr i l l i n g Fl u i d f o r W e l l Ga o p i ng 1 Li u Co n 幽u n L a n Qi a n g Zh a n g Dr i l l i n g Te c h n o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e o f do n g, 2 5 7 01 7, Chi na Bi n Yu Le i Qi a o J u n Go u Ni n g n i n g She ngl i Pe t r o l e u m A dmi n i s t r a t i o n,Do ngyi n g,Sh an Ab s t r a c t W e l l Ga opi ng 1 i s a n i m p o r t a nt e xp l or a t or y we l l of She ng l i Oi l f i e l d i n 2 0 09 wi t h h or i z o nt a l d i s p l a c e m e nt o f 3 81 4 . 32 m a nd t he r a t i o o f ho r i z o n t a l d i s p l a c e m e nt t o v e r t i c a l d e pt h i s 4 . 0 2, wh i c h i s t he hi ghe s t r a t i o i n Chi n a . The r e a r e a l ot of pr ob l e ms i n t hi s we l l , i nc l u d i ng s ha l l o w t a r g e t f o r ma t i on, hi ghe r ho r i z o nt a l t o v e r t i c a l d e pt h r a t i o, s t r o ng m u d ma ki n g f o r m a t i o n, p i pe s t uc k, d i f f i c ul t i e s i n pr e s s ur e t r a ns mi s s i on a n d c a s i n g r u nni ng .The r e f or e, a n e f f i c i e n t l ubr i c a nt BH 一1 wa s d e v e l o pe d, a n d a ne w e f f i c i e nt a nd c l e a n d r i l l i ng f l u i d s y s t e m wa s op t i mi z e d. Th i s dr i l l i n g f l ui d a nd t he f ol l o wi ng me a s ur e s we r e us e d f or t hi s we l l , us i ng l a r ge, me d i u m a nd s ma l l m o l e c ul a r we i ght p o l y me r c o mpo und a nd a mi no i nhi b i t o r t o c o nt r o l t he d r i l l i ng f l u i d i n hi bi t i o n,u s i n g e f f i c i e nt a mi no i n hi b i t o r wi t h PAM , n a t ur a l h i gh po l yme r, a mm o ni u m s a l t a nd KFT t o mod e r a t e l y d i s p e r s e c l a y d i s p e r s i on f or t he pu r p o s e o f i m p r o vi n g m u d c a ke qu a l i t y, a nd r e du c i ng t he f l ui d l os s . Th i s we l l wa s d r i l l e d t o t he de s i g ne d de pt h s u c c e s s f u l l y, t h e d