邵深1井钻井液技术的研究与应用.pdf

第 2 7卷 第 4期 2 0 1 0 年 7月 钻井液与完井液 DRI LL I NG F LUI D C0M P L ET 1 0N F L UI D V．o 】 ． 27 NO ， 4 J u l y 2 01 0 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 0 0 4 ． 0 0 5 0 ． 0 4 邵深 1 井钻井液技术的研究与应用 宗桂勇， 张景阳， 顾克江， 戴晓红 江苏石油勘探局钻井处 ，江苏江都 摘要邵深 1 井是位于高邮凹陷深凹带邵伯构造低位扇圈闭上的一口重点预探井。该井垛一段顶部灰黑色玄 武岩易发生井漏，戴一段、阜宁组微裂隙发育的硬脆性泥页岩水敏性强，坍塌压力系数较大，“ 五高导泥岩”极易 发生井壁失稳而产生掉块和井壁坍塌，储层物性差。该井上部采用聚合物体系，下部采用聚磺防塌体系，用乳化 石蜡解决了因地层倾角造成井斜超标、摩阻扭矩大的难题。应用结果表明，该套体系抑制泥页岩水化分散能力强， 性能稳定， 维护简单， 同时提高了钻进速度， 达到了发现和保护油气层的目的， 有效地减少了井下复杂和故障的发生。 超低渗透剂、成膜降滤失剂、乳化石蜡润滑剂在该井的成功应用，为新技术的推广应用积累了宝贵资料。 关键词 探 井 ； 聚磺钻井液 ； 防塌钻井液 ； 润滑 性 ；防止地层损害 中图分类号 T E 2 5 4 ． 4 文献标 识码 A 1 地质工程概况 邵伯构造处于高邮凹陷邵伯次 凹南部 ，总体格 局为一个位于真②断层下降盘 的微幅断鼻构造 ，区 域地层是邵伯次凹中心最厚 ， 往 四周逐渐抬升减薄。 邵深 1 井的主要 目的层 以 E ， d为主，自上而下分别 钻遇 Qd 、N y 、E 2 S 、E d 、E f 地层 。该区主要储层 E ， d砂体类 型为扇中水道砂体 和扇三角洲前缘水下 分流河道砂体 。E d ‘ 五高导泥岩”段是 良好的区 域盖层 ， 物性分析表明 E ， d砂体主要为中、 低孔 一 低 、 特低渗储层。 邵深 1 井的井身结构为 4 , 3 4 9 mm钻头 4, 4 2 5 mm扩大器 8 4 m 4,3 3 9 ．7 m mx 8 3 ． 1 7 I 1 1 ； 4, 3 1 1 ．2 n u n 1 6 0 5 ． 3 0 m- F 2 4 4 ． 5 mm 1 6 0 2 ． 1 0 m； 西21 5 ． 9 mm x 4 2 7 5 m。全井取心 2 3 m，收获率为 9 9 ％。 2 钻井液技术难 点 1 上部砂砾岩胶结性差 、渗透性好 ，泥质砂 岩孔隙发育 、易渗漏 ，要求钻井液造壁能力强 ，泥 饼质量优质。 垛一段顶部灰黑色玄武岩易发生井漏。 2 戴一段、阜宁组微裂隙发育的硬脆性泥页 岩水 敏性强 ，坍塌压力 系数 较大 ，“ 五高导泥岩 ” 极易发生井壁失稳而产生掉块和井壁坍塌 ，要求钻 井液具有很好 的护壁 l生和防垮塌能力。 3 该 区主要储层 E d砂体为中低孔 一 特低渗储 层且埋深较大 ，储层物性差。 3 室 内实验 根据邵伯次 凹的地层特点和邵深 1 井 的井身结 构，室内开展了复合金属离子防塌剂 F H 一 9 6 、聚合 醇 K L G一 1 、降滤 失剂 Na H P A N、J T 8 8 8 、S MP 、超 低渗透剂 L X J ． 1 等添加剂及其配伍性的研究。在钻 进过程中根据生产 的需要 ，又及时进行 了润滑剂石 蜡乳液的润滑及配伍性研究试验。 3 ． 1 防塌剂的优选 在 1 ％ 的不 同防塌剂溶 液 中加人 5 0 g粒径 为 2 ． 8 0 ～3 ． 2 0 m m 的钻屑 ，在 9 O 热滚 1 6 h ，用孔径 为 0 ． 6 6 mm 的筛 回收，测得 的钻 屑回收率 。 见 表 1 。从 表 1 可见 ，在实验所用 的各种 防塌剂中， K L G． 1 和 F H 一 9 6抑制泥岩水化膨胀和分散的能力最 强，钻屑回收率最高。 第一作者简介 宗桂勇，工程师，1 9 7 1 年生，1 9 9 5年毕业于大庆石油学院石油工程专业。