京11断块水平井钻井液工艺技术.pdf

第 2 5卷 第 5 期 2 0 0 8年 9月 钻 井 液与 完 井 液 DRI LL I NG FLUI D COM P LET1 0N FLU1 D Vo 1 ． 2 5 No ． 5 Se pt ． 2 0 0 8 文 章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 5 0 0 7 7 0 3 京 1 1断块水 平井钻 井液 工艺技术 邱佩瑜 潘翠 萍 张磊 夏健 李涛 戌顺利。 李 宁 1 ． 华北油 田分公 司采 油工艺 研究 院 ， 河北任丘 ； 2 ． 华北油 田分公 司天成公 司， 河北任丘 ； 3 ． 华北油 田分公司第五采油厂 ， 河 北辛 集 ； 4 ． 渤海钻探工程有 限公 司第六钻井工程分公司 ， 河北 深泽 摘要 在京 1 1断块 所钻的 1 3口水平 井是 中石油深度 开发 4个 示范工程 之一 。这 些水平 井二开 井段使用 正 电胶聚磺钻井液， 三开 井段使用 正电胶聚磺钻井液和无 固相有机盐钻 井液 。该套 钻井液技 术满足 了地 层特性 与井 下情况的要求 ， 减少 了复杂情况 与事故， 提高 了钻井速 度 ， 对储层 进行 了较好 的保护 ， 保证 了固 井质量和 井身质 量 均 合 格 。 分 析 了在 密度 调 整 与控 制 、 井 径 扩 大 率 和 井 壁 稳 定 、 托 压 和 储 层 保 护 等 方 面 存 在 的 问题 并 提 出 了进 一 步 完善 的措施， 如建议 引进 多元协同稳定井壁理论、 多级屏 蔽暂堵技 术或理想充填暂堵技术等 。 关键 词 水平井 聚磺钻井液 有机盐钻井液 钻 井液 密度 钻 井液性能 井 眼稳定 防止地层损害 中图分类号 T E 2 5 4 ．3 文献标识码 A 1 地层 和工程简况 2 钻井液工 艺技 术 京 1 1断块位于冀 中坳 陷廊固凹陷河西务构造 带 ， 华 北油 田公 司 2 0 0 7年 在该 区块 相 继钻 1 3口水 平井， 这是中国石油天然气集团公司深度开发 4个 示 范工程 之一 。京 1 1 平 6 井 井身 结构 如表 1 所示 ， 其余 1 2口井类似。 表 1 京 1 1 平 6井井身结构 京 】 1断块地层从上而下依次为平原组 、 明化镇 组 、 沙三下段和沙四上段。平原组的浅灰 黄色黏土 层胶 结疏 松 ， 需 要 预防井 壁垮 塌 ， 要 求钻 井液 具有 一 定 的悬 浮和携 带 能 力 。明 化 镇组 泥岩 易 吸 水 膨胀 、 造浆性强 ， 含砾砂岩泥质胶结 ， 稳定性差， 底部为杂 色砾岩 ， 因此需要控制造浆 、 防漏 、 防斜 。沙河街组 以灰色、 深灰色泥岩与灰色砂岩、 粉砂岩互层为主， 局部夹 火成 岩 。 由于邻 井 注 水 ， 造 成 该 区 块 地层 孔 隙压力 高 ， 在钻井 过 程 中易 发 生 溢 流 、 水 侵 、 井 壁垮 塌 、 井 漏 、 卡钻 等 复杂情 况 。 2 ． 1 一 开 一 开 井 眼大 ， 使 用 膨 润 土 钻 井液 。该 钻 井 液 密 度为 1 ． 0 6 ～1 ． 0 8 g ／ c m。 、 黏度为 3 0 ～4 0 S ， 满足 了 钻 井要 求 。钻完 进 尺 后 充 分洗 井 ， 以保 证 表 层 套 管 顺 利 下到设 计位 置 。其 配方 为 4 ～6 oA 膨润土 十 0 ． 2 ～0 ． 3 oA Na 2 C O。 0 ． 1 ～ 0 ． 2 Na OH 2 ． 2二 开 2 ． 2 ． 1 钻 井液 基本 配方 二开使用正电胶聚磺钻井液， 其基本配方如下。 基 浆 0 ． 3 ～ 0 ． 