建页HF-2井国产油基钻井液应用技术.pdf

第2 3 卷第3 期 2 0 1 3年 9 月 江 汉 石 油 科 技 J I ANGHAN P ET ROI UM S CI ENC E AND T EC HNOL OGY V0 1 ． 2 3 No ． 3 S 印 ． 2 0 1 3 建页H F 一 2 井国产油基钻 井液应 用技术 章文斌 ，钟少 华 ，于成 旺 中国石 化江汉石油管理局 钻井一 公 司，湖北潜江 4 3 3 1 2 4 摘要 建页H1 一2 井是一 口非常规 大位移水平井，其钻探 目的在 于落实建南地 区南高点 自流井组大安 寨、东岳庙段 泥页岩含 气性 ，获取建南地区南高点 自流井组大安寨、东岳庙段地质评价参数，为整体评价该 区块 页岩气勘探潜力提供地质依据 。通过叙述建 页H卜2 井国产油基钻 井液施 工的重难 点，国产油基钻井液 施 工过程和工艺技术以及施工过程中出现 的复杂情况，在钻 井液施工上与哈 里伯顿合作采用油基钻井液体 系，取得了很好的效果 ，对今后继续实施油基钻 井液技术具有一定的帮助，同时也为江汉油田的非常规页岩 油、气资源的大力开发提供了技术支撑。 主题词 建页HF 一 2 井；非常规页岩气；水平井；国产油基钻井液；应用技术 建页H F 一 2 井是中石化江汉石油管理局部署在上 扬子地台川东褶皱带石柱复向斜建南构造南高点侏 罗系下统 自流井组东岳庙段页岩气预探井 ，是一 口 非常规大位移水平井 ，其钻探 目的在于落实建南地 区南高点 自流井组大安寨、东岳庙段泥页岩含气 性 ，获取建南地 区南高点 自流井组大安寨 、东岳庙 段地质评价参数，为整体评价该区块页岩气勘探潜 力提供地质依据。针对该井上部砂泥岩地层疏松易 剥落掉块 、堵漏防漏难度大 ；大斜度井段和水平段 长定向托压、易粘卡 ，极易形成岩屑床、摩阻大等 技术难题，在建页H F 一 1 井采用哈里伯顿油基钻井液 成功钻探的基础上 ，对该井二开 2 1 5 ． 9 m l 井眼使 用国产油基钻井液。本井前期对国产油基钻井液进 行 了室内性能评价 ，并通过现场细化国产油基钻井 液维护处理措施等 ，顺利完成 了该井二开长水平段 的 钻 探 施 工 任 务 。 该 井 由 江 汉 钻 井 一 公 司 4 0 7 6 6 J H 钻井 队承钻。 1 工程 、地质概况 1 ． 1 工程简介 建页HF 一 2 井是建南构造南高点的一 口预探井 ， 井型为水平井 ，主探侏罗系自流井组东岳庙段，兼 探 自流井组 大安寨段 。该井设计斜深2 8 6 4 m，水平 段 A 靶 点 垂 深 为 1 6 8 5 m，方 位 1 6 3 ． 1 7 。 ，位 移 3 1 7 ．4 m；B 靶点垂深为1 6 9 7 m，方位1 6 1 ．3 7 。，位移 1 3 1 7 ． 2 2 m；钻井补充设计井深 2 9 0 0 m，设计造斜点 为1 3 5 3 m，水平段长l O 0 0 m。该井采用 4 4 4 ． 5 m m的 钻头钻导管 ，导管使用正电胶搬土浆钻井液钻进 至 井深8 0 ． 8 5 m，中3 3 9 ．7 ra m 套管下深8 0 ．8 5 m，水泥返 至地 面；一 开采用 3 1 1 ． 2 mm钻头空气钻进至井深 1 3 3 3 ． 2 5 m， 中2 4 4 ． 5 m m套管下 深 1 3 3 1 ． 2 9 m，水 泥浆 返至地面，封隔上部凉高山段及沙溪庙组不稳定易 垮层段 。二 开采用 2 1 5 ． 9 mm钻头 ，由于一开套管 鞋处承压能力不足，为减少油基钻井液 的漏失 ，分 别使用钾基聚合物钻井液和油基钻井液体系钻进 。 井 深1 3 5 3 m J J 钻 ，完成造斜和水平段钻进 ；水平段 井斜8 3 ．7 。 ～ 8 7 ．8 。，方位3 1 9 ．6 8 。 