地址 江苏扬州邵伯甘棠路 1 0 1 号钻井机 关大 院，邮政编码 2 2 5 2 6 1；电话 0 5 1 4 8 6 7 6 0 9 5 4 ，E ma i l j s y t z g y s i n a ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 7卷 第 4期 宗桂 勇等 邵深1 井钻井液技 术的研 究与应用 5 1 表 1 钻屑在不 同防塌剂溶液 中的回收率 。 ％ 表 3 几种超低 渗透钻井液性能测试结果 注 老化条件 为 9 0℃ 、1 6 h 。 加有 2 ％ 不同防塌剂 的 5 ％钠膨润土浆 的滤饼 强度 和润滑性 见表 2 。由此 可知 ，F H ． 9 6增强 泥饼 强度和减少泥饼摩擦力的能力接近 S o l t e x和 F T _ 1 。 表 2 加有不同防塌剂 的 5 ％ 钠膨润土浆 的泥饼 强度和润滑性 综上所述 ，F H一 9 6单剂能够满足该井 的防塌和 抑制需要 。 考虑到油气层保护 以及环境保护的要求 ， 决定在配方 中加入 聚合醇防塌剂 K L G 一 1 和超低 渗透剂进行复合使用 ，利用它们的协 同作用 ，有效 控制该区硬脆性泥岩 的垮塌。 3 ． 2 降滤失剂的优选 通过 对 Na ． H P AN、J T 8 8 8 、S MP 、MV - C MC 等降滤失剂 的效果进行对 比，上部采用 Na ． HP A N， 深井段复配使用抗高温降滤失剂 S MP和 J T 8 8 8 。 3 ． 3 超低渗透剂及加量优选 在配制好 的钻井液基浆中，加入不 同的超低渗 透处理剂 ，室温养护 2 4 h ，经 1 0 0℃滚动 1 6 h后 ， 测定钻井液的性能及砂床滤失量 ，结果见表 3 。实 验 结果 表 明 ，G NP 一 1和 L XJ ． 1 的砂 床 滤失 性 能 明 显 优于 C MF ． 1 I； G NP 。 1和 L XJ ． 1可 以适量 降低 中 压 滤失量 ，但 C MF ． I I 无 此功能 。另外 ，GNP ． 1和 L XJ 一 1 的抗 温性也好于 C MF ． I I 。 由于 GN P ． 1 对钻 井液黏度 的影响比较大 ，所以选用 L X J 一 1 为现场实 验用超低渗透处理剂。表 3中基浆配方如下。 1 4 ％ 钠 膨 润 土 0 ． 3 ％P MH A一 Ⅱ 2 ％F H． 9 6 0． 5 ％ Na HP AN 注 组成砂床 的砂 子粒 径为 0 ．4 5 ～0 ． 9 0 mm。 岩 心滤失 量实验结 果表 明 ，加 有 2 ％L XJ 一 1 的 超低渗透钻井液的岩心高温高压滤失量与滤纸 A P I 滤失量及高温高压滤失量没有对应关系，反而更加接 近砂床上的滤失规律，见表 4 。把测试完岩心滤失量 后 的岩心取下 ，轻轻刮下岩心表面的滤饼 ，重新装 入岩心夹持器 中， 把钻井液杯中的钻井液换成清水 ， 开启平 流泵 ，逐渐加压直至滤液接收杯 中有液滴流 出 ，此时平流泵压力 即为岩心 的承压能力 ，实验结 果见表 5 。实验结果表 明，不同类型 的钻井液形成 的内泥饼强度不同 ； 超低渗透剂不但可 以降低钻井 液的岩心滤失量 ， 而且可以增强岩心内泥饼 的强度 ， 大幅度提高岩心承压能力 ，在现场应用 中，它能提 高破裂压力梯度 ，扩大安全密度窗 口。 表 4 超低渗透 钻井液岩心滤失量实验结果 1 2 0 o C 注 井浆 2 为花 X1 0井井深 2 6 0 0 m处 的现场钻井液 。 表 5 不同超低渗透钻井液对岩心承压能力的影响 注 正 电胶钻井 液 4 ％ 钠膨润 土 0 ． 3 ％P MHA一 Ⅱ 0 ． 4 ％ M M F2％FH一 96 0． 5％Na HP AN 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 0年 7月 在井浆中加人 2 ％L XJ 一 1 ， 在 6 0℃、3 0 mi n条件 下测定其常规性能，在 1 2 0℃、1 6 h下测高温滚动 后 的性能，结果见表 6 。实验结果表 明 超低渗透 处理剂对井浆各项性能指标的影响很小 ，而且很快 在井壁形成膜结构 ，阻止滤液向地层渗透。 