6％ 黑 色 正 胶 T B R S 0 ． 3 ～ 0 ． 5 KP AM 0 ． 5 ～ 1 ． 0 NP AN4 - 1 ～2 S MP - 1 5 ～8 原油 3 ～5 多 种防塌剂 1 ． 5 ～2 润 滑 剂 0 ． 3 ～O ． 5 ％ 乳化剂 O ． 5 ～ 1 ． 0 石 墨 O ． 5 ～1 ． 0 ％ 塑 料小球 1 ． O ～1 ． 5 ％ 超低渗封堵剂 C D F - 1 2 ． 2 ． 2 钻 井液 维 护处理 措 施 ① 用 S MP 一 1 、 无荧 光 防塌 剂 Z F J 一 2 、 阳离 子乳 化 沥 青 HY - 2 1 6 、 乳 化 石蜡 B R L 一 1防塌 ， 并 改善 泥饼 质 量 ， 降 低滤失 量 ， 增强 泥饼 的造 壁性 和 润滑性 。②定 向前加人原油、 乳化剂和润滑剂并适时补充， 保持原 油含 量 为 5 ～8 ， 液 体极压 润 滑剂含 量 大于 2 ， 固体润滑剂含量大于1 ， 以保证泥饼摩 阻系数小 第一作者简介 邱佩瑜 ， 高 级工程师， 1 9 6 5年毕 业于 西南石油大学油气井_T - 程专业 ， 一直从 事钻井液技 术工作。地址 河 北省任丘市采油_T - 艺研 究院； 邮政编码 0 6 2 5 5 2 ； 电话 0 3 1 7 2 7 2 2 9 2 1 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8牟 9月 于 0 ． 1 0 。③进入 造斜段 后继 续加 入 各 种润 滑 剂 ， 防 止发生 托压 问题 ， 增加 钻 井 液 润滑 性 。④ 控 制 钻井 液 的塑性黏 度为 6 ～2 3 mP a s ， 动切力 为 3 ． O ～ 1 0 ． 5 P a 。⑤配备 四级 固控设备 ， 振动筛 孔径为 0 ． 1 2 5 mm的 筛 布 和 除砂 器 的使 用 率 几 乎 都 达 到 了 1 0 0 ， 控制 含砂量 为 0 ． 3 t0 ． 1 。 2 ． 3三开 京 1 1 断 块三开 钻井液 有 2种体 系 正 电胶 聚合 物磺化 钻井完 井液 和无 固相有机 盐钻井 完井液 。 2 ． 3 ． 1 正 电胶聚磺 钻 井完井 液 在三 开前 按 配 方 重新 配制 密 度 为 1 ． 1 5 g ／ c m。 的正电胶聚磺钻井完井液， 将加重材料由重晶石改 为石灰 石粉 。该钻井 液 的密 度 为 1 ． 1 5 g ／ c m。 ， 黏度 为 4 0 S ， 动 切 力 为 5 ～ 1 8 P a ， 塑 性 黏 度 为 l 1 ～ 2 0 mP a S ， AP I 滤失量小于 4 mL， 高温高压滤失量小 于 1 0 mI ， 摩阻 系数为 0 ． 0 3 ～0 ． 0 9 。① 在该 井 段 主 要用 S MP 一 1 、 KP AM 和 N P AN维 护处 理钻 井 液 ， 保 持钻 井液黏 度在 4 0 s 左 右 ， 维持低 的 A P I 滤失 量 和 高温 高压滤 失量 。② 该井段 用原 油 、 液 体润滑 剂 、 固 体润 滑剂 和乳化石 蜡 等 增强 钻 井 液 的润 滑性 ， 控制 泥饼 摩阻 系数 在 0 ． 1 0以 下 ， 以 防钻 进 时 有 托 压 现 象。③加强固控设备特别是离心机的使用， 及时清 除钻 井液 中的有害 固相 。 2 ． 3 ． 2无 固相有机 盐钻 井完 井液 为 了进 一步保 护油气 层 ， 京 1 1 断 块有 7口井使 用 了无 固相 有机盐 钻井 完井液 ， 其配方 如下 。 4 5 甲酸钠 1 ． 6 oA 聚胺抑 制 剂 1 ． 2 5 增 黏 剂 4 降 滤失剂 4 有 机 盐 降 滤失 剂 0 ． 