神木双山区块安全快速钻进钻井液技术.pdf

第 3 0卷 第 6期 2 0 1 3年1 1月 钻井液与完井液 DRI LL I NG F LUI D ＆ COMP LE TI ON F L UI D Vo1 ． 3 0 No． 6 NOV ．20l 3 【 理论研究与应用技术 】 神木双山区块安全快速钻进钻井液技术 崔贵涛， 罗勇， 董宏伟 ， 贾俊， 李宝军 ， 郑玉辉 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 川庆钻探钻采工程技术研究院，西安 崔贵涛等 ． 神木双 山区块 安全快速钻进钻井液技术 [ J ] ． 钻 井液 与完井液 ，2 0 l 3 ，3 0 6 4 1 4 3 ． 摘要 神木双山区块水平井首次采用三开井身结构，二开裸眼井段将长达 2 4 0 0 m，在这一井段地层极易出现 缩、 卡、 漏、 垮塌等复杂， 针对上述技术难题， 优选出了安全快速钻进钻井液体糸， 并在神木双山区块应用了2口井。 实验表明，该体 系表现出良好的润滑防卡性和 良好的井眼净化能力，性能易调控、低滤失、高黏度切力，泥饼薄 而韧。在整 斜井段施工过程中，2口井井眼始终处于良好净化状态，起下钻无阻卡，井底无沉砂，很好地解决了 长裸眼段下存在的井壁坍塌、润滑防卡、携带岩屑等技术难题，把二开钻井周期缩短到 2 0 d以内，而且确保了 1 2 h把 西1 7 7 ． 8 mm 技术套管安全 顺利下至井深 2 8 9 0 1T I ，创造 了长庆水平井下技术套管时问最短的新记 录 关键词 钻井液 ； 抑制性 ； 防塌 ； 井眼净化 ； 润滑防卡 ； 水平井 中图分类号 T E 2 5 4 ．3 文献标识码 A 文章编号 针对神木双山区块的地质特点并参考苏里格气 田的井身结构优化选择技术 ，对神木双山区块 的水 平井井身结构进行了优化 ，由原来 的四开井更改为 现在的三开井 ，表层套管下至井深 5 0 0 m，而技术 套管将要下到井深 2 9 0 0 m，导致二开裸眼井段长 达 2 4 0 0 1 T I 。神木双 山区块这一井段地层极易 出现 缩 、卡 、漏 、垮塌等复杂情况 ，因此如何保证这一 井段的安全施工 ，是水平井成败的关键 ，也是钻井 液技术的关键 。 1 钻井液技术难点 1 神木双山区块表层地层缺失严重 ， 黄土层打 完直接进入延长组地层 ， 延长组中下部 7 0 0 1 2 0 0 m 是该区块主要的坍塌层，泥岩发育，水敏眭强， 极易吸水发生膨胀 、掉块 、坍塌 ，形成 “ 大肚子 ” 井眼，一旦钻井液处理不好 ，缩径 、坍塌严重 ，导 致下钻大段划眼复杂，卡钻等 ，在延长组底部 ，遇 阻划眼井段一般在 1 0 个立柱左右 。 2该 区块刘家沟组地层承压能力差 ，钻井 中 钻井液易发生渗透性和压差性漏失 ， 影响钻井速度。 “ 双石 ”主要 以硬脆性 泥岩地层为主 ，该泥岩还存 在有微裂缝 ，水进入后极容易破坏其原始力学稳定 性 ，造成井壁失稳 ，进而发生垮塌 ，并且还处于斜 井段位置 ，使发生垮塌的程度增加 [ 1 - 3 ] 。 3斜井 段 ，易垮塌 的 “ 双石 ”层和 山西组 、 太 原组 的多套煤层 和炭质泥岩 全部暴露在这一井 段 ， 全部井眼的不稳定地层长时间浸泡于钻井液中， 使其容易坍塌，防塌问题突出 [4 -6 ] 。 2 钻井液性能评价 针对上述新的技术难题 ，首先考虑所设计的钻 井液具有较强的抑制 防塌能力 、良好封堵能力 、润 滑性能及流变性能 ，因此在室内进行 了一系列的配 方优选实验 ，确定该体系的基本配方如下。 水 5 ％～8 ％ 无机盐抑制剂 C P 一 1 0 ． 3 ％～ 0 ． 