一3 2 0 ． 8 8 。，全 井 水平位 移 1 3 2 0 ． 9 7 m。下人 1 3 9 ．7 ra m生产套管 ， 套管下深2 8 7 2 ． 9 7 m，采用水平井套管分段射孔压裂 方式完井。建页H F 一 2 井井身结构示图见 图1 。 1 ． 2 建页H F 一 2 井设计地层数据及气水层位置一览 表 见表1 表2 2 建页HF 一 2 井油基钻井液技术难点 第一作者简介章文斌 ，男 ，2 0 0 5 年6 月毕业于重庆 科技学 院油 田应用化学专业 ，工程师 ，现在江汉石油管 理局钻井一公司从事钻井液技术管理工作 。 3 6 江 汉 石 油 科 技 第 2 3 卷 图1 建 页I- 4 F 一 2 井井 身结 构示 意图 参照邻井建2 7 井资料和实际施工情况，在常规 钻井液不能完全满足施工要求的前提下，通过分析 认 为 ，该井二开钻井液施工技术难点主要有以下几 点 1 本井二开使用 的油基 泥浆主要处理剂加 量低 ，而在处理剂低加量的前提下如何保证油基钻 井液 的各项性能优 良，满足井下需要，增大了现场 施工的难度 。 2本井为一 口大位移水平井 ，井斜变化率 大 ，大斜度井段长 ；且套管鞋处为砂泥岩属应脆性 地层不稳定 ，易剥落 、掉块。要求钻井液具有较强 的防塌、抑制 、封堵能力的同时又要有足够的密度 平衡地应力 ，保证井眼稳定 、畅通。 3 一开 I 3 1 1 ． 2 m m套管鞋处承压能力不足 ， 当量密度只有1 ． 2 1 g ／ c m ，而这一 密度又无法满足下 部页岩地层增斜段 、水平段的正常钻进 ，且上部砂 泥岩地层井壁不稳定 、裂缝发育 ，施工过程多次发 生漏失 ，地层承压能力差，钻井液密度窗 口窄 ，后 期增斜段及水平段钻进中钻井液防漏 、堵漏 、提承 压难度大。 4 斜井段岩屑携带困难 ，岩屑多 ，极易形 成岩屑床，如果携带和清除不及时，很容易使钻具 的摩阻升高 、扭矩增大而引发井下复杂。对钻井液 的携带悬浮、清洗井眼能力提出了很高的要求。 5 进入水平段后 随着井深增加 和水平段增 长 ，摩阻、扭矩逐渐增大 ，易托压造成定向施工 困 难甚至发生粘卡 ，要求钻井液 具有很高 的润滑性 能。 3 油基钻井液现场应用 3 ． 1 油基钻井液的配制 鉴于建 页H F 一 1 井 哈里伯顿 的油基 钻井液成本 高 ，因此本井采用的国产油基钻井液 ，其具体配方 如下 柴油 2 ． 5 ％H I E MU L 主乳 I ％HI C O A T 辅 乳 1 ． 5 ％HI RL F 润 湿 剂 2 ． 5 ％储 备 碱 I ％M O G E L 有 机 土 1 2 ．5 ％ H I F L O 降 失 水 剂 3 ％酸 I生暂堵剂 1 ． 5 ％HI C M J 3 ％F L - 1 氧化沥青 2 6 ％C a C 1 2 盐水 重晶石 注 配方 中的处理剂均需要通过混合漏斗高剪 切加入 ，以保证处理剂能够很好 的分散到柴油里 ， 确保油基泥浆的乳化效果。 由于建 页H F _ l 井 剩余 的哈里伯顿油基泥浆较 多 ，且结构强 、固含 高。因此我们首先根据室内试 第3 期 章文 斌等 建 页H F - 2 井 国产 油基钻 井液 应 用技 术 3 7 表1 建页 HF 一 2井设计地层数据及气水层位置一览表 设计深度 地层 油气水 故障 代号 底界深度 厚度 岩性描述 系统组段 提 示 提示 m m 以紫红色 、暗紫红色砂质泥岩为主， 中 上溪庙组 J 2 s 8 l 6 ． O 8 1 6 ． 0 夹浅灰色中一 厚粉砂岩 、细砂岩 ，底部 统 为厚层状细一 中砂岩 防垮 紫红色、暗紫红色砂质泥岩为主 ，夹 防漏 下沙溪庙组 J 2 s 1 2 4 7 ． 0 4 3 1 ． 