5 防 腐杀 菌剂 0 ． 5 专用 消泡剂 1 ． 5 O专用极 压润 滑 剂 1 ． 5 抑制剂 随着 井 深 的增 加 ， 日常 钻井 液 性能 维 护 以补 充 新浆为主， 并根据井下情况和钻井液性能的变化 ， 适 时加入润滑剂、 消泡剂和降滤失剂。在三开钻进中， 无 固相有 机盐钻井 液性 能变 化不 大 ， 密度 为 1 ． 1 4 ～ 1 ． 1 5 g ／ c m ， 黏 度 为 4 O ～ 4 6 S ， 塑 性 黏度 为 6 ～ 1 8 mP a S ， 动 切 力 为 3 ． 5 ～ 1 5 ． 0 P a ， 初 切 为 2 ． 0 ～3 ． 5 P a ， 终 切为 5 P a ， 滤失量 为 1 ． 6 ～5 ． 8 mL， 高温 高 压 滤失 量为 6 ． 8 ～1 1 ． 7 mL ， 泥饼 摩 阻系数 为 0 ． 0 5 ， 含 砂量为 0 ． 1 ～O ． 3 ， p H值为 8 。 2 ． 4 油气层保护 ①缩 短油层 浸泡 时间 。绝 大部 分的井 油层 浸泡 时 间未超 过 2 4 0 h ， 京 1 1平 7井 的油 层 浸泡 时 间最 短 ， 仅 为 1 4 4 h ， 京 1 1平 1 0井 最 长 ， 为 5 7 6 h 。② 钻 井液 密度较 低 ， 一 般 为 1 ． 1 4 ～ 1 ． 1 5 g ／ c m。 ； 滤 失 量 1 ． 6 ～5 ． 8 mL 和高温高压滤失量 6 ． 8 ～1 1 ． 7 mL 较低 ； 含砂量很低 ， 一般为 0 ． 1 ～O ． 2 ， 京 1 1 平 2 井的含砂量最高 ， 为 0 ． 3 。③使用好 四级 固控设 备特别是离心机的使用 ， 尽最大限度地清除有害固 相。④采用屏蔽暂堵技术， 各井在油层井段均加入 了超细碳酸钙和单 向压力封 闭剂 ， 有的井还加入了 超低渗 透剂 。⑤ 采用石灰 石粉 加重 。⑥采 用无 固相 甲酸盐 钻井 完井 液 。 3 应 用 效 果 1 最大 井 斜 大 。各 井 最 大 井 斜 从 8 0 ． 7 7 。 变化 到 9 6 ． 6 2 。 ， 其中京 1 1平 6井最大井斜为 9 6 ． 6 2 。 。 2 最大水 平位 移较 大 。4口井 最大 水 平位 移超 过 7 0 0 1 T I ， 京 1 1平 1井最 大水平 位移 达 7 9 1 ． 0 7 m。 3 机械钻 速 快 。各 井 平 均 机 械 钻 速 为 7 ． 1 8 ～ 1 8 ． 0 2 m／ h ， 其 中京 1 1 平 8井 的钻速 最快 。 4 钻井 周期 短 。井深 为 2 0 0 0多 m 的 水平 井 ， 由于复 杂情况 少 ， 基 本无 事 故 ， 钻 井 速度 较 快 ， 各井 钻井周期从 1 9至 4 8 d不等 。1 3口水平井平均机械 钻速较 2 0 0 6年提 高了 2 6 ． 4 ， 平均钻机月速度提 高 1 6 ． 4 9 ／ 6 ， 平均钻井周期减少了 1 6 ． 5 d 。 5 固井 质量 和井身 质量均 合格 。各井 固井质量 均为 1 0 0 ， 均按 设计 方位定 向 ， 井 眼轨 迹 控制 符合 设 计剖 面 ， 井 眼 曲率 圆滑 ， 确保 准确 到达预 定靶点 。 6 钻井 完井 液技 术 适应 了地 层 特性 ， 减少 了复 杂与事故 ， 提高了钻井速度 ， 较好地保护了储层。 4 存 在 问题 与 建议 4 ． 1 有的井发生 了井涌和井漏 京 1 1 断块开发多年 ， 正钻井周围采油井、 注水井 较多。由于采油和注水 的影响， 地层压力系统不一 致， 形成多套压力系统。