钾基聚磺防塌钻井液在Z4井的应用.pdf

石油天然气学报2 0 1 2 年 2 月第 3 4 卷第 2 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y F e b ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 3 4 No ． 2 钾基 聚磺 防塌钻 井液在 Z 4井的应用 王 炳 立 中石化河南油田钻井公司，河南 南阳4 7 3 1 3 2 [ 摘 要]针对克拉玛依 油田准噶尔盆地南部 1区块 的地 层岩性特征及 易垮塌 的泥岩和煤层 、长裸 眼井段对 钻 井液特 殊要求 ，优选 了钾盐 聚磺 防塌钻 井液 体 系，并制 定 了相应 的维护 处理措 施 ，在 Z 4井进 行 了应 用 。结果表 明，所选 用的钻井液体 系抑 制性强，填充封堵效果好 ，流 型分段调 整合理 ，悬浮携 带能力 强， 钻 井液 密度 合理 ，护壁 防塌润滑效果好 ，避 免 了井下事故 的发 生，完井 电测一次成 功率 比邻 井有所提高 ， 井径扩 大率 比邻井有所 降低 ，满足 了长裸眼钻井 的需要 ，达到 井壁 稳定 ，护壁防塌的 目的。 [ 关键 词] 防塌钻 井液体 系；井壁 稳定 ；流变性 ；油层保护 ；应用效果 [ 中图分类号]T E 2 5 4 [ 文献标识 码]A [ 文章 编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 2 0 2 0 2 2 1 一 O 3 1 地层岩性特征 Z 4井 是准 噶尔 盆 地 中部 1区块 的 1口预探 井 ，其 目的层 是 下侏 罗 系三 工 河组 二 段 ，所 钻 地层 为 第 四系 、上第 三 系 、 白垩 系 的东沟 组 、吐谷 鲁群 、侏 罗 系 的西 山窑组 和三 工河 组 。其主要 岩性 特征 为 浅 棕 黄色砂 、粘 土 ，未胶 结成 岩 ，上第 三 系上 部 由杂色 砂砾 岩 、泥质 粉砂 岩 、粉砂 质泥 岩组 成 ，下 部是 灰 白色 、浅棕 色 、灰 色砂 岩与 紫红 色 泥岩 ，砂 质泥 岩 不等 厚互 层 ，底 部 为 厚层 状 杂 色 砂砾 岩 组成 [ 1 ] 。东 沟组 多 为紫 红 色泥 岩 ，砂质 泥岩 、浅 褐灰 色 粉砂 岩 、细砂 岩组 成 。吐谷 鲁群 上部 为棕 红色 、棕褐 色 泥岩 夹浅 灰 色粉 砂 岩 、泥质 粉砂 岩 ；中 部 为 浅褐 灰 色不 等 粒 砂 岩 、细 砂 岩 、粉 砂 岩 、泥 质 粉 砂 岩 与棕 色 泥 ， 岩 、棕 褐 色泥 岩 、粉砂 质 泥岩不 等 厚互层 ，下部 为深 灰 色 、灰黑 色泥 岩夹煤 线及 煤层 且厚 度较 大 ；底部 为 浅灰 色 的粉 砂岩 、中细砂 岩组 成 的底块 砂 岩 。西 山窑组 为 浅灰 色褐 色 中细砂 岩 、粉 砂岩 夹深 灰色 泥岩 及 煤层 。三工 河组 一段 以泥岩 为 主 ，砂 岩 厚 度 小 ；二段 砂 岩厚 度 大 含 油 气层 ；三 段砂 泥岩 互 层 ，以泥 岩 、细 砂岩 、粉砂 岩为 主 根据 Z 1井 取样 砂岩 中粘 土矿 物组 分分 析可 知 高岭 石 4 O ～6 O 、绿 泥石 2 0 ～3 0 、伊利石 1 O ～2 O 、伊／ 蒙混层 1 0 ；钻进或起下钻过程 中有缩径 、阻卡、井壁失稳 、垮 塌 、井径扩大 、电测一次成功率低等问题 。 