r i l l i n g f l u i d pr o pe r t y wa s s t a b l e a nd n o we l l b or e c ol l a ps e ha ppe ne d, no pi pe s t i c ki n g o c c u r r e d, ho l e d i a m e t e r e nl a r g e me nt r a t i o i s l e s s t ha n 2 , t he c a s i ng r unn i n g i S s u c c e s s f u1 . Ke y wo r d s ho r i z on t a l w e l l ; d r i l l i ng f l u i d; l ub r i c a n t ; i nhi bi t o r ; dr i l l i ng f l u i d pr o pe r t y; W e l l Ga o pi n g 1 高 平 1井位 于 济 阳坳 陷东 营 凹 陷高 青 一 平 南 断 裂 带上 升盘 , 目的层 为 中生界 , 钻 探 目的是 进一 步 了 解 青城 凸起 西部 中生 界含 油 气情 况 。高平 1 井 设计 井 深 4 1 0 8 . 2 8 m, 水 平段 长 3 0 4 3 . 0 9 m, 目的层 垂 深 8 6 7 . O 0 ~9 2 9 . O 0 m, 水平 位移 3 3 9 5 . 3 2 m。实 际 完 钻井 深 4 5 3 5 . 0 0 m, 水 平 位移 3 8 1 4 . 3 3 m, 垂 深 9 4 8 . 8 7 m, 位 垂 比 4 . O 2 , 是 目前 我 国 陆上 位 垂 比最 大 的长水 平段 大 位移 水平 井 。该井 钻 遇地层 成 岩性 差 , 砂 泥岩 混 层 , 岩 层 疏 松 , 井 壁稳 定 性 差 , 易 造 浆 , 水 平段 长易形 成 岩 屑 床 , 摩 阻扭 矩 大 。为此 合 成 了 一 种 高效 润 滑剂 BH一 1 , 并 在此 基 础 上 , 优 选 出 一种 高效清洁钻井液体 系。该 井使用该钻井 液体 系钻 进 , 并在 钻进 过程 中采取 了一 系列 维护 处理 措施 , 顺 利钻 至完 钻井 深 。 收 稿 日期 2 0 I 一 7 ~ 2 】 ; 改 回 日期 2 1 0 1 0 2 6 基金项 目 国家科技 重大专项“ 低渗油 气田高效开发钻井技 术” 课 题 四“ 低 渗 油 气田储 层保 护 技 术 ” 2 o o 8 Z X 5 0 2 2 0 0 t 部 分研 究 内容 作者简介 刘从 军 1 9 7 1 , 男. 山 东济南人 . 1 9 9 2年毕业 于石 油 大学开发 系油田化 学专业 . 工程师 , 主要从事油 田化学研 究Z - 作 联 系方 式 0 5 ,1 6 8 5 0 】 1 1 5 .y h s l c j 1 2 6 . c l l l 斌 l 钻井液技术难点 1 新 近 系 的明 化 镇组 和馆 陶组 地 层 岩性 多 为 泥岩 , 造浆 严重 , 劣质 固相 大量侵 入钻井 液造 成钻井 液性 能不稳 定 ; 2 超 长水 平段 易形成 岩 屑床 , 钻井 液 必须 具备 较强 的携岩 及清 洁井 眼的能力 ; 3 钻 井液要 具备 良好 的润 滑 防卡 性能 , 以解决 超长 水平段 钻井 液的 润滑 、 传 压 、 防卡 问题 。 2 室 内试验 根据高平 l井地质资料和工程设计 , 参考邻井 实钻 资料分 析 。结合 该 井 水平 段 的地 层特 点 , 要 求 钻井液要具备以下特点 j 1 良好 的流变性 ; 2 良 好 的悬 浮携 带 能力 ; 3 强 抑 制 能 力 ; 4 极 强 的润 滑 性 ; 5 较强 的稳定 性 ; 6 较 大 的黏 土 容量 限 ; 7 良好 的造 壁能力 。 2 . 1主处 理剂优 选 2 . 1 . 1 润滑 剂优 选 经过 室 内研 究 , 合 成 了一 种 润 滑 剂 B H 1 。对 B H一 1和其他 常用 的 8 种 润 滑 剂 的粘 附 系数 和极 压 润滑 系数 进 行 了评价 , 结果见 图 1 。 