陕北横山区块水平井钻井液技术.pdf

第 2 8卷 第 4期 2 0 1 1 年7月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D 、 ， 0 I ． 2 8 NO． 4 J ul y 2 01 1 文章 编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 4 ． 0 0 8 8 ． 0 3 陕北横 山区块水平井钻井液技术 刘兆利 ， 朱明明 ， 兰正升， 陈永生 J I i 庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，西安 摘要横山区块气井水平井位于靖中北偏南地区，四开井身结构简化为三开井。该井钻井液技术难点包括 直井段浸泡时间长，长裸眼入窗井壁稳定性差、润滑防卡难度大 ； 斜井段为防塌提高钻井液密度易造成刘家沟发 生漏失，在 6 0 o ～8 5 o 斜井段穿越大段易塌煤层 ； 水平段长且轨迹调整频繁、易塌泥页岩钻遇率高。针对以上情况， 采取了以下措施 优化直井段清水聚合物防塌配方 ； 对刘家沟井段进行工艺承压堵漏，提升易漏地层承压能力 ； 斜井段采用防塌抑制性强、悬浮能力好、泥饼黏滞系数低、流变性稳定、抗污染能力强的无土相复合盐水钻井液 ； 水平段采用复合盐酸溶暂堵钻井液，保证了该井的安全施工，各井段井径扩大率小，电测、下套管均顺利。 关键词 水平井 ； 气井 ； 无土相复合盐钻井液 ； 承压堵漏 ； 井眼稳定 ；润滑 ； 横山区块 中图分 类号 T E 2 5 4 _ 3 文献标识码 A 1 地 质 概 况 陕北 横 山区块气井水 平井位 于靖 中北 偏南地 区，根据要求 四开井身结构简化为三开井 。该区块 不同井段 的地质情况如下。①表层段。上部黄土层 部分地 区含有 3 ～2 0 m流沙层 结构疏松 、承压 能力差 ； 下部安定组 、直罗组地层易水化坍塌 。当 直罗组底界 至表层设计井深不超过 3 0 m 时，应适 当延长表层深度 ，利用表层套管将直罗组井段全部 封 闭。②直井段 。上部延安组 、延长组地层存在坍 塌掉块和缩径阻卡 的双重 问题 ；中部刘家沟组地层 承压能力差 、渗漏量大 ； 下部 “ 双石 ”层易坍塌掉 块 ，造浆率为 1 5 ～2 5 m。 ／ t 。③斜井段 含导眼段 。 山西 、太原 、本溪组地层存在 1 0 ～3 5 m大段煤层 ， 且 均处于大井斜 4 5 。～7 O 。 长裸眼井段。④水平 段 。马家沟为泥质云岩 ，可钻性差 ，有剥落现象 。 主力产层马五 厚度仅为 4 m，长度在 8 0 0 ～1 1 0 0 m左右。实际钻进过程中 ，轨迹调整频繁 ，泥页岩 钻遇率高 ，对水平段钻井液性能提出了苛刻要求 。 2 钻井液技术措施 1 直罗组 、延安组 、延长组 的垮塌缩径问题 。 采用 强抑制 清水 聚合物体 系钻井。在钻井液 中复 配 使 用 K． P AM、阳离 子 聚丙 烯 酰 胺 XL 一 0 0 7 、环 氧丙基三 甲基氯化铵 C WD一 1和聚合物页岩抑制剂 Z NP ． 1 等聚合物 ， 并保持钻井液中含有 0 ． 5 ％～0 ． 8 ％ 聚合物和 2 ％KC 1 J 。 2“ 双石 ”层 的坍塌、造浆 问题。继续采用强 抑制清水聚合物体系，体系黏度不小于 3 1 S 。加大 K ． P A M和 Z N P 一 1 的含量，使聚合物总含量不小于 0 ． 8 ％，并混入 0 ． 1 ％P AM，抑制 “ 双石”层造浆 。 