高平3井强抑制润滑钻井液体系研究与应用-.pdf

2 0 1 1 正 第 5 卷 第6 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s Te c h n o l o g y a n d Ec o n o my Vo 1 ． 5． NO． 6 De e． 2 01 1 d o i 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 2 0 9 51 1 3 2 ． 2 0 1 1 ． 0 6 ． 0 1 2 高平3 井强抑制润滑钻井液体系研究与应用 贾涛刘军韩喜正陈杨 中国石化胜利石油管理局黄河钻井四公司，山东东营2 5 7 0 0 0 摘要 高平3井是胜利油田一口大位移、浅层水平井探井，其钻井液中不能加入含荧光的处理剂，在体系 的选择上不能使用油基或混油钻井液。为提高钻井液的润滑性和抑制性 ，形成强抑制润滑钻井液体 系。在聚合物 防塌钻 井液的基础上 ，优选 引入 聚醚 多元 醇润滑剂 S YP 一 2 和氨基 聚醇 页岩抑制 剂AP 一 1 ．通过 现场应 用。解决 了 高平3 井钻遇的强水敏、强分散浅层软泥岩的水化造浆问题，满足 了大位移、高位垂比水平井的携岩洗井以及润 滑的需要 。 关键词 水平钻井钻井液抑制性润滑性胺基聚醇 中图分类号T E 2 5 4 ． 6 文献标识码 B 文章编号2 0 9 5 1 1 3 2 2 0 1 1 0 6 0 0 4 3 0 3 O 引言 随着油气开发 的不断深入 ，胜利油 田逐步加大 孔店组的开发力度 ，但这些 区块 由于地层缺失 ，经 常 由馆陶组跨 越至孔店组 ，地层压实性差 ，可钻性 强 ，钻 速快 ，且地 层 中含大量水 化性好 的泥页岩 ， 常规聚合物钻井液体系不能有效解决黏土水化分散 问题 ，钻井液性能不稳定 ，处理难度大。针对高平 3 井井型 、地层 特点 ，笔者提 出了采用强抑制高性 能 胺基聚醇钻井液解决该类问题的思路。 1 工程和地质简况 高平3 井是胜利油田一口 重点预探井，位于济阳 凹陷东营凹陷，高青 一 平南断裂带上升盘高平 3 块 较高部位 。设计井深 2 1 4 4 m，垂 深 9 4 9 m。实际完 钻斜深 2 1 5 3 m，垂 深 9 5 8 ． 6 8 m，水 平位移 1 3 2 9 ． 3 9 m，位垂 比为 1 ． 3 9 1 。该井起下钻 畅通 ，完钻前摩阻 力为 5 0 ～1 2 0 k N，完井电测顺 利 ，电测期间摩阻力 为 5 0 8 0 k N，全井未发生复杂情况 ，安全 、优质地 完成 了该 井 的钻探 任务 。电测后 该井 未见 油气 显 示 ，填井完钻。 高平 3 井钻遇地层依次为平原组 0 ～ 2 3 0 m ， 地层为棕黄色及棕红色黏土 、砂质黏土层 ；明化镇 组 2 3 0～7 8 5 m ，为灰绿色砂质泥岩 、泥岩和灰绿 色细砂岩 、中砂岩 、泥质粉砂岩 ；馆陶组 7 8 59 3 2 m ，以棕红色 、灰色泥岩 、砂质泥岩为主 ，夹浅灰 色 、灰 黄色粉砂岩 、泥质粉砂岩 ；孔店组 9 3 2～9 4 9 m ，为灰色砂岩与粉红色 、灰色泥岩 、砂质泥岩不 等厚互层。 2 钻井液技术难点 1 该井所钻地层多为泥岩页地层，蒙脱石含量 高 ，易吸水膨胀 ，造浆严重 ，钻进中钻井液稠化严 重 ，黏度切力升高快 ，极易泥糊井眼造成憋泵 、摩 阻增大 、起钻 “ 拔活塞” 、下钻遇阻等复杂情况。 2 水平位移 大 1 3 2 9 ． 3 9 m ，水平段长 1 0 0 0 m ，携岩洗井 困难 ，容易形成 “ 岩屑床” 。 3 地层胶结疏松 ，稳定性差 ，缩径现象突 出， 造 成起 下钻 阻卡 ，处理 稍有 不 当 ，即可 能 出新 井 眼，以往在该地 区施工井 中，最多时一 口井钻出5 个 井眼 ，施工难度很大。 4 该井为三靶点井 ，完钻位垂 比达到 1 ． 3 9 ，润 滑防卡 、降低钻具摩 阻也是该井需要重点解决 的问 题 【” 。 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 2 7 修订 日期 2 0 l 】 一1 20 9 作者简介贾涛 1 9 7 4～ ，钻井液技师，从事现场钻井液应用 1 作。