0 浅灰色粉砂岩 ，灰绿色泥质粉砂岩及 油层 细砂 岩 上部以紫红色泥质粉砂岩为主，夹浅 凉 灰绿色细砂岩 ；中部以灰绿色泥质粉 高 J , 1 1 4 1 6 ． 0 1 6 9 ． 0 防漏 山 砂岩为主 ，夹深灰色页岩及泥质粉砂 岩；下部为灰绿色细砂岩 上部为灰绿色细砂岩、粉砂岩及深灰 侏 大 防漏 罗 安 J 1 d a 1 5 1 8 ． 0 l 0 2 ． 0 色页岩；下部为泥质粉砂岩及砂质泥 含气层 防溢 系 寨 岩互 层 自 下 流 鞍 井 山 J 1 m 1 5 8 8 ． 5 7 0 ． 5 灰绿色粉砂岩 、细砂岩夹泥质粉砂岩 防漏 统 组 上部以灰色、浅灰色泥岩为主 ，夹浅 A 靶 1 6 8 5 ． 0 9 6 ． 5 灰色 、灰绿色粉砂质泥岩；中部 以灰 防漏 东 绿色 、灰色粉砂质泥岩为主 ，夹深灰 岳 J l d y 含气层 防垮 庙 色页岩及泥质粉砂岩；下部为深灰 、 B 靶 1 6 9 7 ． 0 1 2 ． 0 防喷 灰黑色介壳泥岩页岩，夹深灰色粉砂 质泥 岩 注设计垂深是 以地 面为0 m确定。现场要根据实际补心高重新计算调整 。 表 2 建 页 H F 一 2井生 身结 构 数据 验结果，采用新配国产油基钻井液与哈里伯顿油基 钻井液按体积I L I 0 ．7 混合稀释后，再将密度加重至 1 ． 3 0 g ／ e m 3 。 共 配 置 密 度 为 1 ． 3 0 g ／ e m 油 基 钻 井 液 1 7 0 m 。配好后油基钻井液 l生能 密度 1 ． 3 0 g ／ c m 、 粘 度 7 0 s 、 A V 3 0 mP a ． s 、 P V 2 0 m P a ． s 、 Y P 1 0 P a 、G e l 5 ／ 9 、油水 比7 6 2 4 、E S 6 6 0 V。 3 ． 2 侧钻前油基钻井液的维护处理 1 严格按照要求清洗配浆设备至符合要 求 ；按照钻井液设计中油基泥浆配制方法配制油基 泥浆 ，并利用井下钻头水眼对油基泥浆充分剪切到 3 8 江 汉 石 油 科 技 第2 3 卷 性能稳定后方可开钻； 2钻进过程 中充分使用好 固控设备减 少泥 浆 中的有 害 固相 ，维持钻井液 的低密度 固相不超 标 ，保证泥浆性能的稳定，确保有效和快速钻进 ； 如果钻进过程 中出现固相含量增加 ，及时开启离心 机清除有害固相并结合加入适 量柴油进行稀释，使 油基钻井液性能稳定。 3 钻进中适 当补充乳化剂 、MOG E L 等控 制 钻井液粘度在6 5 ～9 0 s 之问 ，动塑 比不低 于0 ． 3 ，以 确保钻井液的携砂性。当井斜大于3 0 。时，采用稠 塞清扫井眼 ，清除岩屑，确保井 眼干净 。 4通过维持严格的乳化状态f 电稳定性大于 4 o o v 和使用 HI F L O，使 H T HP 滤失控 制在 3 m l 以 内 1 0 0 。C，形成的泥饼光滑薄韧 小于2 ra m。 降低钻具与井壁的摩擦力 ，降低摩阻提高钻井液的 润滑性 以保证增斜段及水平段的正常钻进 。 5通过加入乳化剂或C a C 1 ， 盐水 ，控制合理 的油水 比，前期保持油水比为7 0 3 0 ， 后期 随着井深 的增加而适 当提高到7 0 3 0 ～8 0 2 0 之间 ，以获得 良 好 的高温流变性。 6钻进 中用H I F L O 制泥浆的H T H P ； , 失低 于设计要求 ，用1MS E A L J I] 强泥饼质量 ，加强钻井液 的封堵性 ，阻止滤液进入地层 ，提高井壁的稳定性 能 ，防止页岩地层坍塌。 7 严格按照要 求定时监测油基泥浆的各项 性能指标 ，根据监测数据对性能做 出维护处理 ；新 配的油基泥浆基液要按照循环周法细水长流形式逐 步加入到循环体系中，保证循环体系的性能均匀 、 稳定。 8 由于上部砂 岩地层承压能力不足 ，钻进 中密度只能维持在 1 ． 