3刘家沟组 的漏失 问题 与山西 、太原组 、本 溪组的煤层垮塌问题 。钻达山西组煤层前将钻井液 密度提至 1 ． 1 8 g ／ c m ，钻达本溪组煤层前 ，将钻井 液密度提至 1 ． 2 5 g ／ c m ，黏度 维持在 7 0 ～8 0 S ，滤 失量 降低 到 3 mL以下 斜 导眼的相关密度分别 为 1 ． 1 5 g ／ c m 和 1 ． 2 0 g ／ c m ，并通过划眼 、降低排量 、 控时钻进等工程手段辅助防塌 、防卡。 煤层防塌和刘家沟组 防漏成为矛盾问题 ，为此 对工艺措施进行了完善。 钻达刘家沟组井段前 5 0 m， 从上水罐缓慢补充 D F A 单向压力封闭剂 和细锯 末 ，通过堵漏浆填充地层空隙缓慢提高地层 的承压 能力。此外 ， 转换成 复合盐体系后 ，补充加重材料 时每个循环周密度提高幅度要小于 0 ． 0 1 g ／ c m 。 第一作者简介 刘兆利，工程师，毕业于重庆石油学校油田化学专业，现为川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司技 术管理发展部钻井液办公室主任。地址 西安市未央区长庆大厦 2 1 0 7； 邮政编码7 1 0 0 2 1；电话 0 2 9 8 6 5 9 2 0 2 0 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8 卷 第 4期 刘兆利等陕北横 山区块水平井钻 井液技 术 8 9 在综合考虑刘家沟组地层 的承压能力和煤层的 坍塌压力 的基础上 ，寻找合适 的安全密度窗 口。一 方面通过工艺承压堵漏的数据 ，换算成密度上限 ； 一 方 面监 测钻井 液量 消耗情 况 ，当消耗量 大于 2 m ／ h时， 应及时降低密度， 如果漏失速率仍不下降， 则起钻并进行承压堵漏。 该 区块工艺 堵漏措 施首选 挤封堵 漏工 艺 ，并 选用 吸水性强 的堵漏材 料 ，堵 漏浆应具 有一定 的 流动性和适当的渗透性 ，能进入地层 、留在缝隙 、 填充孔道 ，并具 有膨胀 、防腐等性能。堵 漏浆 3 0 m 配方 为 3 t 白土 3 t DF A 2 t 羟 乙基 纤维素 S M一 1 2 t 桥塞堵漏剂 HD 一 2 粒径为 4 ． O 0 mm 4 t 石灰石 6 t 重晶石 0 ． 0 5 t 智能凝胶 GD． 1 3 t 桥塞 堵漏剂 HD 一 1 粒径为 2 ． O 0 mm 。 当钻井液密度达到 1 ． 2 8 g ／ c m 时发生 了失返性 漏失 ， 现场选择了凝胶阻流 、尾追水泥 的堵漏工艺 ， 取得了很好效果。前置液配方为 原浆 I ％GD一 1 ， 配量为 5 0m 。 4斜井段 的井壁稳定及 润滑防卡问题 。该井 段 为 西2 1 5 ． 9 mm井 眼，主要地层为石盒子 、煤层 和马五 ，。 。使用的钻井液为无土相复合盐体系，其 密 度 为 1 ． 2 5 ～1 ． 2 7 g ／ c m ，黏度 为 6 8 ～7 5 S ，滤 失 量 不大于 3 mL，保持 良好 的流变性 和润滑性 ，安 全快速地钻完该井段 。电测和下技术套管前 ，向漏 层下部井段注入加重润滑封闭浆 ， 配方 3 5 m 为 原浆 0 ． 1 t XC D 1 ． 5 t 白土 1 t 聚合醇 XS C ． 3 0 ． 5 t 纳米石墨 GD 一 2 4 t 重晶石。 在进人造 斜点前 6 0 m转化为无土相复合盐体 系， 密度为 1 ． 0 6 ～ 1 ． 