如京 1 1 平 1 井， 在钻进过程 中因邻井注水 的影响 ， 钻井液循环 当量密度不 足 以平 衡地层压力 ， 不得不提 高钻井液 密度 。但 因钻 井液密 度过高 1 ． 6 3 g ／ c m 。 ， 钻至井 深 1 7 1 0 m后 起 钻换钻 头 ， 下钻 至井深 6 2 9 ． 5 7 m 明化 镇组 地 层 时发 生井 漏 ， 总漏失 量为 1 5 8 ． 5 m3 ， 2次堵 漏共 注入 5 0 堵 漏剂。将钻井液的密度降为 1 ． 4 8 41 ． 5 1 g ／ c ma ， 钻至 井深 1 8 9 0 F I 1 ， 中途 完钻 。 预防井涌和井漏的措施包括 ①施工队伍要搞清 楚井场附近周边采油井、 注水井的工作状况， 在邻井 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 5期 邱佩 瑜 等 京 1 1断块 水平 井钻 井液 工 艺技 术 7 9 钻井 经验 的基础 上 ， 制定严格 而细致 的 防喷 、 防漏 、 防 卡、 防塌等措施， 并在实施过程中不断补充完善； ②根 据实钻情况， 如邻井注水压力、 当前压力 、 该井随钻压 力监测数据、 钻井液密度及井下情况等 ， 确定合适的 钻井液密 度 ； ③建 议使 用 超低 渗 透处 理 剂等 成 膜 剂 ， 以提 高地层 的承压 能力 ， 扩大安 全密度窗 13 _ 1 j 。 4 ． 2 有 的井 托压现 象较 为严 重 ①京 1 1 平 1 井在井深 1 7 1 0 m 井斜为 5 9 ． 8 1 。 处托压严 重 ， 滑动钻进 中有黏附现象 ， 最 大拉力 为 1 5 0 k N； 钻至井深 2 1 8 0 m时 ， 因托压无法进行 滑动钻进 ， 调整轨 迹 ， 测 斜 时 钻 具 静 止 1 mi n ， 上 提 钻 具 有 1 0 0 k N 的拉 力 。②京 l l 平 6井 在井 深 1 7 6 0 m 井 斜 为 7 O ． 2 7 。 处托压严重 ， 滑动 钻进 中有 黏 附现象 ， 最 大拉 力为 1 5 0 k N。发 生 托压 原 因是 多方 面 的， 其一 是 钻 井液润滑性 和泥饼摩擦 系数 不能满足钻 井工程需 要 。 建 议 从 以下 方 面进 行 改 善 ① 采取 4个 相 结 合 的综合措施 液体润滑剂和固体润滑剂相结合 ； 液体 极压 润滑 剂和 固体极 压润 滑剂 相结合 ； 原 油 、 乳 化 剂 与上述润滑剂相结合 ； 上述润滑剂与磺化沥青 、 乳化 沥青、 乳化石蜡等润滑 防塌剂相结合 。②加入足量 原 油和各 种 润滑 防塌 剂 ， 可增 加 钻 井 液 润 滑性 和 降 低 泥饼摩 阻 系数 ， 又可 减轻 或清 除托压 现象 。 4 ． 3 有的井井径扩大率较大 ， 属于次严重垮塌 将井 径扩 大率 的 大小 分 为 5级 最 轻 微 垮 塌 0 ～ 5 、 轻 微 垮 塌 5 ． 0 1 ～ 9 ． 9 9 、 次 严 重 垮 塌 1 0 ～ 1 4 ． 9 9 、 严 重 垮 塌 1 5 ～ 2 0 、 最 严 重 垮塌 大 于 2 O ％ 。 京 1 1 断 块 2 4 1 mm 井 眼有 2口井 属于 最轻 微 垮塌 ； 有 6口井 属于轻 微垮 塌 ； 有 5口井 属于 次严 重 垮塌 。这 5口井 垮 塌较 严 重 的主 要 原 因 为 ① 沙 三 下段、 沙四段上部地层的灰色泥岩 、 深灰色泥岩有 2 重 性 一 是水 敏性 强 ， 易水 化膨胀 分散 ， 造 成垮 塌 ； 二 是因其层面有微裂缝 ， 钻井液滤液沿层理微裂缝进 入地 层 ， 引起水 化 、 剥落 、 掉块 所至 ； ② 钻井 液 中的抑 制剂 和封 堵剂加 量不 足 。 