低含量KCl钻井液在苏里格气田的应用.pdf

第 36 卷 第 4 期 2014 年 7 月 石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING 2. Mud Technical Service Branch of Bohai Drilling Engineering Company Limited, Tianjin 300280, China） Abstract Severe borehole collapse occur easily in mudstone ations of Shiqianfeng ation and Shihezi ation of Sulige Gas Field, and troubles like hole collapse reaming, sticking, filling the hole and sidetracking often occur also. In view of the ation rock properties and characteristics of Sulige Gas Field, study was conducted on low content KCl drilling fluid; the inhibition and anti- collapse perance of the drilling fluid system is improved by maintaining 0.8-1.0 of KCl in polysulfonate drilling fluid. Its appli- cation in two wells shows that this system has generated strong inhibition and clear sand specimen with no collapse and no obstructions in wiper trips; it has favorable perance in plugging and side-wall building and rheological property; the filter cake is smooth and tight and has stable perance; there is no discharge of drilling fluid; all of these properties satisfactorily meet the downhole service requirements and provide experiences for safe and efficient development of Sulige Gas Field. Key words low content KCl; borehole stability; hydration swelling; rheology; Sulige Gas Field 作者简介 蒋明， 1963 年生。1996 年毕业于天津大学， 现主要从事钻井工程管理工作， 高级工程师。电话13700372679。E-mailzJz- jm。 苏里格气田沉积环境复杂， 处于水平井大斜度 井段和水平井段的石千峰组和石盒子组泥岩地层井 壁垮塌严重， 水敏性、 周期性、 硬脆性和破碎性井塌 方式同时存在， 预防难度大， 使用过多种钻井液体 系， 都未能取得较好效果［1-3］。 “双石” 组泥岩全岩矿 物分析和黏土矿物分析结果表明， 苏里格地区泥岩 主要以石英和黏土矿物为主， 其中石英平均含量为 48， 黏土矿物平均含量为 45， 黏土矿物中以高岭 石、 伊利石和伊蒙混层为主， 其中伊蒙混层平均值为 42， 伊蒙混层中蒙脱石平均含量为 38， 因此该类 泥岩水敏性较强， 在钻井液长期浸泡下容易因水化 膨胀不均匀导致井壁垮塌［2］。部分井段泥岩存在层 理和微裂缝， 钻井液滤液侵入地层造成泥岩水化膨 胀， 加剧了层理和微裂缝的发展， 一旦在起下钻过程 中滤饼被破坏， 破碎岩体失去屏障造成垮塌。 KCl 抑制泥岩水化膨胀能力强， 对水敏性井塌 和周期性垮塌有独特优势［1-5］， KCl 钻井液在苏里 格地区应用几口井， 在泥岩防塌方面取得了较好的 效果， 但该体系在苏里格地区使用受到一定的限制。 主要原因一是苏里格地区水平井需中途转型， 裸 55蒋 明等低含量 KCl 钻井液在苏里格气田的应用 眼顶替存在憋漏地层风险；二是井内转型存在高黏 度风险；三是钻井液成本较高；四是如果发生井漏 将导致钻井液施工失败。大量室内数据表明， 较低 的 K含量就能显著提高泥页岩滚动回收率， 因此可 通过保持钻井液中 0.81.0 的 KCl 含量， 提高体 系的抑制防塌性能， 但体系中 KCl 的含量低于 3， KCl就对体系造成不同程度的污染， 导致流动性差、 滤失量大、 滤饼虚厚， 性能极不稳定。