2 造成 井下 问题 的主要原 因 1 吐谷鲁群 中上部地层多为砂泥岩互层 ，其泥岩性软、粘滞性好 ，地层被钻开后 ，易和砂质泥岩、 泥 质 粉砂 等钻 屑及 钻井 液 处理 剂粘 滞在 一起 向上 运 移 ，随钻 具离 心力 的作用 一起 甩 向井壁 ，在 钻井 液液 柱压力的作用下 ，在砂岩 、细砂岩井段形成一层厚泥饼 ，造成假缩径 ，引起起钻 困难 。 2 由于地层侧向应力 的存在 ，地层被钻开后，钻井液液柱压力就代替了被钻掉部分的原始地应力 ， 当地层 的侧 向应力 大 于钻 井液 的液 压力 时 ，井壁 上 就会有 掉 块或坍 塌 人井 。 从 岩石 的组分 来看 ，高岭 石 、绿泥 石含 量高 ，地层造 浆 能力差 ，该 类岩 性 吸水膨 胀性 能 中等 ，性 硬 脆 ，可塑 性差 ，但 水化 分 散能 力强 ，易 脆 裂崩散 垮 塌入 井 ；原 因是泥 岩 中的高 岭石 、绿 泥石 、伊利 石无 序分布，遇水后水化速度快慢不一 ，造成应力变化不一 ，所以地层坍塌有一定的周期性。 [ 收稿 日期]2 0 1 1 一I 12 0 [ 作者简介]王炳立 1 9 6 6一 ，男 ，2 0 0 6年大学毕业 ，工程师 ，现主要从事钻井工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 * 油气 田开发工程 2 0 1 2年 2月 3 泥岩及煤层 中有大量的层理及微裂缝 ，钻井液 的滤液在毛细管力的作用下入浸地层，存 在于碎 屑矿 物颗 粒 间的裂 缝处 的伊 蒙 混 ，极 易 水化 膨 胀 ，泥页 岩 间 的应 力 增 加 ，胶 结 力 降 低 ， 向井筒 产生 移 位 、缩径 、垮 塌掉 块 。钻进 过程 中钻井 液与 泥岩互 相作 用 时 ，泥岩发 生水 化膨胀 、分 散 ，引起 泥页 岩 间 力学 强度 降低 ，近 井壁 处 的应力发 生 改变 ，进一 步加 剧 了井 壁 的坍塌 掉块 。 4 当近井 壁 处 的煤 及硬 脆泥 岩胶 结力 降低 ，部分 泥岩 在各 种应力 的作 用下 ，向井筒 产生移 位缩 径 ， 在 受到钻 井液 的 冲涮及 钻具 的撞击 后 而产生 垮塌 掉块 。 3 防塌钻井液现场应用 3 ． 1 一 开 井段钻 井液 维护 处理措 施 一 开井段 0 ～1 3 7 ． 3 m开 钻 前 仔 细检 查 钻 井 液 循 环 系 统 、加 重 系 统 、固控 系 统 、钻 井 液 储 备 系 统 ，确保 满 足钻井 需要 ；地 面配 制预水 化膨 润 土浆 1 0 0 m 淡 水 1 0 0 m。 0 ． 4 纯碱 8 膨 润 土 ，预水 化 2 4 h ；钻进 中用 提粘剂 HV C MC胶液 调整粘 度在 4 5 s ；打完 进尺后 ，充分循 环 2周 以上 ，保持 井 眼 清洁；起钻前适当提高钻井液的粘度至 5 0 s ，提高其悬浮能力，确保下套管及固井作业施工顺利。 3 ． 2 二开 井段钻 井液 维护 及处 理措 施 ． 在 一开 钻 井液 基 础 上 加入 0 ． 3 Na C O 、O ． 2 Na OH、0 ． 1 AT一 1 、0 ． 3 FA3 6 7 、0 ． 5 DBF 一 2 、 0 ． 3 HV C MC、0 ． 6 J T8 8 8 、0 ． 6 NH4 HP AN、0 ． 6 KHT 一 1 ，对循 环 的钻井液 进行 维护 处理 。 钻水 泥 塞时将 污染 严重 的钻 井液 放掉 ，其余 钻井 液加人 0 ． 