E - m a i l s h e n g l i z u a n 4 j i a l 2 6 ．f tO l l l 天然气技术与经济 ／ 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 卷 贾涛，等高平3 井强抑制润滑钻井液体系研究与应用 第 6 期 3 钻井液技术措施 3 ． 1 钻井液性能要求 高平3 井是一口重点探井，钻井液中不能加入含 荧光的处理剂 ，在体系的选择上不能使用油基或混 油钻井液。钻井液在泥页岩地层中钻进应保持低黏 度 、低切力、低失水、携岩洗井效果好，润滑性能 强等特点。因此 ，钻井液应具有很强的抑制性 ，以 克服地层造浆、钻屑分散造成的黏度切力增高、固 相含量升高等危害；具有良好的流变性能和携岩洗 井 能力 ，以利于井 眼的净化 ；润滑性能好 ，以克服 钻具摩 阻。 3 ． 2 钻井液体 系选择 高平 3 井在聚合物防塌钻井液的基础上 ，优选引 入聚醚多元醇润滑剂 S Y P 一 2 和氨基 聚醇页岩抑制剂 A P 一 1 ，以提高钻井液的润滑性和抑制性 。 胺基聚醇是一种聚胺改性聚醚多元醇类页岩抑 制剂 ，具有 阳离子强吸附 、强抑制 、作用时间长久 等优点 。它通过胺基特有的吸附，限制黏土吸水膨 胀 。因此 ，胺基 聚醇具有优 良的页岩抑制性 ，较高 的岩屑 回收率 ，对井壁稳定 方面有较突 出的作用 ， 而且可 以改变钻井液的流变性 [2 1 。 聚醚多元醇润滑剂 S Y P 一 2以环氧 乙烷和环 氧丙 烷为主要原材料 ，通过化学合成的方法制得 ，与矿 物油型润滑剂相 比，此类润滑剂具 有更好 的耐高低 温性能 、耐盐性能、化学稳定性及抗燃性等优点。 S Y P 一 2 属于非离子表 面活性剂 ，具有浊点效应 ，在 温度低于浊点时 ，它可溶 于水 ，而在井底温度超过 浊点时 ，部分多元醇分子会从溶液中析 出，形成不 溶的油相液滴 ，这些油相液滴可通过黏附在钻具和 井壁岩石表 面形成疏水 的油膜 ，使 金属与金属 、金 属与岩石的直接接触变成疏水膜之间的接触，从而 使钻柱与岩石之 间的摩 阻力大大降低。同时 ，聚醚 多元醇分子链 中含有醚键 、羟基等多个强吸附基 团，它能在金属、岩石和黏土表面形成牢固的吸附 膜，使钻柱与井壁岩石接触产生的固一 固摩擦，变 为表面活性剂非极性端之间的摩擦，降低摩阻系数 及扭矩，延长钻具使用寿命 ，减少黏附卡钻事故的 发生。 形成的强抑制润滑钻井液体系配方为3 ％～ 5％膨 润 土 浆 0 ． 5％一1％P A M 2％改性 淀 粉 WN P 一1 2 ％ 抗盐防塌降滤失剂K F T 一 2 2 ％～ 3 ％ 低荧光磺化沥青Z X一8 0 ．5％一1 ％硅氟降黏剂 0 ． 5％一1％ A Pl 氨基聚醇 3％一5％聚醚多元 醇润 滑剂 。体系 中使用 聚丙烯酰胺 干粉作为絮凝 、包被 剂，加入改性淀粉降低钻井液失水 ，使用硅氟降黏 剂调整钻井液流型，使用抗盐防塌降滤失剂提高钻 井液的防塌能力，使用低荧光磺化沥青Z X 一 8 改善泥 饼质量和进一步提高钻井液的防塌能力。 3 ． 3 钻井液配方及性能评价 3 ． 3 ． 1 常规性能 钻井液体系常规性能见表 1 。由表 1 看出，该体 系稳定性好 ，塑性黏度较低 ，动切力高 ，动塑 比合 理 ，润 滑性 能好 ，能够满 足浅层 软泥 眼地层 大位 移、高位垂 比水平井的钻井施工 。 3 _ 3 ． 2 抑制性 对过孔径为 0 ． 1 5 4 mm的筛 、在 1 0 5 ℃烘干2 h 的 二级膨润土，用页岩膨胀试验仪测得其在强抑制润 滑钻井液体系中的8 h 膨胀率为8 9 ．5 ％。选取高平 1 井孔店组岩屑 ，做岩屑 回收率实验 。取 4 0 g 粒径 为 2 ． 0～2 ． 8 m m的岩屑 ，在 1 2 0 o 【 下滚 动 1 6 h ，用孔径 为 0 ．4 5 m m的筛回收 ，测定岩屑回收率。测得一次回 收率为 9 6 ． 5％，二次 回收率 为 9 1 ． 3％。