2 2 g ／ c m 3 左右 ，因此进入水平段 之前补充2 ％F L l 氧化沥青 、H I C M J 及细颗粒 的封 堵材料用 以填充井壁 ，提高泥浆的封堵能力，防止 页岩段井壁出现掉块 ，满足水平段页岩地层的正常 钻进。视隋况进行短起下钻拉划井壁 ，确保井眼干 净 、井壁规则稳定。 9 进入水平段后 ，随着 水平段 的增长 ，及 时补充氧化 沥青 、HI C M J 等封堵材料的消耗量 ，提 高钻井液的填充能力 ，视 隋况补充H I R L F、乳化剂 等提高体 系润湿性和表面活性剂的含量 ，改变岩屑 的润湿反转能力，以改善体系 的抗钻屑侵污能力。 1 0严格按照设计要求监测油基泥浆的各项 性能指标 ，及时根据监测数据对性能做出维护处 理 。 3 ． 3 侧钻后钻井液主要施工措施 1 侧钻段控制密度1 ． 3 5～1 ．4 0 g ／ c m ，在保证 侧钻段井壁稳定的同时尽可能防止井漏的发生。 2钻 井 液 粘 度 控 制 在 9 0 s 以 上 ，P V在 4 0 m P a ． s 左右 ，Y P 在2 0 P a 以上 ，以提高钻井液的悬 浮携带能力 ，确保井眼干净。 3由于泥浆 的结构的增强 ，因此每趟起下 钻要严格控制好起下速度，下钻到底开泵前先转动 钻具破坏泥浆结构后 ，再采用单凡尔 、双凡尔 、三 凡尔逐步增大排量 的方法 ，避免操作过猛压漏地 层 。 4采用硬质细颗粒随钻堵漏浆钻穿与老井 眼垂深对应 的漏层 ，漏层穿过后 对地层进行提 承 压 ，尽可能将 地层承 压能 力提高到 当量密度 1 ． 45 g ／ c I r ／ ，并逐 步将钻井液密度 提高到 1 ． 4 0 j l 1 以 上 ，以满足水平段的正常施工。 5 提高乳化剂等处理剂的加量 ，尽可能将 钻井液的破 乳电压提高到1 0 0 0 V以上。钻进中及 时 补充 乳化剂 的消耗量 ，保证 钻井液的乳化稳定 性 能。 6漏层穿过后进入东岳庙页岩层水平段前 一 次性加入3 ％的氧化沥青，HI C MJ 及细颗粒的封堵 材料用以填充井壁 ，进一步提高体系的封堵 、填充 能力 。 7 随着井深 的增加，油水 比由8 0 2 0 逐步提 高 1] 9 0 1 0 ，降低滤液中水的含量， 并提高体系的高 温稳定性。 8 侧钻段控制泥浆 的H T H P 滤失小于3 ml ， 进人水平段后尽可能将H T H P 滤失控制在 2 m l 以内， 加强钻井液 的封堵性 ；降低滤液进入地层 ，提高井 壁的稳定能力。 9由于地层本身 比较脆弱 ，因此在平时操 作 中要小心谨慎 ，如下钻 、开泵 、提密度等，避免 压力激动过大 、泥浆性能局部波动大而引发井漏等 井下复杂。持续做好漏失控制。 1 0通过加入具有防塌能力的高分子聚合物 第3 期 章文 斌 等 建 页H1 z 一2 f- 国产 油基钻 井液应 用技 术 3 9 乳化剂 ，增强钻井液对钻屑的包被 、吸附能力。进 一 步提高和强化钻井液 的封堵 、防塌效果及能力 。 3 ． 4 侧钻后油基钻井液分段性能 见表3 4 复杂情况处理 4 ． 1 井漏及处理措施 在全井 施工过程 中 ，针对 建南构造 的地质特 点 ，为防止井漏 ，我们首先从泥浆 的配方上着手 ， 在泥浆 中加大硬质细颗粒刚性堵漏材料 、核桃壳 、 膨胀堵漏剂等；利用其膨胀、填充、封堵裂缝。为 保 证侧钻后新井眼增斜段 、水 平段的正常钻进 ，通 过 分 析 认 为 地 层 承 压 能力 至 少 提 到 当 量 密 度 1 ． 4 0 g ／ c m 3 才能满足下步施工 ，因此对裸 眼段主要漏 失 层进行地层提承压作业 ，堵 漏提承压 的总体方案 是 采用硬质细颗粒刚性堵漏材料 膨胀性堵漏材料 的为主对裸 眼段提承压 ，主要施工步骤如下 1 地面配3 0 m 堵漏浆 l 0 ％刚性堵漏剂c 型 1 0 ％N IJ 性 堵 漏 剂 D 型 5 ％核 桃 壳 0 ． 