3 纯碱 处 理 ，通过 地 面 固控 设备 清 除有 害 固相 ，并 维持钻 井液 中膨 润土 含量 在 3 5 4 0 g ／ L，按井 下需 要加入 上述 处理 剂调 整好 二开 钻进 的钻井 液 性能 。 钻 进 中维护及 处 理 钻井 液 时 ，处 理 剂 按 比例 配 成 胶 液 加 入 ；配 制 浓 度 为 0 ． 3 ～ 1 ． 0 的 AT 一 1 、 F A 一 3 6 7 、J T 一 8 8 8 、NH4 HP AN 或 HV C MC 聚合物 胶 液 ，调 整钻 井液 钻井 液的粘 切 ，维持 钻井 液具 有 良好 的流变 性 ，采用低 粘切 、低 密度 、适 当放 开失水 量 的钻井 液 ，充 分 冲涮 井 壁 ，以避 免形 成 厚 泥饼 。 当钻至 井深 1 0 7 0 m 时 ，因失水量 过 大 ，直 接加 入降 失水剂 J T 一 8 8 8 、NH4 HP AN 的干粉 于循 环 灌 中 ，及 时地调整钻井液的失水量至 1 6 ml 。进入下部井段东沟组 ，控制搬 土含量为 3 5 g ／ L，固相含量在 6 以 下 ，加入浓度 0 ． 8 聚合物包被剂 D B F 一 2 ，加入 1 ． 5 防塌降失水剂 KHT 一 1控制失水 ，防止地层坍塌 。 全 井段 钻进 中充 分利用 四级 固控 设备 及时 清除钻 屑 和有害 固相 ，保 持较低 的 固相含 量 ；防止 井壁 形 成厚 泥饼 ，配合 工程 短起 下钻 的措施 ；防止缩 径 阻卡 ． 4 l_ 。打 完该 井 段进 尺 后 ，适 当地 提 高 钻井 液 粘 度 5 0 s ，大 排量循 环 2周 以上 ，短起下 后再 充分 循环 ，以保 证套 管顺 利地 下到井 底 。 3 ． 3 三开 井段 钻井 液维 护及 处理措 施 使用二开钻井 液钻水 泥塞 ，将污 染严 重 的钻 井液 放掉 ，其 余 的钻井 液加 入 0 ． 3 纯 碱、0 ． 5 J T8 8 8 、G MP 一 2 ，边处 理边钻 进 ，至井 深 1 9 5 0 m 开始对 钻井 液体 系进行 转换 。在 循环 的钻 井液 中 ，按循 环周 一次 加入 5 的 KC I 循环 均匀后 ，再 加入 1 S P NP 、0 ． 5 KHT 一 1 、Na C O。 ，0 ． 3 D B F 一 2 、0 ． 2 G MP 一 2 、0 ． 4 AT 一 1 、O ． 2 HV C MC、0 ． 4 J T8 8 8和搬 土 ；调 整 钻 井 液 的粘 度 、切 力 、失 水 量 及 其 他流 变性 能等 ，并加 入 B a S O 调 整钻 井 液密 度 ，钻 进 中 按 比例 及 时 补充 KC 1 、AT 一 1 、D B F 一 2 、S P NP 、 J T8 8 8 、GMP 一 2的胶 液来 调整 、维 护钻井 液 ；钻至 井深 2 5 0 0 m，已将 聚合 物钻 井液 转换 为 钾盐 聚磺 防塌 钻井 液 ，泥浆性 能稳 定 。 井深 2 1 0 5 m换 P DC钻头钻进，加入 1 聚合醇 S YP 一 1 用来改善泥饼 的质量及钻井液的润滑性 ； 使用大 中小分子 DB F 一 2 、AT 一 1 、F A 一 3 6 7 、HT 一 1 、NH4 HP AN、GMP 一 3 、J T 一 8 8 8 ，按照一定的 比例复 配成 0 ． 5 ～ 1 胶液 ，补 充钻井 液量 消耗 ，提 高钻井 液 的携带 能力 ，调 整钻井 液 的流变 性 能 ，使 钻井 液 的流 型处 于紊流 状态 ，适 当放 开钻井 液 的失水 量钻进 。 ‘ 随着 井 深增加 及 时加入 1 ％WB F 一 1 、1 WF T 一 6 6 6 及 0 ． 5 MF G 一 2 、1 KHF ～ 3 0 1 ，来巩 固井壁 ，同 时补充 1 ％S P NP阳离子磺 甲基酚醛树脂 、0 ． 5 KHT 一 1无荧光降滤失剂及 1 ． 5 S MP 一 2等 ，控制钻井 液 的失水 ，坚持定 期 补充 KC 1 ，保 持 C l含量 在 2～ 2 ． 5 x1 0 mg ／ L且 稳定 ；加 入 KC 1 同时要 补 充 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 2期 王炳立 钾基 聚磺 防塌钻井液在 Z 4 井 的应 用 防塌 、降失 水剂 类 ，防止 失水 量 上 升 得 太 高 ；有 粘 切 增 加 时 ，加 入 DH4 2 、G MP 一 3等 来 调 整 钻井 液 粘 切 。井深 3 5 0 0 m 前坚 持每 2 5 0 m 2 4 h 进 行一 次 短起 下钻 ，用 来修 整井 壁 。 进入 井 深 3 5 0 0 m 后 ，该井 段钻 井 液 的 日常维 护 以磺 化 类 防塌 降失 水 剂 S P NP、KHT 一 1为 主 ，同时 复配 不 同浓 度 的 0 ． 5 ～ 1 聚 合 物 D B F 一 2 、F A- 3 6 7 、AT 一 1 、HT 一 1 、NH4 HP AN、GMP 一 3的胶 液 等来 调节 钻 井液 的流 变性 ，进 一 步补 充 WB F 一 1 、W F T 一 6 6 6的加 量 ，同 时加 入 S YP 一 1 、KHF 一 3 0 1 ，并 保 持钻 井 液 中防塌 剂和 聚合 醇 的含 量 。随着 井深 的增 大 ，提 高钻 井液 的携 带 和悬 浮能力 是很 有必 要 的 ，加 人多元醇和高聚物调整钻井液 的动塑 比，使其流型近层流状态 ；提高钻井液的粘度至 7 5～8 O s ，加入防 塌降失水剂 S P NP 、S P NP 一 1 、S MP 一 2 、KHT - 1 等来降低钻井液的失水量至 4 ml 及高温高压失水量 1 1 ～ 1 2 ml ，增 加 S YP 一 1 、WB F 一 1 、W F T - 6 6 6加量 。钻 进 中保 持钻 井液 密度 执行 设计 上 限 1 ． 1 8 ～1 ． 1 9 g ／ c m。 ； 当发 现煤 层 的掉 块 时 ，及 时 向上 级相 关部 门反 应并 申请 提 高钻 井液 密度 至 1 ． 2 0 g ／ c m。 ；在 补充 胶 液 过程 中 ，按一 定 的 比例加 入 KC I ，保证 其 含量 在 5 左 右 ，C 1含 量 在 3 ～ 3 ． 4 1 0 mg ／ L；钻 进 中坚 持 打一划二等煤层钻进的技术措施 ，起下钻过程 中要平稳操作 ，控制起下钻速度，保证地层稳定 ，避免井 下复杂 。进入油气层前 1 0 0 m处理好钻井液、调整好钻井液性能，为电测下套管 固井等完井作业创造 良 好 的条 件 。 4 现场应 用效 果 1 紊流冲涮该体系在上部地层 0 3 5 0 0 m的应用过程 中，采用低密度 、低粘切放开失水量 的 钻井液 ，使用钾盐聚磺防塌钻井液抑制地层分散 ，大分子聚合物适 当包被 ，处于紊 流状态冲涮厚泥饼 ， 配合 短起 下 钻修 整井 壁 ，保证 井 眼 畅通 。 