表 6 超低渗透剂对钻 井液性能的影响 3 ． 4 润滑防塌剂 石蜡乳液RY的性能 石蜡乳液润滑防塌剂作 为一种性能较好 的防塌 剂 ，同时具有类乳化沥青的性质和合成基钻井液的 优点 ，其 防塌性能和润滑性能好 ] 。对 比评价了几 种润滑剂对钻井液性能的影响，结果见表 7 。实验 验结果表明 实验所评价 的几种润滑剂均对钻井液 的流变性能、滤失量没有影响 ； 加有石蜡乳液 R Y 的钻井液黏附系数最小 。表 7中钻井液配方如下。 3 井浆 4 3 0． 4 ％KSZJ ． 1 5 3 1 ． 0 ％R Y 6 3 1 ． 5 ％ HBT 7 3 ％0 ． 4 ％R H4 表 7 石蜡乳液 R Y对井浆性能及黏附系数的影响 注 钻井液滤失量均为 7 mL 。 3 ． 5 聚磺防塌钻井液配方优选 通过正交实验 ，对黏度 、滤失量 、泥饼质量等 指标进行分析 ，并经过抗温 、抗污染试验，优选出 如下的钻井液配方 4 ％膨润 土 0 ． 3 ％P MHA 一 Ⅱ 3 ％KL G l 2 ％F H一 9 6 2 ％L XJ ． 1 1 ． 5 ％S MP 一 Ⅱ 1 ％P S T 0 ． 5 ％J T8 8 8 邵深 1 井设计井深为 4 2 8 0 m，选用的钻井液 应具有较强的高温稳定性。该钻井液在 1 5 0℃热滚 2 4 h后性能稳定。另外 ，如表 8 所示 ，该钻井液抗 钙污染能力较好 。 表 8 聚磺 防塌钻井液的抗钙能力 4 现 场 应 用 4 ． 1 一 开和 __ ___ 开 0 ～1 6 0 5 m 邵深 1 井一开和二开井段采用膨润土浆 、聚合 物钻 井 液 井 浆 0 ． 3 ％P MHA ． Ⅱ 2 ％N a HP A N 3 ％ 单 向压力封 闭剂 K D． 2 3 2 ％QS 。该井段地层 主要 为盐城组 、三垛组 ，岩性 以杂色砂岩、砾岩与棕红 色泥岩互层为主，土质疏松 ，胶结能力差 ，渗透能 力强，井 眼大 ，钻井液消耗快。在钻进过程中及时 用 土粉 和 MV - C MC配浆补充 。每钻 进一段 井深 ， 用 K D一 2 3和 QS配合加强封堵 ，改善泥饼质量 ，提 高井壁承压能力。 由于该钻井液 中膨润土含量高、 滤失量大 ，钻井液能快速形成修补井壁的泥饼 ，防 止了砾石层井壁 的垮塌和井漏。同时，该钻井液的 悬浮携砂能力强 ，大块砾石均能被携带出来 ，井眼 清洁 ，起下钻畅通。 4 ． 2 三 开 1 6 0 5 ～ 4 2 7 5 m 4 ． 2 ． 1 1 6 0 5 ～2 2 8 0 m井段 该井段岩性为棕红色泥岩与含砾砂岩互层 ，下 部 以浅棕色 砂泥 岩为 主，使 用 聚合物钻井液 井 浆 0 ． 3 ％P MHA l I 0 ． 2 ％C 0A T E R 2 ％Na ． HP AN 1 ％F H 一 9 6 1 ． 5 ％K L G- 1 2 ％QS 。 钻井液 的维护处理 以抑制泥 岩水化膨胀 、防 P D C泥包 、防缩径为 主，加足主要 的聚合物 ，配 合强力包被剂提高体系的抑制性 ； 用 Na ． H P A N控 制钻井液的滤失量 ； 加人防泥包剂，同时配合使用 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 7卷 第 4期 宗桂勇等 邵深1 井钻 井液技术的研究与应用 5 3 QS改善泥饼质量 ； 加强 四级 固控 的使用 ，降低劣 质固相的含量。 4 ． 2 ． 2 2 2 8 0 ～2 9 0 0 13 3 井段 该井段岩性 以红色 、棕红色泥岩为主，夹棕红 色薄 层粉 砂岩 ，使用 聚合 物 钻井 液 ，底 部转化为 聚 磺 防 塌 钻 井 液 井 浆0 ． 3 ％P MHA一 Ⅱ0 ． 2 ％ COATER3 ％ Na ． HPAN2％FH一 96 2％ KLG． 1 2％ L XJ l 2 ％QS 。 钻井液的维护处理措施 ①保持聚合物含量大 于 0 ． 3 ％，增 强钻井液 的抑 制性和包被 能力 ，使其 性能稳定 ，减少无用 固相含量 ，加强井壁承压能力 ， 为转 化钻井 液打下 良好基 础。②每钻 进 1 0 0 1T I 补 充 3 0 0 ～5 0 0 k g Na ． HP A N，控制该钻井液滤失量为 4 ． 