0 8 g ／ c m ， 黏度为 3 8 ～4 5 S ， Na C 1 含量 为 4 ％，甲酸盐 WT _ 1 含量为 2 ％。转化过程前 期应 以提黏聚合物和抗盐磺化物为主 ，使钻井液具 有一定悬浮性和 良好流动性 ；中后期加入盐类 有 机盐 、无机盐 和 固相 超细碳酸钙 、重 晶石 。在 维护过程中采用胶液 的形式补充液量和药品含量。 5水平井段储层保护 问题 、井 眼净化及润滑 防卡问题 。该井段采用无土相复合盐低伤害暂堵钻 井完井液，该体系具有抑制性强、润滑性好、滤失 量低 、切力高 、易维护 、储层伤害小 、可酸溶降解 等优点 ，选用粒级匹配合理的碳酸钙颗粒作为支撑 暂堵剂，用改性水溶性淀粉作为变形粒子，形成良 好 的滤饼。环空返速不小于 1 ． 1 m／ s ，实现紊流携砂 洗井 。适量 补充 XC D或 C MS ，提高体 系静切力 ， 防止形成岩屑床 。 在水平段钻进过程 中，连续钻遇 5 0 m 以上泥 岩时，将密度提高至 1 ． 2 0 g ／ c m ，黏度不小于 5 5 S； 连续钻 遇 1 0 0 m 以上泥 岩时 ，将密 度提高 至 1 ． 2 5 g ／ c m ，黏 度 不 小 于 6 0 S ，同 时加 入 1 ． 5 ％～2 ％ C WD． 1和 2 ％KC 1 ； 当钻遇泥岩段不小于 1 5 0 m，钻 遇率不小 于 3 5 ％，应 加人 4 ％ 工业盐和 3 ％有机盐 wT _ 1 ，强化体系的抑制防塌性。当水平段长度不小 于 5 0 0 m，出现滑动拖压 、有害 固相增多 、上提下 放摩 阻过大等情况时，应及时混入 3 ％～5 ％原油 ， 能有效降低钻井液的摩阻和滤失量 、 增强泥饼韧性。 水平段 电测和下筛管前 ，采用润滑稠浆封闭水 平段 ，配方 3 0 m 为 原浆 l t XS C 一 3 0 ． 5 t G D一 2 1 t 白土 0 ． 1 t XC D 3 靖平 2 3 2 4井现场应用效果 3 ． 1 二开钻井液 3 ． 1 ． 1 直井段 5 3 1 ～2 8 0 0 m 延安组 、延长组钻井液配方如下 。 0． 5％ K PAM 2％ K C1 0． 2％ CW D ．1 0． 2％ XL一 0 07 0I 3 ％ ZNP l “ 双石”组钻井液配方如下。 0． 4％ K P A M 1 ． 5％ KC1 0． 2％ CW D ． 1 0． 3％ ZNP一 1 0． 1 5 ％ PAM 该 直 井 段 钻 井 液 密 度 为 1 ． O 1 g ／ c m ，黏 度 为 3 1 ～3 3 S ， p H值为 7 ～8 ， 塑性黏度为 7 ～8 m P a S ， 动塑比为 0 ． 2 5 ～0 ． 3 3 P a J m P a S ，动切力为 1 ． 0 ～2 ． 5 P a； 钻井周期为 1 5 d ，未出现大的掉块 ，仅存在间 歇性小岩屑剥落 ，井径扩大率不大于 8 ％ ； 造浆被 有效抑制 ， 密度保持在 1 ． 0 2 g ／ c m。 以下 ， 钻井液清澈 ， 过筛容易。 3 ． 1 ． 2 斜导眼段 2 8 0 0 ～3 3 2 7 m 转 化初期 钻井 液 配方基 浆 0 ． 2 ％～0 _ 3 ％ P AC O ． 1 ％Na OH 1 ． 5 ％～2 ％ 乳 化沥青 粉 0 ． 5 ％ ～ 1 ． 0 ％ S MP 一 2 O ． 3 ％～0 ． 5 ％腐 植 酸 类 聚 合 物 H L ． 6 0 4 ％～6 ％ 工 业 盐 2 ． O ％WT - I 2 ％～3 ％ QS 一 4 煤层钻 井液配方 基浆 0 ． 