5 ％ 提黏提切剂 G 3 1 0 - DQT 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％ 有机 盐抑制剂 K P A 3 ％～5 ％ 刚性封堵剂 G 3 0 2 ． S Z D 1 ．5 ％～2 ％ 降滤失剂 G 3 0 9 一 J L S O ．2 ％防泥包快 钻剂 Y z J 1 ％～2 ％生物油润滑剂 G 3 0 3 ． wYR 2 ％～4 ％ 高效封堵剂 G3 1 4 一 F D J 0 ． 2 ％p H调节剂 第一作者简介 崔贵涛，工程师，毕业于西安石油大学石油工程专业，现在从事钻井液完井液研究工作。地址 陕西 省西安市长庆兴隆园小区 ； 邮政编码 7 1 0 0 1 8；电话 1 5 9 2 9 9 0 4 6 2 7； E ma i 1 c u i g u i t a o o 0 6 s i n a ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3 年 1 1月 2 ． 1 抑制性 选用同一基浆 ，通过添加不 同量的 C P ． 1 ，研究 体系的防塌抑制性 ， 实验结果如表 1 所示。 实验表 明， 随着 C P ． 1 含量的增 大，岩屑的一次 、二次 回收率 明显 升高 ，尤其 是 当 C P 一 1 加量超过 7 ％ 时，一次 回收率高达 8 0 ％ 以上 ，二次 回收率也超过了 7 0 ％， 因此现场确定 C P ． 1的加量为 7 ％，能保持体系有较 强的防塌抑制性 。 表 1 体系抑制性能评价 注 基浆为 5 ％G3 0 2 ． S Z D 0 ． 5 ％G 3 1 0 一 DQ T 2 ％G 3 0 9 一 J L S 0 ． 3 ％K P A N a OH p H值调至 9 ； 岩屑为直罗组露头岩屑。 2 ． 2流变性 随着斜井段井斜 的不断增大，钻井液携砂难度 越来越大 ， 因此必须适当提高钻井液的 ‰和动切力 ， 增强钻井液悬砂和有效携砂能力 ，达到净化井 眼的 目的。 从图 1 可以看出， 随着 G3 1 0 ． D QT加量的增大， 钻井液 的 和动切力 不断增大 ，当 G3 1 0 ． DQT加 量达到 0 ． 5 ％时 ， 动切力 已达到 2 0P a 以上 ， 达到 9 ， 现场推荐 G3 1 0 ． D QT加量为 0 ． 5 ％。 0 ． 1 0 ． 3 O ． 5 O ． 7 o ．9 G 3 1 0 一 D Q T ／ ％ 4 O 3 0 ∞ 2 0 童 1 0 O 图 1 动切力和 随 G 3 1 0 一 D QT加量的变化 2 ． 3封堵防 塌性 由于神木双 山区块刘家沟组 以及 “ 双石层”地 层存在天然微裂缝 ，容易造成井漏 ，甚至井壁失稳。 因此 ，引入一种高效封堵剂 G3 1 4 ． F D J ，该封堵剂 是一种 由高分子量聚合物反应 、乳化而成的膏状液 体，能在水中自动分散，粒子粒径呈多级分布，以 1 ～1 0 g m 为主 ，能为钻井液提供与地层温度相适应 的、粒径与被封堵微裂缝 的大小相匹配的 、可变形 的软化粒子。并且还筛选出刚性封堵剂 G3 0 2 ． S Z D， 该封堵剂粒径为 1 0 g m 以下的粒径 占9 0 ％ 以上， 与被封堵微裂缝相匹配。通过这 2种封堵剂的复配 ， 实现大颗粒封堵，小颗粒填充，降低滤失，改善泥 饼质量 ，在近井壁形成一层保护层 ，从而能够实现 对硬脆性泥岩的微裂缝进行封堵 ，达到保持井壁稳 定的 目的。 2 ． 