5～l m m 3 ％单封 2 0 ％酸I生暂堵剂 l ％H I s e a l 膨胀堵漏剂。 2下钻 冲划至 1 6 5 0 m以下 ，开泵循环均匀 后 ，将配好 的堵漏浆 泵人井 内封住1 6 5 0 m以上的裸 眼井段 ，起钻至堵漏浆液面以上 ，开泵循环观察液 面，若有漏失，则静止堵漏，若无漏失 ，通过节流 循环的方式 向井内施加压力。 3 节流循环过程 中控制好压力 ，每次增加 0 ． 5 M P a ，观察液面有无漏失情况 ，整个过程控制好 漏失总量在7 m 。 以内，压力控制在2 M P a 以内。 4若节流循 环 当量密度达到1 ． 4 0 g ／ c m 后不 漏 ， 则 回 下 至 1 6 5 0 m开 始 逐 步 将 密 度 提 至 1 ． 3 0 g ／ c m 观察液面，无漏失则进入下步作业。 通过严格执行以上措施 ，井漏得到了有效的控 制 ，地层承压能力得到 提高 见表4，满足了侧 钻后增斜段 、水平段 的正常钻进 。表 5 为建页H F 一 2 井井漏统计表 第3 期 章文 斌等 建 页H F 一 2 井 国产 油基钻 井液 应 用技 术 4 1 1 新井 眼通过采用粗颗粒 与硬质细颗粒堵 漏材料复配 酸 l生暂堵剂、H I C M J 、H l s e a l 、刚性堵 漏 剂c 、D 型1 提承压后 ，侧钻后钻遇与老井眼垂深 对 应 的漏层 时在密度 比老井 眼高 出很多 的情况下 老井眼 1 ． 2 3 ，侧钻后1 ． 4 0 g ， c r n 3 未发生大规 模 的漏失。 2新井眼钻进过程中采 用含堵漏材料 的油 基 钻井液钻进过程 中，起下钻摩阻2 0～1 0 0 k N，定 向作业顺利 ，定向施工 中基本未出现严重脱压等问 题 ，很好 的满足了新井 眼造斜段和长水平段的润滑 防卡、井眼清洁要求 ，全井钻井施工安全、』IIF , N。 3新井 眼钻井液粘度都在 1 0 0 s 以上 ，但循 环 过程 中流动性好 ，当钻井液停止循环静止时 ，能 够迅速形成结构 ，悬 浮钻屑；油基钻井液具有 良好 的流变性 、相对低的H T } { I ， 失水 、强的抑制防塌能 力 实现了钻探全过程安全无事故 ，有效解决 了新井 眼段井壁稳定 振动筛上返出岩屑棱角分明 、井 眼净化。顺利地完成了勘探任务。 6 认识及建议 1 新井眼油基钻井液施 工井段 ，振动筛上 返 出的岩屑正常，菱角分明，未出现大的剥落掉 块 ，起下钻顺利 ，下钻到底后 ，井底基本无沉砂 ， 定 向施工顺利 ；水平 电测一次成功，新井眼电测井 径规则 ；表明油基钻井液具有 良好的防卡润滑、抑 制防塌和携带悬浮岩屑能力，满足了井眼清洁和井 壁稳定的需要 。 2 对于非常规大位移水平井要设计好合理 的井身结构，若邻井提示页岩层上部存在漏层，则 技术套管必须要将漏层封住，才能进入下部水平段 的施工。 3 页岩地层长水平段水平井坍塌主要 为应 力垮塌 ，主要靠钻井液密度加 以支撑平衡。因此要 求我们要选择好合理的钻井液密度，结合到本井钻 井液密度至少要达到 1 ． 4 0 g ／ e m 以上才能满足下步水 平段的施工。 4页岩地层层理发育 ，属硬脆性泥页岩 ， 易剥落掉块 ，页岩地层水平井钻进 中要求钻井液具 有强的防塌 、封堵能力。 5 本井油基钻井液施工 中发生 多次漏失情 况 ，经过堵漏 提承压 、起下钻开泵降低压力激 动 等 ，井漏情况得到一定的控制 ，但后期钻进 中渗漏 情况还是时有发生，无形 中增加 了钻井成本；因此 油基钻井液的防漏能力需要进一步提高和完善。 编辑胡素梅 上接 第3 4 页 【 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