基 浆S D5 0 5 ZH一 1 Z H S YP YG l YG一 4 YG一 6 BH l J S F B 图1 B H一 1 与其他润滑剂性能的对比 Fi g. 1 Co mpa r i s on o f BH一 1 p e r f o r ma nc e wi t h o t h e r l ub r i c a nt s 从 图 1可 以看 出 , 润 滑 剂 B H一 1较 其 他 润 滑剂 润滑 效果更 好 。 2 . 1 . 2 抑 制 剂的优 选 笔者采 用岩 心滚 动 回收 和页岩 膨胀 方法对 5种 抑制 剂进行 了性 能 评 价 , 结 果 见 图 2 。从 图 2可 以 看 出 , 胺 基抑 制剂 的页岩 回收率较高 , 页岩 膨胀 率较 低 , 表 明其 具 有 良好 的抑 制 页岩 膨 胀 的性 能 , 因 此 , 将 胺基 抑制剂 作为钻 井液 的 主抑制剂 。 水 S Y P 一 1 聚醚 胺基抑制剂 K C 1 S J W 图2 抑制剂的优 选 F i g . 2 Op t i m i z a t i o n o f s h a l e i n h i b i t o r s 2 . 2高效清 洁钻 井液 的配方确 定 在 优 选 出主 处理 剂 后 , 确定 了二 开 和三 开高 效 清洁钻 井液 的基本 配方 。 二开钻井液的基本配方 为 现场膨润土 浆0 . 3 P A M 1 . 5 KF T 1 . o H S MP l 0 . 5 % S F一 1 1 . 0 %胺 基抑 制剂 2 . 0 B H- 1 4 . 0 B M一 1 ; 三开钻井 液的基本配方为 现场膨润土浆 0 . 3 PAM 1 . 5 KFT 1 . 5 SM P~1 0 . 5 S F~1 2 . 0 胺 基抑 制剂 5 . 0 B H l l 0 . 0 B M一 1 。 用 高 1 0 1井王 氏组地 层 的岩屑 对高效 清洁钻 井 液 、 硅 酸盐钻井 液 和 矿物 油 钻 井 液 的抑 制 性进 行 了 评 价 , 结 果见 表 1 。 液体类型 岩屑 回收率 , 膨胀率 , 极压润滑系数 注 硅 酸盐 钻 井液 配方 为 2 . 0 膨 润土 1 . 5 %YGC 3 . 0 DYF T3 . 0 S MI ’ 2 . 0 N a 2 S i O 4 ; 矿 物油 钻井 液 配方为 1 5 白 油3 . 0 有机土2 . 0 乳化剂0 . 5 ~1 . 0 润湿剂2 . 5 增黏 剂1 . 0 oA提切剂 1 . 0 降滤失剂0 . 5 C a 0加重剂 。 从 表 1可 以看 出 , 岩 屑 在清 水 中的 回收 率仅 为 1 9 . 0 , 在 高 效清 洁 钻井 液 中的 回收 率与 在 硅酸 盐 钻 井液 中差不 多 , 低 于在 矿物油 钻井 液 中的 回收 率 , 但在高效清洁钻井液中的膨胀率与在矿物油钻井液 ∞ ∞ ∞ 们 如 0 如 如 如 加 0 O O 0 O O 第 3 8卷 第 6期 刘从 军 等 高平 1井钻 井 液技 术 相 当 , 比在硅 酸 盐 钻 井 液 巾的 膨 胀 率 低 。这 表 明 高效 清 洁钻 井液 具 有 较好 的抑 制 性 能 , 有 利 于抑 制 地 层造 浆 。高效 清 洁 钻 井 液 具 有 良好 的润 滑 性 能 , 其 润滑 系数 略低 于 油基 钻 井 液 体 系 的润 滑 系 数 见 表 1 , 其 润滑性 能 满足 现场 钻井 要求 。 3 现场施T 3 . 1一 开 0 ~ 4 0 8 . 0 0 i n 一 开钻穿平原组地层 , 采用混浆开钻 , 钻至井深 2 0 0 m 后用 碳 酸钠促 使 黏土 水化 分 散 , 控制 流 型 , 利 用 固控 设 备 , 控 制 钻 井 液 固相 含 量 。钻 至 一 开 设 计 井深 , 充分 循环 洗井 , 起 钻前 加入 0 . 1 I V C MC提 高钻 井液 黏切 , 使 钻 井 液 黏 度 维 持 在 4 5 S以 上 , 保 证 了表层套管顺 利下 至井底 。一 开钻 井液 的性 能为 密度 1 . O 5 ~1 . 0 8 k g / I , 漏斗 黏度 4 0 5 0 S 。 3 . 2二 开 4 0 8 . 0 0 ~1 8 1 2 . 7 0 i n 二 开采用高效 清洁钻 井液钻进 , 钻 井液 处理 本着 低 固相 、 强抑制 、 润滑性优 良、 流变参 数合理 的原 则 。 