4润滑性 针对该 区块二开斜井段易坍塌 、扭矩高、摩阻 大的特点 ，室内通过筛选和评价多种润滑剂 ，最终 选定了环保型植物油润滑剂 G 3 0 3 一 wY R，并结合防 泥包快钻剂 Y Z J 本身具有润滑作用的特点 ，进行了 室内润滑性实验 ，结果如表 2所示 。 表 2 体 系润滑性能评价 注 基浆为 5 ％G 3 0 2 一 S Z D 0 ． 5 ％G3 1 0 一 DQ T 2 ％G3 0 9 一 J L S 7 ％C P ． 1 0 ． 3 ％K P A 2 ％G 3 1 4 一 F DJ Na O H p H调至 9 o 从表 2可以看出， 随着 G 3 0 3 一 WYR含量的增加 ， 摩擦系数 明显降低 ，尤其是当防泥包快钻剂 YZ J 与 G3 0 3 ． wY R配伍使用时 ，效果更加显著。复配使用 0 ． 2 ％YZ J和 2 ％G 3 0 3 一 WY R，能使摩擦 系数 降低约 5 9 ％， 而且在 1 2 0 oC 下热滚后， 摩擦系数进一步降低， 而流变性变化较小 ，说明体系抗温 陛能好 。 3 现 场 应 用 3 ． 1 双8 ． 3 4 H 2 井现场施工概况 双 8 ． 3 4 H2井是 神木双山区块 首次采用三开井 身结构的一 口 水平井， 采用 西 2 4 1 _3 mm钻头二开， 钻遇延长组 、纸坊组 、和 尚沟组 、刘家沟组和石千 峰组层位，从井深 2 1 7 4 m采用 西2 1 5 ． 9 mm钻头开 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O 卷 第6 期 崔贵涛等神木双山区块安全快速钻井钻井液技术 4 3 始定 向造斜钻进 ，钻遇石千峰、 石盒子、 山西 、 太原 层位， 二开完钻井深 为 2 9 5 2 m，本段进尺 2 4 4 0 m 5 l 2 ～2 9 5 2 m ， 历时 1 6 ． 8 d 。 二开井 段是 该井 的重 点、难 点。为保证 该井 段 的安全快速钻进，采用钻井液密度为 1 ． 0 5 ～ 1 ． 2 5 g ／ c m ，漏斗黏度为 3 7 ～9 0 S ，AP I 滤失量为 4 ～1 0 mL， 泥饼厚度为 0 ． 2 ～0 ． 3 mm， p H值为 8 ～9 ， 含砂 量小 于 0 ． 5 ％，塑性 黏度 为 l 2 ～3 5 mP a S ，动切力 为 5 ～2 5 P a ，滤饼摩阻系数小 于 0 ． 1 。在延长组易 垮塌地层钻进时 ，重点强化钻井液的抑制和防塌能 力 ，主要以 KP ． A等聚合物防塌剂为主，并 提前控 制滤失 ，二开开钻时控制滤失量在 1 0 mL以内，当 钻至延长组中下部时，逐渐将滤失降低至 6 m L以 内 ； 钻进 至刘 家沟组前 ，加入封堵剂 G3 1 4 ． F D J 和 刚性暂堵剂 G 3 0 2 一 S Z D，封堵刘家沟组地层的微裂 缝 ，减小刘家沟组的漏失 ； 进双石层前增大防泥包 快钻剂 的含量 ，防止 P DC钻头泥包 ，提高钻井速 度 ； 进人 山西组煤层前把封堵剂 G3 1 4 ． F D J的含量 提高到 2 ％， 封堵煤岩的微裂缝 ， 阻止液体进入煤岩 ， 从而提高煤层的稳定性 。 该井斜井段采用密度为 1 ． 2 5 g ／ c m 的钻井液成 功穿越 2 4 1 T I 煤层 ，防止了刘 家沟组 的漏失 ，整个 二开井段钻进过程 中井壁稳定 ，起下钻不阻不卡 ， 电测一次到底 ，下套管 ，固井等作业顺利。 3 ． 2应用效 果 1 钻井液体系具有 良好的抑制防塌能力 ， 能够 提高井壁稳定性 ，解决 了因泥页岩水化膨胀 而引起 的缩径扩径、 掉块坍塌、 高摩阻大扭矩等一系列长期 困扰神 木双 山区块 水平井斜井段 安全快速钻 进 的 技 术难题。双 8 ． 3 4 H 2井斜井段平 均井径 扩大率为 5 ．