0 ～5 ． 0 mL。③加入 Qs、成膜 降滤失剂 C MF ． Ⅱ、 L XJ ． 1 等改善泥饼质量 ，保证该钻井液粒度级 配合 理 ，加强井壁 的承压能力 ，同时做到保护好油气层 准备工作 口 ] 。④加入 F H一 9 6 、 KL G 一 1 进行 防塌处理 ， 加入聚磺处理剂 S MP 一 1 ／、P S T、J T 8 8 8 等 ，增强体 系的抗温 l生和降低高温高压滤失量。⑤定期使用离 心机 ，及时清 除有害固相 ，使低密度固相含量小 于 1 0 ％，保证井壁和钻井液清洁。 4 ． 2 ． 3 2 9 0 0 ～ 4 2 7 5 m井段 该井段 为戴南 组 ，是 主要钻 探 目的层。上 部 岩 性 以红 色 、棕 红色 泥 岩与 含砾 砂 岩互 层 为 主， 底部 为灰 黑 色 泥 岩 夹 灰 白色 细砂 岩 。 已钻 井 资 料 显示 ，该井 段易垮 塌。使用 聚磺钻 井液 井浆 0 ． 3 ％P M HA． Ⅱ 3 ％KLG一 1 2 ％FH 9 6 2 ％LXJ ． 1 十 1 ． 5 ％S M P 一 Ⅱ1 ％P S T 0 ． 5 ％J T8 8 8 。 钻井液 的维护处 理措 施 ①加 大聚磺 处理 剂 S MP ． 1 I、P S T、J T 8 8 8的用量 ，严格控制高温高 压滤失量 。②全面使用好 固控设备 ， 清除有害 固相 ， 保证井 壁清 洁，钻井 液性 能优 良。③在 钻进 目的 层前做好油层保护工作，加足聚合醇、L X J 一 1 、Q S 等 油层 保 护 剂。④ 多 种 防塌 剂 F H一 9 6 、KL G 一 1 、 L XJ ． 1 复配使用 ，保持井壁稳定。 该井钻至井深 3 5 2 5 ． 1 2 m时井斜超标 ，现场采 用 P DC 螺杆扭方位钻进 ，但 出现扭矩大 、定 向方 位不能摆到位 、加压 困难 的问题 。在井深 3 5 7 2 m 处加入 2 t 石蜡乳液 R Y， 成功扭方位进尺 1 2 3 ． 5 9 m， 钻至井深 3 6 4 8 ． 7 1 1 T I ，并且起下钻正常。在以后 的 钻进 中，在井深 3 8 7 6 m、3 9 4 5 r n处分别补充加入 l t 石蜡乳液 R Y，保证了施工顺利。 该井上部采用聚合物体 系，深井段采用聚磺 防 塌体系。在钻进过程 中处理剂选配得当、 配方合理 ， 钻井液具有较强的抑制和封堵防塌能力 ，确保了井 眼的稳定 。同时，聚磺 防塌钻井液的抗高温稳定性 好 ，每次起下钻后井底返出钻井液与正常钻进时的 钻井液性能相差不大， 循环一周后 即可恢复原性能 ， 有效地减少了井下复杂和故障的发生，具体 的钻井 液性能见表 9 。 表 9 邵深 1 井钻井液性能 Hj o | F v| Pv| Y P| m g ／ c m S mPa S Pa YP| PV Ge t } M BT| FL| Pa ／ mPa‘S Pa ／ Pa g ／ L mL 5认 识 与建 议 1 ． 超低渗透剂 、成膜降滤失剂 、乳化石蜡润滑 剂在该井 的试验应用都取得 了预期 的效果 ，为新技 术 的推广应用积累了宝贵资料 。 2 ． 通过及 时调整体 系配方 、将多种防塌剂或润 滑剂复配使用， 或改变各处理剂用量 ， 坍塌压力异常、 “ 五高导泥岩 ”的垮塌 以及 因地层倾 角造成井斜超 标 、摩阻扭矩大等难点都得到了及时准确地处理。 参 考 文 献 [ 1 ] 蓝 强 ， 苏长 明 ， 刘伟 荣 ， 等 ． 乳 液和乳 化技术及 其在钻 井液完井液中的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 6 ， 2 3 2 61 ． 69． [ 2 】 徐 同台，冯京海，朱宽亮 ， 等 ． 成膜封堵低侵入保护油 层钻井液技术研讨 ． 钻井液与完井液 [ J ] ，2 0 0 6 ，2 3 3 66 ． 67． 收稿 日期2 0 1 0 ． 0 3 ． 1 0 ；HGF 1 0 0 3 W1 ；编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m