抗高温KCI聚磺钻井液体系在伊朗FX井中的应用.pdf

第 3 4卷 第 l 期 2 0 1 2年 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI L L I NG P R0 DUC T I ON T E CHNOL OG Y Vo 1 ． 3 4 No ．1 J a n ．2 01 2 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 2 0 1 0 0 5 0 0 4 抗高温 KC I 聚磺钻 井液体 系在伊朗F X井中的应用 王权阳 李 尧 中石化 西南石 油局钻 井工程研 究院 ， 四川德 阳6 1 8 0 1 4 引用格式王权阳， 李尧 ． 抗高温 K C I 聚磺钻井液体系在伊朗F X井中的应用 [ J] ． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 1 5 0 5 3 ． 摘要针对伊朗Y A DA区块上部地层极易水化分散、 下部地层压力系统复杂、 井底温度高， 极易发生井壁坍塌、 井漏、 井喷、 卡钻、 下套管困难等深井复杂情况。通过对该地 区复杂地层固井技术难点分析， 借鉴国内KC 1 聚磺钻井液体系应用经验， 室内 研究了适合于该地区钻进的抗高温KC I 聚磺体系， 并对该配方进行性能评价及优化， 通过在 F X井的现场应用， 表明该 KC 1 聚 磺体 系抑制性能好、 封堵性强、 抗高温性能稳定、 润滑性好， 解决了F X井井壁稳定等技术难题， 满足了该井工程地质要求， 实现 了该井预期勘探 开发 目的． 为该地 区勘探开发积 累了经验。 关键词伊朗；钻井液；K C I 聚磺体系；抗高温；防塌 ；抑制性 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识码 A App l i c a t i o n o f t e mpe r a t ur e r e s i s t a nt po l y me r - s u l f o na t e KCI mu d s ys t e m o n W e l l FX i n I r a n W A N GQ u a n y a n g ， L I Y a 0 Dr i l l i n gE n g i n e e r i n gR e s e a r c hI n s t i t u t e ， S o u t h we s t P e t r o l e u mB u r e a u ， S i n o p e c ， De y a n g 6 1 8 0 1 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Be c a u s e o f e a s y h y d r a t e e x p a n s i o n i n t h e u p p e r s t r a t u m o f Y ADA a r e a ， a n d c o mp l e x p r e s s u r e s y s t e m a n d h i g h b o t t o m h o l e t e mp e r a tur e i n t h e l o we r s t r a t u m o f Y ADA a r e a ， t h e d e e p we l l c o mp l e x i t y p r o b l e ms a r e e a s y t o o c c u r , s u c h a s we l l b o r e c o l l a p s e ， c i r c u l a t i o n l o s s ， b l o wo u t ， b i t s t i c k i n g ， a n d t h e d i ffi c u l t y t o r u n c a s i n g ． T h e t e mp e r a t u r e r e s i s t a n t p o l y me r - s u l fon a t e KC1 mu d s y s t e m wa s d e v e l o p e d a n d t h e f o r mu l a wa s e v a 1 u a t e d a n d o p t i mi z e d ． r e f e r r i n g t o t h e d o me s t i c e x p e r i e n c e ． T h e a p p l i c a t i o n o f t h e mu d s y s t e m i n we l l F X s h o we d t h e s y s t e m h a d g o o d i n h i b i t i o n ， h i g h b l o c k i n g c a p a c i t y , g o o d t e mp e r a t u r e r e s i s t a n c e ， a n d g o o d l u b r i c i t y ． I t me t t h e r e q u i r e me n t o f e n g i n e e rin g g e o l o g y a n d a t t a i n e d