由于流变 性 能调 整合 理 ，工程 措施 得 当 ，该 井段 无复 杂及 事故 发 生 ，提高 了机 械钻 速 。 2 强抑 制性 在钻 井 液 中加入 5 KC I ，使 C l 一 含量 控 制在 3 ． 0 ～3 ． 3 1 0 mg ／ L左 右 ，可有 效 地减少钻井液滤液进入地层引起的粘土水化膨胀 ，靠 K 的镶嵌作用稳定 了井壁；进人易塌地层后 ，严 格 控制 钻井 液 的失水 ≤ 4 ． 5 ml ，有 效 地抑 制 泥岩水 化膨 胀及 分 散 ，保 证 了起下 钻 畅通 。 3 封 堵 填充 进 入易 塌地 层前 ，调 整钻 井液 的搬 土 含量 在 4 0 g ／ L左 右 ，为钻 井液 形 成 良好 造壁 性 打下基础 ，加入 S Y P 一 1 、WB F 一 1 、WF T一 6 6 6 、KHF 一 3 0 1 等来封堵填充砂泥岩和煤 层的孑 L 隙、层理及微 裂缝 ，改善泥饼的质量 ，稳 固了井壁 ，使泥岩及煤层的垮塌掉块程度降为最低。现场最明显体现就是虽 有垮塌掉块但不很严重 ，使该井 目的取心及起下钻顺利。 4 应 力 平衡 进 入井 深 3 5 0 0 m 后 ，钻井 液 密度走 设 计允 许 的上 限 ，尽 量平 衡 地层 坍 塌压 力 ，避 免 井 壁垮 塌 、井 径扩 大 。该井 钻 遇煤 层段 较厚 ，煤 块极 易垮 塌 而造成 硬 卡 ；在该 井 段采 用高 粘切 、高 动塑 比、低失水 、低 p H值的层流状态钻井液，充分及时填充封堵煤层层理 、孔 隙及微缝 ；及时申请提高钻 井液的密度至 1 ． 2 0 g ／ c m。 ，平衡地层 的坍塌压力 ；配合煤层钻进工艺技术措施 ，顺利钻穿该复杂井段。 这是防止煤层及泥岩坍塌 ，所采取的力学和化学措施相结合 ，进行综合治理最有效的方法 。 5 携 带悬 浮 钻 进 中调整 好钻 井液 流 变性 能 ，使钻井 液 具有 良好携 带及 悬 浮能力 ，充 分净 化钻 屑 、 清洁井底 ，使起下钻、取心等工作顺利进行 。 6 油层保护 按照设计要 求 ，进入 目的层前 1 0 0 m，处 理好 钻井液 ，保证 低失水 AP I 失 水量 4 ml ／ HTHP失 水量 1 l m1 、低 固相 1 0 ～1 2 ，适 当 的钻井 液密度 1 ． 1 9 ～ 1 ． 2 0 g ／ c m。 ，加 入油 层 保护材料 ，实施屏蔽暂堵技术 ，有效地保护 了油气层 。电测一次成功率 1 0 0 。 下转 第 2 2 7页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 2 期 赵长喜等 河南古城稠 油复 合催 化降粘剂优化探索 2 2 7 4结 论 1 通过对原油低温粘度 的测定 ，筛选 了提高注入性能 的辅助催化剂 S A1 0 HR A6 ％MS 1 6 MS 2 ，在 含水 率 4 O 时 ，G J 5 1 6 2 5井 稠油 的粘 度 可降 到 4 5 0 mP a s以下 。 2 用 G J 5 1 6 2 5井稠油，在对各主要催化单剂的催化性能的评价基础上 ，通过正交试验优选 出催化 降粘剂 C T6 、S A及 AK的催化体系0 ． 1 0 C T6 0 ． 0 4 AK0 ． 3 ％S A，在 1 8 O C、2 4 h下可将含水 4 O 的 G J 5 1 6 2 5井稠油粘度降到 3 8 0 mP a s ，胶质和沥青质也大幅下降。 [ 参考文献] [ 1 ] 曲占庆 ，刑建华 ，张红玲 ，等 ．