具 体处 理措 施 为 1 二 开 上 部 井 段 采 用 不 同相 对分 子 质量 的聚 合物 合理 搭 配 , 保 持 聚丙烯 酰 胺 、 天 然 高分 子絮凝 剂 、 胺 基 聚 醇 及 有 机胺 等 高效 抑制 剂 在 钻井 液 中的有 效 含 量 , 提 高 钻 井 液 的整 体 抑 制 性 及抗 黏 土污染 的 能力 ; 2 充 分利 用 四级 同控 设备 , 振 动筛 采用 1 2 O ~1 5 0目筛 布 , 二 开后 期采 用 1 8 0目筛 布, 配合聚合物包被絮凝 剂以达到控制钻井液 固相 含量 的 目的 ; 3 随着 水 平 段 的 延 长 , 适 时 提 高 铵盐 、 KF T、 磺 化酚 醛 树 脂 等 防 塌 降 滤 失 剂 加 量 , 以保 持 钻井 液 的低 滤 失 量并 能形 成 优 质 的泥 饼 , 在保 证 钻 井液流变性 合理 的基 础上提 高钻 井液 的护胶 、 造 壁能 力 , 并配合各种 润 滑剂 降 低摩 阻 ; 4 通 过 提 高钻 井 液 黏度 、 形成 优 质 泥饼 、 加 入 足 量 的高 效 润 滑 剂 B M一 1 加量 5 ~ 1 5 达 到 提 高 钻 井液 润 滑 性 的 目的 。 该 井段 钻井 液性 能 为 密度 1 . 1 0 ~ 1 . 1 5 k g / I , 漏 斗 黏度 3 5 ~4 5 S , A P I 滤 失 2 ~5 mI , P H 值 8 ~ 9 , 含 砂 0 . 2 ~0 . 3 , 固相 含量 5 ~8 , 塑性黏度 1 0 ~ l 3 mP a S , 动切 力 2 ~5 P a , 静 切力 0 ~ 1 / 3 ~8 P a , 膨 润 土含 量 4 0 ~7 0 g / I , 粘 附 系数 0 . 0 6 9 ~0 . 0 2 6 。 布 , 保证 钻井 液 中 固相含 量较 低 ; 通 过 高分 子聚 合物 与胺 基抑 制剂 的复 配 提 高钻 井 液 的抑 制 性 ; 保 证 钻 井液中润滑剂的含量达到要求 , 必要时配合 固体润 滑剂 提 高其 润滑 性 。钻 井 过程 中 , 钻 井液 处 理 以稳 定 为主 , 钻井 液 黏度 控制 在 5 O ~7 0 S , 保持适 当的切 力 , 根据 钻井 液性 能 变 化 及 摩 阻 变 化情 况 适 时 补 充 自油 润滑 剂及 各种 聚 合物 。具 体 的处理 措施 为 1 保持 聚胺 的含 量在 0 . 3 以上 , 胺 基聚醇含量 在 0 . 5 以上 , 并 随着水平 段 的不 断增长 , 适 当提高聚 合物浓度来 提高钻井 液 的抑制 性 , 以减 少钻 屑 的过度 分 散 , 保持 p H值 的稳定 , 保 证钻井液 性能 的稳 定性 ; 2 利 用 固 控 设 备 将 钻 井 液 固 相 含 量 控 制 在 1 0 %以下 , 密度 控 制在 1 . 1 5 k g / I 左右 ; 3 在 保证 钻井 液具 有 强抑 制 性 的前 提 下 , 通过 补 充 预水 化 膨 润 土 浆 , 铵 盐 、 硅 氟 稀 释剂 、 GHM 、 磺 化酚醛树脂和 X C等处理剂, 提高钻井液的防塌 、 造 壁 能力 , 调 整钻 井液 漏斗 黏度 小 于 6 5 S , 静 切力 控制 在 3 ~ 5 1 0 ~ 】 2 P a , 保 证钻 井 液悬 浮 携带 钻 屑 及清 洁 井 眼的 能力 ; 4 在 保证 钻井 液具 有 低滤 失 、 高质 量泥 饼 的 同 时 , 通过高效润滑剂 B M一 1与 B H 1的协 同作用 , 保 证钻 井 液具 有 良好 的润滑 性 ; 5 保证 现场 固控 设 备 全 效 运 转 , 配 合 短 起 下 、 通井 等措 施破 坏 岩屑 床 、 键 槽 等不 利 因素 。 通过 采 取 以上 维 护处 理 措 施 , 高 平 1 井 三开 顺 利钻 至井 深 4 5 3 5 . 0 0 m, 钻进 期 间起下 钻均 正常 。 4 效果评价 4 . 1钻 井液性 能 稳定 钻 井液 的 流变性 控 制对 于携 岩非 常重 要 。在水 平 段钻 进期 间 , 钻 遇地 层 本 身 的性 质 决 定 了 钻 屑 的 粒径 很 小 , 大部 分在 微米 级 , 1 8 O目的振 动 筛 布 仅能 分 离少 量 的钻 屑 , 换 成 2 5 0目筛 布开 启离 心机 后 , 大 部 分钻 屑得 到有 效 清除 , 并 通过 采取 维护 处理 措施 , 保证 了钻井 液性 能稳 定 和钻 井 液 的携 岩 能 力 。