建议在钻井液防塌技术 中引人“ 多元 协同稳定 井壁新 理 论” 2 ] ， 防塌 钻井 液应 具有 以下 4个 要素 。 1 物化封固井壁阻缓压力传递 。①采用封堵性 较好 的 F T 一 1 0 3 、 乳化 沥青 、 乳 化石 蜡 ， 其 软 化点 要 与 井 下温 度相适 应 。② 采用 封堵 和抑 制效果 俱 佳 的聚 合 醇 ， 其 浊点 要 与井下 温度 相适应 。 2 加强 抑制 水化 。① 建议采 用 钾离 子类 页岩 抑 制剂 钾盐 、 KP AM、 有 机硅腐植 酸钾 、 甲酸钾 。② 采用聚合醇的抑制性防塌 。③采用有机硅腐植酸钾 和有机硅稳定剂 ， 因为它们有 良好 的抑制性和化学 防塌能力 ， 能够防止泥页岩的水化膨胀和坍塌 3 利用化学位活度平衡原理 ， 建议采用甲酸钾 ， 因 为其饱 和溶 液 的活 度低 ， 仅 为 0 ． 2 5 。 4 使 用合 理 密 度 ， 以满 足 有 效 应 力 支撑 。确定 合适 的钻 井液 密度 ， 使 其 产生 的静 液 柱 压 力 和 环空 循环阻力之和能平衡地层 内应力和地层孔 隙压力 ， 就显得 特 别重 要 。 4 ． 4 油层保护问题 屏蔽暂堵储层保护技术 所采用的架桥粒子粒 径 比较 单 一 。欲更 好 地 保 护 储层 ， 则 应 根据 储 层 的 各 种孔 喉 尺寸 加入 具有 连续 粒径 序列 分布 的暂堵 剂 颗粒 以有效地封堵储层大、 中、 小不等的各种尺寸 的孔喉 以及 暂堵 剂 颗 粒 之 间形 成 的孔 隙 ， 这 样 对 保 护储 层 更有 利 。因此 ， 建议 引 进并 逐步 推广使 用 “ 多 级屏蔽暂堵技术” l 5 或“ 理想充填暂堵技术” [ 6 ] 。 5 结论 1 ．正电胶 聚磺 和无 固相 甲酸盐 钻井 液适 应 了京 1 1 断块的地层特性 与水平井的要求 ， 减少了复杂与 事故， 提高了钻井速度 ， 对储层进行了较好的保护。 2 ．欲进 一 步完 善现 用水 平 井 钻井 液 性 能 ， 需在 井壁 稳定 、 托 压及 储 层 保 护 等方 面 引进 国 内外 先进 技术 ， 如多元协 同稳定井壁 理论、 多级屏 蔽暂堵技 术 、 理想充填暂堵技术等， 并采取综合技术措施避免 或消除托压现象 。 参 考 文 献 [ 1 ] 黄达全 ， 田增艳 ， 熊腊 生 ， 等．成 膜封堵 保护油 气层技 术在大港油 田的研究与应用 ． 钻井承包商协会论文 [ 2 ] 邱正松 ， 徐 加放 ， 吕开 河 ， 等． 多元 协 同稳 定 井壁新 理 论 ． 石油学报 ， 2 0 0 7 ， 2 8 2 1 1 7 1 1 9 [ 3 ] 罗向东 ， 罗平 亚．屏蔽 式暂 堵技 术在储 层保 护 中的应 用研究 ．钻井液 与完井液 ， 1 9 9 2 ， 9 2 1 9 2 7 [ 4 ] 王利 国， 鄢捷年 ， 冯文强．理 想充填暂堵 型钻井 完井 液 的设计 及室内评价． 中国石 油大学学报 自然科 学版 ， 20 07， 31 3 7 2 7 6 [ 5 ] 杨建 ， 康 毅力 ， 兰林 ， 等． 川 中地区保护裂缝性致 密砂 岩 储层屏蔽暂堵技 术 室 内研 究． 钻井 液与 完井液 ， 2 0 0 6 ， 2 3 4 2 5 - 2 7 E 6 ] 张金波 ， 鄢捷 年． 优选钻井液 中暂堵 剂颗粒尺寸分布 的 新理论和新方法． 石油学报 ， 2 0 0 4 ， 2 5 6 8 8 9 4 收稿 日期 2 0 0 8 0 5 2 0， HGF 0 8 0 5 W 5； 编 辑 汪桂 娟 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m