深层稠油掺稀油举升方法研究 E J ]．油气采收率技术 ，2 0 0 0 ，7 3 ；2 6 ～2 8 ． [ 2 ]郑延成 ，李克华 ，苑权 ，等 ．水热催化裂解对超稠油组 成的影 响 口]．石油钻探技术，2 0 0 5 ，3 32 5 7 ～5 9 ． [ 3 ]刘永建 ，陈尔跃 ，闻守斌 ，等 ．用油酸钼和石油磺酸盐强化辽河油田稠油降粘 的研究[ J ]．石油与天然气化工 ，2 0 0 5 ，3 4 6 5 1 i ～ 51 2 ． [ 4 ]郑延成 ，陈奇，王任芳 ，等 ．氧化催化体 系对 稠油组成及粘度 的影 响 [ J ]．石 油与天然气化工 ，2 0 0 9 ，3 8 1 3 4 ～3 8 ． [ 5 ] 赵长喜，郑延成 ，陈奇 ，等 ．有机钼氧化体系对南阳稠油粘度 的影 响 [ J ]．石 油天然气学报 ，2 0 0 7 ，2 9 3 4 6 4 ～4 6 7 ． E 6 ] 王汝 磊 ．稠 油地下催 化降粘效果 影响因素室内实验研究 油气地 质与采收 [ J ]．油气地质 与采收率 ，2 0 1 1 ，1 8 6 9 7 ～9 9 ． [ 7 ]Hy n e J B，C l a r k P D． Ad d i t i v e f o r in c l u s i o n i n a h e a v y o i l r e s e r v o i r u n d e r g o i n g s t e a m i n j e c t i o n [ P ]． US4 5 0 6 7 3 3 ，1 9 8 5 0 3 2 6 ． [ 编辑] 苏开科 上 接 第 2 2 3页 5 认识 与建议 1 中上部地层采用低密度 、低粘切 、大排量 、放开失水量 、适 当包被的紊流状 态的钻井液 ，配合 短起下钻的工程技术措施 ，可确保井眼畅通 、井下安全。 2 吐谷鲁群下部 、西山窑组 、三工河组地层 ，采用钾盐聚磺防塌钻井液 ，采取低失水 、强抑制 、 填 充 封堵孑 L 缝 ，实 施层 流状 态 的防 塌钻 井液 ，可 达到 稳 固井壁 、防止地 层坍塌 、井 径扩 大 的 目的。 3 使 用 S YP - 1 、WB F 一 2 、S P NP 、AT 一 1 、F A一 3 6 7 、D B F 一 2 、NH4 HP AN、G MP - 3 、J T - 8 8 8 、HT - 1 等 处 理剂 ，调 整钻 井 液具 有 良好 的流变 性及 携带 悬浮 能力 ，改 善泥 饼 的质量及 润 滑性能 ， 良好 的防塌效 果 来 稳定 井壁 。 4 选择合理的钻井液密度，平衡地层的坍塌应力 ，对井壁的稳定起着至关重要的作用 。 [ 参 考文 献] [ 1 ]何 龙 ，陈岳军 ．塔河油 田侧钻短半径水平钻井技术 [ 刀 ．石油钻探技术 ，2 0 0 3 ，3 1 6 6 3 6 5 ． [ 2 ]齐恒之 ，马德新 ．塔河 油田三开井段井壁稳定分析及 实践 E J ]．石油钻探技术 ，2 0 0 5 ，3 3 1 1 9 ～2 0 ． E 3 ]于培志 ，牛新明 ，苏长明 ，等 ．西部新 区复杂地层钻 井液技术[ J ] ．钻井液 与完井液 ，2 0 0 5 ，2 2 2 2 9 3 2 ． [ 4 ]靳书波 ．塔河油 田钻井液体系优化 [ J ]．钻井液与完井液 ，2 0 0 2 ，1 9 6 5 o 5 4 [ 编辑 ] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m