评价结果 表 明 ，该体 系具有 较强 的抑制性 ，能够适应 强水敏 、 强分散软泥岩地层 中的施工。 表 1 强抑制润滑钻井液体系常规性能表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第3 0 期 天然气技术与经济 钻井工程 4 现 场应 用 4 ． 1 一次开钻井段 2 2 ． 2 6～6 0 9 m 所钻地层为平原组 。一次开钻为配浆开钻 ，钻 进中黏度控制在 3 5 4 5 s ，完钻后通井 ，大排量循 环洗井后提高黏度至 6 5 S 封井起钻 ，保证表层套管 的顺利下入 。 4 ． 2 二次开钻 井段 6 0 92 1 5 3 m 二次开钻直井段较短，为了保证动力钻具的顺 利下人，使用一次开钻钻井液加清水稀释至3 7 3 9 S 开钻 ，钻水泥塞时加人适量纯碱 ，钻至 6 4 6 m后起 钻换动力钻具。 动力钻具到底后 ，进行转化处理 。先加清水稀 释至 3 3～3 5 s ，使用好 固控设 备清除劣质 固相 ，一 次性加入聚醚多元醇润滑剂 3 t ，氨基 聚醇 1 t ，适 当 降低钻井液的失水 ，P A M配成浓胶液补充维护。转 化后钻井液的润滑性和抑制黏土分散的能力大大提 高，钻井液流型好 、易于调整。前期钻井液黏度基 本保持在 3 5 ～ 3 8 S ，进入水平段后 ，控制钻井液黏 度 在 3 9 ～4 3 s ，携 岩洗 井效果理想 ，摩 阻力为 5 0～ 1 2 0 k N，短起及起下钻作业畅通无阻卡现象。 转化后的具体技术措施 随着井深的增加，每钻进 1 0 0 m，补充 1 0 0 0 k g 聚醚多元醇润滑剂 ，1 0 0 k g 氨基聚醇 ，1 0 0 k g P A M。 进入馆 陶组前 ，分别加入改性淀粉 WN P 一 1 、抗盐防 塌降滤失剂 K F T 一 2 ，降低钻井液失水不大于5 m L ， 进入孔店组控制钻井液失水不大于4 m L，完钻前控 制钻井液失水不大于 3 mL 。本井地层 中含膏 ，既要 保持一定的p H值 ，又要防止过高p H值对黏土的分 散作用，前期保持 p H值为7 ．5 ～ 8 ，后期保持p H值 为 8 ～8 ． 5 。 高平3 井钻井液密度设计为 1 ． 0 8 ～1 ． 1 2 g ／ c m ， 在施工中很好地执行了设计。为了有效降低钻井液 的固相含量，使用4 级固控。振动筛前期使用1 0 0目 筛布，l 5 0 0 m后使用 1 2 0 目筛布。振动筛、除砂器 和除泥器的使用率达到 1 0 0 ％，现场配双离心机交替 使用，在起下钻时延长离心机的使用时间，继续降 低循环罐 内的钻井液的固相含量 。 为了防止岩屑沉积形成 “ 岩屑床” ，每钻完一个 立柱通划一遍，每钻进7 0 ～1 0 0 m搞一次短起下，并 根据井下情况 ，决定是短起还是长起 ，长起一般起 出定向点 】 。 4 ． 3 完井电测技术 高平3 井完钻前，进行了降黏、降失水、提高润 滑性处理 。下钻到底后放掉部分污染的钻井液 ，将 黏度降至 4 0 S ，加入 5 0 0 k g WN P 一 1 ，5 0 0 k g K F T ， 5 0 0 k g Z X 一 8 ，2 0 0 0 k g 聚醚多元醇润 滑剂 ，循 环测 性能如下 密度为 1 ． 1 1 g ／c m ，漏斗黏度为 4 3 s ，滤 失量为 2 ． 8 mL ，p H值 为9 ，塑性黏度为 P V 9 mP a ． s ， 屈 服值 为 6 P a ，初终 切为 2 P a ／9 P a ，润滑 系数 为 0 ． 0 1 5 见表 2 。 经过 充分循环洗井后 ，起钻前加入 2 0 0 0 k g固 表2 高平3井分段钻井液性能表 下转第6 4 页 天然气技术与经济 ／ 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 卷 张小军 ，等 涩北气田精细开发管理策略研究 第6 期 是从安全 、生产运行组织 、资料录取 、清洁等方面 进行，未将产量、气井免修期、气井完好率、递减 率等开发指标纳入到考核体系中，属于典型的导向 型管理 ，对气井的生产运行过程关注不够。 