通过材料优 选， 合理转型和维护处理， 保证了体系良好的封堵 造壁和流变性能， 滤饼光滑致密， 性能稳定， 抑制防 塌性能明显增强， 满足了苏里格气田水平井施工的 需要。 1 室内评价实验 1.1 基本配方 选择了具有一定抗盐能力的处理剂， 在常温和 高温下对低含量 KCl 钻井液配方进行了优选。随着 KCl 含量的增加， 体系滚动回收率增加， KCl 含量超 过 1.2 后流变性变差， 为了便于性能控制和降低成 本， 优选 KCl 含量 0.81.0， 形成的低含量 KCl 钻 井液配方如下。 （ 4.54.8 ） 膨润土 （ 0.30.5 ） K-PAM （1.0 1.5）NH4-HPAN（2.02.5）SMP-12.0 FT- 342（1.02.0）抗高温降滤失剂 KJ-1 （1.5 2.0）抗温抗盐降滤失剂 WBF-108 （0.81.0） KCl 2 特制乳化沥青 TZLQ （0.10.2） 羧甲 基纤维素钠盐 CMC NaOH。 1.2 钻井液性能评价 按聚磺钻井液基本配方和低含量 KCl 钻井液基 本配方配制钻井液， 加 NaOH 调整 pH 值至 910， 用 BaSO4调整密度至 1.18 g/cm3， 120 ℃热滚 16 h 后， 测定其性能， 并取石盒子组深灰色泥岩塌块， 进行岩 屑滚动回收率和线性膨胀率实验， 结果见表 1。 实验结果表明， 低含量 KCl 钻井液体系流变性 和降滤失效果良好， 热稳定性强， 具有较强的抑制 黏土水化分散和膨胀的能力， 能够满足现场要求。 表 1 聚磺钻井液与低含量 KCl 钻井液对比评价 配方FV/sPV/mPa sYP/PaFL/mLFLHTHP/mL滚动回收滤 /线性膨胀滤 / 聚磺钻井液48205.03.811.072.87.6 低含量 KCl 钻井液52236.54.011.491.35.4 清水52.414.8 2 现场应用 低含量 KCl 钻井液分别在苏里格气田水平井苏 76-4-3H 和苏 25-12-1H 井进行了试验应用。 苏 76-4-3H 井井身结构 374.6 mm529 m （ 273.05 mm528.62 m） 215.9 mm3 474 m （ 177.8 mm3 470.50 m） 152.4 mm4 445 m （裸眼完井） 。 苏 25-12-1H 井井身结构374.6 mm430 m （273.05 mm429.04 m） 215.9 mm3 508 m （177.8 mm3 504.80 m） 152.4 mm4 353 m （裸 眼完井） 。 2.1 低含量 KCl 钻井液的配制 （1） 提前配置 50 m3 18 膨润土浆， 充分水化， 使 用 HV-CMC 护胶。 （2） 造斜点前 100 m 转型， 混入 50 m3 18 膨润 土浆， 钻井液总量达到 150 m3。转型前必须做好小 型试验。 （3） 按顺序依次加入 NaOH（调整 pH 值到 9.0） 、 2 FT-342、 2.5 WBF-108、 2.0KJ-1、 2.5 SMP-1、 1.5 NH4-HPAN、 0.3 K-PAM， 充分循环， 检测性能。 （4） 循环 2 周后， 按低含量 KCl 钻井液基本配方 配制胶液 15 m3， 加入 0.6 t KCl， 把配好的胶液均匀 混入钻井液中， 如果黏切变化不大， 再配置含 0.6 t KCl 的胶液 15 m3混入钻井液。 （5） 将以上配置好的钻井液充分循环后检测性 能， 并根据性能参数， 适当调整膨润土含量， 再分 2 次补充含 KCl 0.6 t 的胶液 20 m3， 使钻井液中 KCl 含量达到 0.9。 （6） 充分循环后再次测量性能， 如需要经小型试 验后适量补入备用的护胶膨润土浆， 用 CMC、 XC 提 高黏切， 黏切过高时用降黏剂或胶液调整， 保持钻井 液良好的流变性， 使其达到性能要求。 2.2 钻井液维护处理 （1） 按基本配方配成胶液， 维持钻井液中 KCl 的 有效含量 0.81.0， 利用 K的镶嵌固定作用抑制 泥岩水化膨胀。保持 K-PAM 的含量不低于 0.3 ， 进一步增强体系的抑制性。完井阶段用等浓度含盐 胶液维护， 保持钻井液性能稳定， 如性能不稳定， 停 止加入 KCl。 （2） 合理匹配 NH4-HPAN、 SMP-1、 WBF-108、 KJ- 1、 FT-342 等降滤失剂和防塌剂， 严格控制滤失量， 使 大斜度井段的中压滤失量小于 2.5 mL， 90 高温高压 滤失量小于 8.5 mL， 有效形成优质致密滤饼， 减少钻 井液滤液进入地层， 减缓水敏性地层泥岩水化膨胀 石油钻采工艺 2014 年 7 月（第 36 卷） 第 4 期56 速度。 （3） 保持防塌剂 TZLQ 和 FT-342 的有效含量不 低于 3， 充填和封堵破碎性和硬脆性泥岩微裂缝， 起到很好的胶结护壁作用。 （4） 随井深和井斜的增加逐步提高钻井液密度， 钻至大斜度井段及时提高钻井液密度至 1.171.18 g/ cm3， 利用钻井液的径向支撑力平衡井壁［6］；中完前 控制钻井液密度在 1.20 g/cm3以内， 防止压差过大， 加快钻井液滤液侵入破碎地层， 造成地层应力的改 变， 引发井壁垮塌， 并避免密度过高造成地层井漏。 （5） 钻进过程中采取少量多次的方式使用护胶 后的高浓度膨润土浆、 含 KCl 胶液、 XC 或降黏剂调 整黏切， 防止黏度上涨幅度太大， 造成井壁滤饼虚 厚。造斜时黏度为 3438 s， 随井斜的增大逐步调整， 大斜度井段控制钻井液漏斗黏度 6075 s， 动切力 1215 Pa， 动塑比不低于 0.4 Pa/（mPa s） ， f3读值大 于 f6， 即保证钻井液对井壁有较好的冲刷效果， 防止 形成虚厚滤饼， 又具有足够的悬浮携带能力， 避免砂 子垂沉堆积于下井壁造成阻卡。 （6） 坚持单根技术划眼， 及时修整井壁， 保证井眼 光滑、 畅通。每钻进 90120 m 短起下钻 1 次， 短起 长短结合， 避免形成并及时破坏岩屑床， 确保垂沉于 下井壁的钻屑及时刮起并返出地面。 （7） 开启四级固控设备， 及时清除有害固相， 保证 钻井液清洁。用孔径 0.076 mm 筛布的振动筛和离 心机清除被反复碾磨破碎后分散到钻井液中的细小 颗粒砂子， 避免形成砂质滤饼。 （8） 定期向钻井液中补充各种润滑剂。开始造斜 时， 加入 1 极压液体润滑剂， 利于保持较低黏度， 避免钻头泥包， 提高钻速。井斜达到 30 后， 补充沥 青和胶质成分含量高， 润滑效果好， 作用时间长的液 体润滑剂 TZLQ 和 RHZY， 进一步提高润滑性。井 斜在 45 以后， 采取勤补慢加的原则， 保持 TZLQ 和 RHZY 的含量 35， 使滤饼摩阻因数小于 0.06。 （9） 每次起钻前用防塌塞（井浆 2FT-342） 封 闭井底 300500 m， 防止长时间静止导致井壁失稳。 各井段钻井液性能见表 2。 2.3 应用效果 （1） 钻井液抑制性强， 砂样清晰， 不糊筛， 无垮塌 现象， 起下钻通井无阻卡。 （2） 流变性好， 性能稳定易控制， 钻井液无排放， 钻进中返砂正常， 起下钻开泵顺利。 （3） 滤饼光滑致密， 全井摩阻因数在 0.040.07， 无黏卡和托压现象， 钻具上提附加拉力在完钻阶段 不超过 80 kN。 （4） 低含量 KCl 钻井液虽然增加了护胶剂用量， 但减少了其他防塌剂用量， 钻井液成本没有增加。 3 结论与认识 （1） 苏里格地区泥岩造浆轻微， 膨润土含量容易 控制， 使用低含量 KCl 钻井液具有一定的优势， 通过 合理转型、 等浓度维护等措施， 全井钻井液性能稳定 易维护， 未因 KCl 的污染而排放。 （2） 低含量 KCl 钻井液与聚磺钻井液相比抑制 能力明显增强， 膨润土含量比 KCl 聚磺钻井液高， 封 堵造壁性能好， 能有效控制苏里格多种方式同时存 在的泥岩垮塌。 （3） 低含量 KCl 钻井液配置简单， 适合苏里格水 平井钻井液施工需中途转型的特点， 降低了裸眼转 型风险。 （4） 低含量 KCl 钻井液满足了苏里格水平井井 下施工要求， 保证了井壁稳定， 为解决苏里格泥岩垮 塌提供了一种思路， 应继续优化应用。 参考文献 ［1］ 王先洲， 蒋明， 邓增库， 等 . 苏 76-1-20H 井钻井技术 ［J］ . 石油钻采工艺， 2013， 35 （2） 26-30. ［2］ 李文明， 向刚， 王安泰， 等 . 苏里格气田大位移水平井钻 井液技术［J］. 石油钻采工艺， 2012， 34 （3） 33-35. ［3］ 李淑森， 王霞， 高含 . 苏里格气田水平井钻井提速技术 分析与对策 ［J］. 钻采工艺， 2012， 35 （5） 115-117. ［4］ 张作清， 窦金涛， 付建国， 等 . 英买力地区古近系地层钻 井液技术［J］. 石油钻探技术， 2013， 41 （2） 54-58. ［5］ 王权阳， 李尧 . 抗高温 KCl 聚磺钻井液体系在伊朗 FX 井中的应用［J］. 石油钻采工艺， 2012， 34 （1） 50-53. ［6］ 聂臻， 夏柏如， 耿东士， 等 . 井壁稳定性研究及其在 Kolzhan 油田的应用 ［J］ . 钻井液与完井液， 2011， 28 （3） 31-34. （修改稿收到日期 2014-06-23） 〔编辑 薛改珍〕 表 2 各井段低含量 KCl 钻井液性能 井深 / m 井斜 / （ ） ρ/ g cm3 FV/ s PV/ mPa s YP/ Pa FL/ mL Gel / Pa/Pa 2 85031.0835123.54.61.0/4.0 2 990251.1145156.54.23.0/9.0 3 162501.16562110.03.54.0/12.0 3 310751.18622312.53.25.0/14.0 3 474901.19662714.03.25.0/15.0 水平段901.161.18 622712.03.54.5/16.0