2 ％～0 ． 3 ％ P Ac O ． 2 ％Na O H 2 ％ 乳化沥青 粉 1 ． 0 ％～ 1 ． 5 ％ S MP ． 2 0 ． 5 ％H L ． 6 0 5 ％～6 ％ 工 业盐 2 ％WT _ 1 3 ％～ 4 ％ QS ． 4 0 ． I ％XC D 4 ％～6 ％ 重 晶石 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年7月 该井段钻井液密度为 1 ． 1 2 ～1 ． 2 0 g ／ c m ，黏度为 4 3 ～5 8 S ，滤失量为 3 ～4 mL，静切力为 1 ／ 3 ～2 ／ 6 P a ／ P a ，p H值为 9 ，塑性黏度为 2 7 ～3 9 mP a S ，动 切力为 7 ． 0 ～ 1 1 ． 5 P a ，摩擦系数为 0 ． 0 5 ，动塑 比为 0 ． 20～ 0． 3 8 Pa ／ m PaS 。 3 ． 1 ． 3 斜井段 2 8 0 0 ～3 4 0 7 m 煤 层 前 钻 井 液 配 方 基 浆 0 ． 2 ％～0 ． 3 ％ P AC O ． 2 ％Na O H 2 ％～3 ％ 乳 化 沥 青 粉 1 ． 0 ％ ～ 1 ． 5 ％ S MP ． 2 0 ． 5 ％～ 0 ． 8 ％ HL 一 6 0 5 ％～ 6 ％ 工业盐 2 ％～ 3 ％ WT 一 1 2 ％～ 3 ％ OS ． 4 0 ． 5 ％ C WD l 4 ％～ 6 ％ 重 晶石 煤 层钻 井液 配方基浆 0 ． 2 ％～ 0 ． 3 ％ P A C 0 ． 2 ％Na 0H 2 ％～ 3 ％ S F T ． 1 1 ． 5 ％～ 2 ． 0 ％ S MP 一 2 0 ． 8 ％～ 1 ． 0 ％ HL 一 6 0 6 ％～8 ％工 业 盐 2 ％ ～ 3 ％ WT 一 1 3 ％ ～4 ％ Qs 一 4 0 ． 2 ％XCD 0 ． 5 ％～ 1 ． 0 ％ C WD一 1 6 ％～ 1 O ％ 重晶石 视情况加入 XS C ． 3和 G D． 2润滑剂 ，X S C 一 3 单 次加量为 2 ～3 t ，GD 一 2单次加量为 0 ． 5 ～ 1 t 。 该井段钻井液密度为 1 ． 2 2 ～ 1 ． 2 7 g ／ c m ，黏度为 5 8～ 9 5 S ，滤 失 量 为 2 - 3 ～3 ． 5 mL，静 切力 为 2 ／ 4 ～ 4 ／ 8 P a ／ P a ，p H值为 9 ，动切力为 1 1 ～2 0 P a ，塑 性黏度为 5 2 ～ 6 1 mP a S ，摩擦 系数为 0 ． 0 4 ，动塑 比为 0 - 3 3 ～0 ． 4 2 P a ／ mP a S 。 通过强抑制无土相复合盐体系在斜导眼和斜井 段 的应用 ，斜井段钻进安全高效 ，未 现明显 的煤 层掉块 ，上部地层的坍塌剥落几乎停止 ，在高密度 的情况下 ，钻头未出现泥包 、钻井液过筛容易 、流 型易控 、泥饼 薄韧 、润滑效果 良好 ，在靖平 2 3 2 4 井斜井段钻进过程 中，仅 消耗 2 t 液体 润滑剂 ，电 测一次成功 ，套管顺利到底 ，井径扩大率小于 5 ％。 这些优点是含土体系所无法达到的。 3 ． 2 三开 水平段 钻井液 3 3 6 0～4 3 6 0 m 转化初期钻井液配方如下。 0 ． 2 ％～0 ． 3 ％ P AC- HV 3 ％～4 ％ Qs 一 4 0 ． 1 ％～0 ． 2 ％ Na O H 2 ％～3 ％ 石灰石 中后期钻井液配方如下。 