在气井的管理上，实行管辖区分级负责制，由 作业区、各场站分级管理气井及场站，其主要侧重 点在 站 内地 面设 施 的管 理上 ；对气井 从地 层 、井 筒 、地面 、外输 的整体 的系统运行 缺乏有 效 的管 理。这种管理模式虽然解决了责任到部门或个人， 但不能解决如何承担责任的问题，属于粗放式管理。 2 涩北气田 “ 一井一策“精细管理策略 近年来 ，华北 、大庆等油 田通过实施精细化管 理均取得了不错 的效果 ，其有效地控制生产成本 的 经验和做法 ，不仅使其 自身激发 出新 的活力 ，而且 对其他油气 田开发也有着很强 的指导意义 [ 3 1 。参照 华北 、大庆油 田的精细管理方法 ，结合涩北气 田实 际 ，探 索与 构建适 合 于涩北气 田实 际的 “ 一井一 策”精细管理模式 ，是提高气 田经济效益的重要措施。 2 ． 1 明确精细管理的对象与 系统的调控策略 在气 田开发过程 中 ，为 了达到点 井 、线 纵 向 、面 横 向 的有机统一 ，根据涩北气 田实际 ，推 行 “ 一井一法，一层一策” ，即同类气井采取一种管 理办法，一个开发层组制定一套综合开发对策。把 单井、开发层组作为最基本的管理单元 ，从气层 、 井筒 、地面 3 个环节人手 ，采取有针对性的现场管理 措施，以单井和开发层组的生产效果 、成本控制作 为绩效考核的主要指标。 2 ． 2 丰富气藏精细开发管理的内涵。实施 目标化管理 涩北气 田精细管理模式以提高井 层 运营能力 为核心 ，建立健 全 以组织机 构 、职 责 、做 法 、程 序 、过程和资源等构成的结构化动态管理系统，即 通过定期或不定期 的分析诊断 ，评 价出井 层 运营 参数 的优劣 ，提出优化对策 ，提前预防 ，确保运营 参数 的科学性 与合理 性 ；强调事 前预 防和持 续改 进 ，形成 了 自我约束 、自我完 善和 自我激励机制 ， 上接第4 5页 体润滑剂封井 ，然后起钻电测 。完钻 电测 1 0 4 ． 5 h ，井下情况一直良好，电测期间井下摩阻 力仅5 0 ～ 8 0 k N 。 4 ． 4 应用效果 1 高平3 井采用水基强抑制润滑钻井液钻进 ， 抑制性强 、黏度易于调整 ，很好地解决 了浅层 泥页 岩分散造浆问题 。 2 润滑性能好 ，摩阻系数低于 0 ． 0 2 ，钻具摩 阻 力低于 1 2 0 k N。 3 流变性能好 ，携岩能力强 ，洗井效果好 。 5 认识 1 在强水敏 、强分散的泥页岩地层 中钻进 ，控 制黏度 的增高是必须优先解决的矛盾 ，控制黏度不 能过分依靠降黏剂 ，一要靠提高体系的抑制性 ，二 要靠 固控设备的使用 ，在此基础上 ，加入适量 降黏 剂和一定量的清水稀释，效果最为理想。高平 3 井在 水基聚合物钻井液的基础上加入氨基聚醇和聚醚多 元醇润滑剂 ，大大提高钻井液 的抑制能力 ，很好地 控制 了浅层泥页岩 的地层造浆 问题 ，使 降黏 问题不 64 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y 再突出，润滑性能也满足了钻井的需要。 2 降滤失剂选择 ，应考虑在降低滤失量的同时 兼有降黏作用的处理剂为宜。 3 固相控制是高平 3 井需要重点解决 的问题 ， 除了正常钻进时用好 固控设备外 ，在起下钻或短起 下钻 时做好循环罐 内钻井液的预处理也是该井 的成 功经验之一 。 4 起下钻过程 中一旦发生阻卡 ，切忌硬拔 、硬 压 ，可将钻具 起 、下 至安 全井段 ，调整 钻井 液性 能 ，通过低黏度大排量冲涮井壁 ，同时配合上下大 幅度活动钻具拉井壁 ，充分循环好再试起 、下 ，直 至顺利起出或下到井底 。 参考文献 [ 1 ]陈世春 ，王树林． 超深水平井钻井技术[ J ] ． 石油钻采工 艺 ，2 0 0 7 ，2 9 4 6 - 9 ． [ 2 ]裴建忠，王树勇． 胜利油田钻井液工艺技术 [ M] ． 东营 中国石油大学出版社 ，2 0 0 9． [ 3 ]孙焕全 ，王增林． 胜利油 田水平井钻井液技术文集[ M] ． 北京 石油工业出版社，2 0 0 0 ． 编辑 胡应富 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m