图 3 所示 为 钻井 液漏 斗 黏 度 、 塑 性 黏 度 及 动切 力 随井 深 的变 化 曲线 。从 图 3可 以看 出 , 虽然 漏 斗 黏度 随 井 深增 加有 所增 大 , 但 塑 性 黏 度 和 动 切 力都 能够 保 持 稳定 。总而言 之 , 钻井 液 在钻 进期 间性 能稳 定 。 3 . 3三开 1 8 1 2 . 7 0~4 5 3 5 . 0 0 m4 . 2钻 井过 程 中井壁 稳 定 根据 高平 1 井 钻井 液施 工 方案 对三 开井 段钻 井 液进 行处 理 , 充分 利用 固控 设备 , 采 用 1 8 0目振 动筛 该井 施 _T时 间 长 , 水平 段 处 于 中生界 欠 压 实松 软地 层 中 , 且 有 大 段 的 泥岩 层 。 由于 最 大 垂深 仅 有 石 油 钻 探 技 术 2 0 1 0年 1 1月 井 探 / 图3 漏斗黏度 、塑性黏度及动切 力随井深 的变化 曲线 Fi g . 3 Th e c o u r v e s f un n e l v i s c o s i t y , p l a s t i c v i s c o s i t y a n d yi e l d po i nt s va r i e d wi t h t he we l l de p t h 9 4 9 . O 0 m, 因此 井温较 低 , 循 环 温度 只有 3 6 ~4 0℃ , 大部 分 防塌处理 剂难 以发 挥 作用 , 于是 采 用 高效 胺 基抑 制剂 , 配合 常 规 的 P AM 和 天 然 高分 子 聚合 物 及 复合铵 盐 、 KF T 等控 制 黏 土 适 度分 散 , 膨润 土含 量控 制 在 5 . 0 ~ 7 . 5 , 提 高 了 泥饼 质 量 , 降低 滤 失量 , 水平段 AP I 滤失控制在 3 mI 以内, 保证了井 壁 的稳定 性 。该 井 在 钻 进 过 程 中没 有 发 生 掉 块 坍 塌 , 井径扩 大 率 小 于 2 . 0 , 全 井 起 下 钻 顺 畅 , 无 任 何 阻卡情 况 出现 , 井壁 稳定 性好 , 井眼规 则 。 4 . 3 钻 井过 程 中摩 阻的 控制 为 了 大 幅度 降低 水平 井 钻 井过 程 中 的摩 阻 , 除 了工程 上采取 短起下 钻 、 正划 眼和倒划 眼措 施 、 最 大 限度破 坏岩屑 床 、 保 持井 眼 的清 洁外 , 还加 入 了足量 的润滑 剂 B H l和 固体 润滑 剂 , 提 高 了钻 井液 的润 滑性 能 , 形成 了优 质的泥 饼 , 降低 了井壁摩 阻 数 。 在 实 钻 时 , 通 过 测量 摩 阻计 算 出裸 眼 段 的摩 阻 因数约 0 . 2 5 , 套管内的摩阻凶数为 0 . 2 3 。 5 结论 与建议 1 自主研 发 的高 效润 滑剂 B H一 1性 能优 良, 有 效解决 了超 长水 平段 的润滑 问题 。 2 高效 清洁 钻 井 液体 系具 有 优 良的 抑 制 防塌 和携 岩性 能 , 对井 眼起 到 了 良好 的稳定 清洁作 用 。 3 在超 长水平 段 , 一 定要充 分 利用 现 场 的同控 设 备 , 尽 可能采 用 细振 动 筛 布 , 高效 使 用 离 心机 , 以 保证 钻井 液 中固相含 量较低 。 4 大 、 中 、 小 相对 分 子质 量 高 分 子 聚合 物 与胺 基 抑制剂 的复 配可 以提高 钻 井 液 的抑 制 性 ; 加 大 润 滑剂的加量, 必要 时配合同体润滑剂可以大幅度提 高钻井 液 的润滑性 能 。 5 采用 高效胺 基 抑制 剂 , 配 合 常规 的 P AM 和 天然 高分 子聚合 物及 复合铵 盐 、 K F T 等控制 黏 土适 度分散, 可提高泥饼质量 , 降低滤失量 , 增强钻井液 的 防塌性能 。 6 继续加强 常规水基 钻井 液 的研 究 , 研 制 其他 新 型处理 剂 , 在 增强钻 井液性 能 的基础 上 , 降低 钻井 液 费用 。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 参 考 文 献 施里宇, 李天太 , 张喜凤 , 等. 温度和膨 润土 含量对水 基钻井液 流变性 的影响 [ J ] . 石油钻探技 术, 2 0 0 8 , 3 6 1 2 O 一 2 2 . 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