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％ P AC- HV 4 ％～6 ％ Qs - 4 0 ． 2 ％～0 ． 3 ％ Na OH 4 ％～6 ％石 灰 石 4 ％～ 6 ％ 原油 1 ％C WD． 1 4 ％～5 ％ Na C I 2 ％～3 ％ W T ． 1 视情况加入 XS C 一 3 和 GD一 2 润滑剂 ，XS C一 3 单 次加量为 2 ～3 t ，G D一 2 单次加量为 0 ． 5 ～ 1 t 。 该井段 钻井液 密度为 1 ． 1 6 ～1 ． 2 3 g ／ c m ，黏度 为 5 1 ～9 8 S ，滤失量为 1 ． 4 ～2 ．4 mL，摩擦系数 为 0 ． 1 0 ～ 0． 1 6 ，静 切 力 为 3 ／ 6 ～3 ／ 1 0 P a ／ P a ，p H值 为 8 ～9 ，塑性 黏 度 为 4 3 ～ 6 3 mP a S ，固相 含量 为 2 ％～ 9 ％， 动切力为 8 ～2 9 P a ， 读数为 3 ～1 0 。 靖平 2 3 2 4井水平段 长 1 0 0 0 m，泥岩钻 遇率 大于等于 4 0 ％，且钻遇 2 m煤层。复合盐酸溶体系 在该井水平段应用过程 中，性能稳定易维护 、润滑 性能 良好 、滤失量低 、能有效抑制泥页岩坍塌，使 该井起下钻 、电测 、下筛管均顺畅。 4 结论 与 建议 1 ． 在直 井 段 通 过合 理 复 配 K． P AM、XL ． 0 0 7 、 C WD． 1 、Z NP 一 1 、KC 1 等 处 理 剂 ，并 保 持 聚合 物 浓 度 不 小 于 0 ． 5 ％～0 ． 8 ％，KC 1 浓 度 不 小 丁 1 ． 5 ％ ～ 2 ． 0 ％，能有效地抑制延安组 、延长组和 “ 双石” 层的垮塌 ，配合适量 P A M 可以改善地层造浆和缩 径的情况 。 2 ． 强抑制无土相复合盐体系适用于横 山区块水 平井长裸眼斜导眼和斜井段的钻进 ，砂样真实 ，尢 泥岩掉块现象 ，煤层钻屑较小 ，满足了安全钻进 、 电测 、下套管等作业的需要 ，明显优于含土体系。 3 ． 复合盐无土相酸溶暂堵体 系有效地解决 了水 平段长 、泥岩钻遇率高 、可钻性差 、轨迹调整频繁 造成的滑动困难 、携砂 不均匀 、摩阻大 、泥岩垮塌 等问题。 4 ． 固相控制是斜井段和水平段钻井液的技术重 点 ，应选用孑 L 径小于 0 ． 1 5 4 mm 的筛布 ，合理开启 四级 固控设备 ，以最大限度清除有害固相。 5 ． 通过合理 的T艺承压堵漏 ，满足了导H 艮 段的 密度承压要求。通过工艺堵漏和挤注水泥堵漏，满 足了斜井段的密度承压要求。 参 考 文 献 [ 1 ] 刘兆利，李晓明，张建卿，等 ． 无土相复合盐钻井液的 研究与应用 钻井液与完井液，2 0 1 0 ，2 7 6 1 - 4 ． [ 2 ] 黄宏军，耿晓光，周大宇，等 ． 无同相钻井液的室内研 究 【 J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 5 1 0 1 3 ． 【 3 ] 徐同台，洪培云，潘世奎，等 ． 水平井钻井液与完井液 [ M] _ 石油工业出版社 ，1 9 9 9 ，1 2 ． 收稿 日期2 0 1 1 0 2 2 5 ；H G F I 1 0 4 WI ；编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m