0 9 ％， 比双平2 井 8 ．2 ％ 有大幅度降低。 双 8 ． 3 4 H 2 井斜井段上提摩 阻控制在 1 2 t 以内，下放摩阻控制 在 8 t 以内， 钻井液表现出了良好的润滑能力， 见图 3 。 l 耋 t 避 1 5 0 2 2 5 0 23 5 0 2 4 5 0 2 5 5 0 2 6 5 0 27 5 0 2 8 5 0 2 9 5 0 井深， m 罔 3 双 8 - 3 4 H2 井斜井段摩阻随井深的变化 2良好的封堵能力 。G3 1 4 一 F DJ 可以多粒级复 配 ， 能实现对微裂缝的有效 “ 焊接” ， 降低坍塌压力 ， 延缓坍塌周期 。在双 8 - 3 4 H2井斜井段施工过程 中， 钻井液最高密度 为 1 ． 2 5 g ／ c m ，没有发生井漏和煤 层坍塌，实现了对地层微裂缝的封堵。 3 良好 的流变性和井 眼净化效果 。双 8 - 3 4 H2 井钻井液表现 出良好的流变性和井眼净化效果 ，起 下钻没有出现明显的遇阻遇卡现象，保证了电测 、 下套管 、同井等作业 的顺利施工。优 良的润滑性能 保证了 1 2 h把 1 7 7 ． 8 mm技术套管顺利下达窗 口， 创造 了长庆水平井下技术套管时问最短的新记录。 4缩短 了钻井周期。在神木双 山区块水平井 首次使用三开井身结构 ，三开井身结构钻井周期 比 四开井身结构钻井周期缩短至少 3 0 d ，并且三开井 身结构还省去了 2 0 0 0 m 的 2 4 4 ． 5 mm技术套管 ， 降低 了钻井综合成本。 4 结论 1 ． 安全快速钻进钻井液体系在双 8 ． 3 4 H2井表 现 出强抑制防塌能力 、良好的流变性 和润滑性能 ， 解决了因泥页岩水化膨胀而引起 的缩径扩径 、掉块 坍塌、高摩阻大扭矩等一系列技术难题，特别是能 有效防止 P D C钻头泥包现象 。 2 ． 封堵剂 G3 1 4 一 F DJ 可 以多粒级复配 ，能 实现 对微裂缝 的有效 “ 焊接 ” ，降低坍塌压力 ，延缓坍 塌周期 。首次在神木双山区块进行水平井三开井身 结构实验 ，效果 良好。 参 考 文 献 [ 1 ] 陈华， 王浩，邓贺璩， 等 ． 长庆油田神木 一 双山区块防塌 钻井液技术 [ J ] ． 油气田地面工程，2 0 0 9 ，2 9 1 2 1 3 ． [ 2 ] 陈二丁，周辉 ． 成膜强抑制纳米封堵钻井液的研究 [ J J ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ，2 8 3 3 9 4 1 ． [ 3 】 陈在君 ，陈恩让 ，崔贵涛 ，等 ． 长庆气区储气库超低压 储层水平井钻井液完井液技术 天然气工业，2 0 1 2 ， 3 2 6 5 7 5 9 ． 『 4 1 徐加放，邱正松 ． K C C T H强抑制性防塌钻井液的研制 及应用 [ J ] ． 石油钻探技术 ，2 0 0 6 ，3 4 1 3 9 4 2 ． [ 5 ] 崔贵涛，金祥哲，董宏伟，等 ． 苏里格气田桃 7 井区水 平井斜井段和水平段适用钻井液体系 [ J ] ． 天然气工业， 2 0 1 1 ，3 1 3 6 6 6 9 ． [ 6 ] 赵利 ， 刘涛光， 齐同忠， 等 ． 复合盐钻井液技术在莫 1 1 6 井区的应 用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 5 3 3 3 6 ． 收稿 日期2 0 1 3 0 7 0 8 ；HG F I 3 0 5 F 5 ；编辑付 硐颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m