the p r e d i c t i v e p u r p o s e o f e x p l o r a t o r y d e v e l o p me n t ． I t a c c u mu l a t e d e x p e rie n c e f o r t h e d e v e l o p me n t o f t h e a r e a ． Ke y wo r d s I r a n ； d r i l l i n g f l u i d ； p o l y me r s u l f o n a t e KCI mu d s y s t e m ； t e mp e r a t u r e r e s i s t a n c e ； a n t i c o l l a p s e ； i n h i b i t i o n F X井位于伊朗东南部 K u s h k地区 Y A DA区块 ， 是一口重点开发井， 该井设计井深 4 5 6 7 rn ， 其主要目 的是 开发 L ． F a h l i y a n层位 ， 获取真实详细的地质 录 井 资料 、 分析 Z a g r o s 构造带的含油气情 况。地质预 测该井会钻遇大段泥岩 、 泥质灰岩 ， 又面临高压层及 低压层交替， 钻井液密度窗口窄， 井底温度高， 易造 成井眼失稳， 井漏， 井喷， 卡钻， 下套管遇阻等井下复 杂情况， 给钻井及完井工程带来一系列技术难题。 结 合该地区地质特征， 针对强抑制性抗高温高压钻井 液技术难点， 决定采用 K C 1 聚磺抗高温高压钻井液 体 系进行现场施工 ， 借鉴川西地区 K C 1 聚磺抗高温 高压体系的现场应用经验 ， 经过室 内配方实验研究 确定 出符合该地 区作业的防塌强抑制性 、 抗温能力 强的K C 1 聚磺体系。 现场应用表明， 该体系稳定性好， 完全能够满足 Y A D A区块快速、 安全钻进作业要求。 1 固井施工难点 根据地质预测资料， 针对 F X井自进入 A s ma r i 地层后钻遇大段易坍塌、 水化分散地层等特点， 决定 对该井 自A s ma r i 层位采用抗高温 K C 1 聚磺钻井液 作者简介王权阳， 1 9 8 2 年生。 2 0 0 6 年毕业于石河子大学应用化学专业， 现主要从事钻井液现场应用工作。 电话0 8 3 8 2 6 0 7 0 2 5 。 E - ma i l wa n g q u a n v a n g 1 6 3 ．t o m。 王权 阳等 抗 高温 KC 1 聚磺钻 井液体 系在伊 朗 F X井中的应用 5 1 体系。钻遇该地层的复杂主要表现在以下方面 1 A s m a r i 至 G a d v a n 层位大段泥岩、 泥质灰岩、 石灰石地层极易水化分散会导致井壁失稳， 使井下 变得异常复杂。 2 钻井液密度窗 口窄 ， 地层裂缝性发育 ， 地层易 喷 、 易漏 。 3 进入 F a h l i y a n后 ， 井底温度高达 1 5 0 c C， 对钻 井液抗高温、 高压能力及稳定性有较高要求。 4 F a h l i y a n 层位上部为高压地层， 压力系数为 i ． 6 0 g ／ c m ；下部为低压地层 ， 压力 系数为 1 ． 3 0 ～ 1 ． 4 0 g ／ c m ， 低压层及高压层同时存在于同一裸眼井段 内 ， 而钻井液密度必须 在保证平衡上部地层压力 的 前提下， 确保下部低压地层的安全钻进， 造成钻进时 压差卡钻风险极大。 2 室 内实验 伊朗 Y A D A地区 F X井地质特征， 决定对该井 自 A s m a r i 层位开始至完井采用抗高温强抑制性防塌 K C 1 聚磺体系， 初步确定该 K C 1 聚磺体系配方为 4 ％ 膨 润 土 0 ． 2 ％Na 2 C O3 0 ．2 ％Na O H 0 ． 5 ％F A一 3 6 7 2 ％一 4 ％ S P NH 3 ％～ 5 ％S M P 2 5 8 ％KC1 4 ％FT - 3 4 2 0 ． 3 ％- 0 ． 6 ％G BH 1 ％～ 2 ％R H ． 2 2 0 ，用 4 ． 2 g ／ c m。 重 晶石调整钻井液密度为 1 ． 3 0 ～ 1 ． 7 0 g ／ c m ；可加入 适当X C调整钻井液体系黏度。室内实验对该配方 进行评价并优化 。 2 ． 1 抑制性评价与优化 为考察 K C 1 在该配方 中的的抑制能力并确定 KC 1 的最佳加量， 用粒径 0 ． 9 ～ 2 ． 0n l r n的岩样进行滚动 回收率实验 ， 评 价并对 比清水 、 8 ％K C 1 配方 、 7 ％K C l 配 方 、 6 ％KC l 配方 、 5 ％KC l 配方 的抑 制 性 ， 实 验 老 化条件1 5 0℃， 1 6 h 。结果见表 1 。表中基浆配方 为 4 ％ 膨 润 土 0 ． 2 ％Na z C O 0 ． 2 ％Na O H 0 ． 5 ％F A 一 根据 F X井钻井液性 能设计要求， 在充分借 3 6 7 4 ％s P NH 5 ％s MP ． 2 4 ％F T - 3 4 2 0 ． 6 ％G B H 鉴国内强抑制防塌钻井液体系基础上， 综合分析 2 ％R H ． 2 2 0 重晶石。 表 1 抑制性评价优化结果 由表 1 可知， 随着 K C 1 加量的增大， 岩样 回收 率逐渐增大， 8 ％的 K C 1 回收率达到了9 6 ．4 ％；同时 随着 KC 1 加量的增 大， 常压失水 、 高温高压失水 、 塑 性黏度和动切力都呈显著上涨趋势。由于 8 ％ K c l 加量的A P I 失水、 高温高压失水及塑性黏度均超出 设计规定范围， 而 7 ％ K C 1 加量的回收率也已达到 9 4 ． 6 ％， 已经能够满足现场钻井液抑制性能要求， 所 以现场优选确定该体系 KC 1 加量为 7 ％。 2 ． 2 抗温性评价与优化 为确定该配方在高温条件下的抗温性能及稳定 性能 ， 室 内实验调整配方 中 S MP 一 2、 S P NH加量 ， 确 定最佳加量 见表 2 ， 表 2中基浆 1 配方为 4 ％膨润 土 0 ． 2 ％Na 2 C O 3 0 ． 2 ％Na OH 0 ． 5 ％F A- 3 6 7 7 ％KC 1 4 ％S P NH 4 ％F T ． 3 4 2 0 ． 6 ％GBH 2 ％RH一 2 2 0 重 晶 石；基 浆 2 配 方 为 4 ％膨 润 土 0 ．2 ％ N a ， C O 0 ． 2 ％Na OH 0 ． 5 ％F A． 3 6 7 7 ％KC1 5 ％S MP 一 2 4 ％F T - 3 4 2 0 ． 6 ％GB H 2 ％R H． 2 2 0 重晶石 。同时实验 了高 温保护剂 GB H的加量对体系稳定性的影响 见图 1 o 表 2 抗温性能评价优化表 表 2中随着 S MP 一 2及 S P N H加 量 的增 加 ， A P I 失水及高温高压失水都随之下降， 当S MP ． 2 及S P N H 加量分别为 5 ％及 4 ％时能满足钻井液体系抗温性 能要求。由图 1 可以得出随着老化时间的延长， 不 同G B H加量下的体系高温高压失水量都随之增加， 在超 过 1 0 0 h后呈跳 跃式增 加 ， 而 0 ． 5 ％ 的 G B H加 5 2 石油钻采工艺 2 0 1 2年 1月 第 3 4卷 第 1 期 量 已经能够满足钻井液抗温稳定性要求。图 1中基 浆 配 方 p 1 ． 6 0 g ／ c I n 3 4 0 ／ 0 膨润 土 O ．2 ／ o Na 2 C O 0 ．2 ％Na OH 0 ． 5 ％F A- 3 6 7 7 ％KCl 4 ％S P NH 5 ％S MP 一 2 4 ％F T _ 3 4 2 2 ％R H 一 2 2 0 重晶石。老化条件 1 5 0 o c。 老化时 间／ h 图 1 GB H抗 温稳 定性 曲线 2 ． 3 流变性研究 为保证 钻 井 液 能够 有 效 地 悬 浮重 晶石 及 钻 屑 、 及 时将有 害固相带出地面 ， 防止井下复杂事故 的发生 ， 在体 系流 变性 能不能满足钻进要求 时 ， 室 内实 验加 入适 当 XC调 整 KC I 钻 井 液体 系携 屑 、 悬 浮 能 力 ， 实 验 结 果 见 表 3 ， 表 3中基 浆 配 方 为 4 ％ 膨 润 土 0 ． 2 ％Na ， C O 0 ． 2 ％Na OH 0 ． 5 ％F A 一 3 67 7％ KCl 4％ SPN H5 ％ SM P． 24％ FT． 3 4 2 0 ． 5 ％G B H 2 ％R H． 2 2 0 重 晶 石。 由 表 3可 以得 出 XC的加量对 KC 1 体系的黏度 、 切力及动塑 比有 较大影 响 ， 0 _ 3 ％ 的 XC加 量 已经 能够 满足钻 进要求 。 表3 x c加量对流变性能影响 2 ． 4 润滑性评价 考 虑 到该井 下部 地层 压力 系 统 的复杂性 ， 在 F a h l i y a n地层极易发生压差卡钻 ， 故在 KC 1 钻井液体 系中加入适 当的润滑剂增强体 系的润滑性 ， 提前预 防卡钻事故的发生。表 4为加入 R H2 2 0的润滑性测 试结果。从表 4可以得出 ， 2 ％R H 2 2 0 加量的 K C 1 体 系的摩阻因数为 0 ．0 7 ， 能够满足润滑防卡要求。 表 4 润滑性能评价 注 基浆配方 同表 3 。 通过对该抗高温 K C 1 体系配方的室内评价及 优化实验， 最终确定钻井液体系配方为4 ％膨润 土 0 ． 2 ％Na 2 CO3 0 ． 2 ％Na OH 0 ． 5 ％F A- 3 6 7 7 ％KC1 4 ％ S P NH5 ％S MP 一 2 4 ％F T - 3 4 2 0 ． 5 ％GBH 2 ％RH一 2 2 0 0 ．4 ％XC 重 晶石。 3 现场应用 3 ． 1 体系配制 根据室 内实验配方 ， 对 F X井 自进入 As ma r i 前 转换钻井液体系为 7 ％的 K C 1 体系， 随时监测钻井 液性能并对该配方进行现场调整。现场配制好的钻 井液经 1 5 0 c C， 1 6 h老化后性能见表 5 。 表 5 现场配制 7 ％K C 1 钻井液性能 g ． H K L ／ ， 1 ． 4 2 1 O ． 0 2 ． 8 1 0 ． 6 3 2 1 1 ． 5 2 ／ 6 0 ． 0 7 3 5 7 0 0 3 ． 2 性能维护及处理 1 1 8 0 0 ～ 4 5 8 8 1T I 井段根据钻进进度配制一定 浓度 的 S MP 一 2 、 S P NH碱液维护 ， 随时监测并维持钻 井液中 K 含量， 不定期补充润滑剂及 G B H含量。 2 严密监测钻井液各项性能 ， 同时控制钻井液 密度在使用设计低限范围， 保持近平衡钻进 ， 防止井 下压力失衡造成复杂。 3 适时补充碳酸钙 、 磺化沥青 、 S MP 一 2 ， 改善滤 饼质量 ， 提高体系抗温 、 封堵 、 防塌 、 防漏效果 。 4 充分利用 四级固控设备维持钻井液体 系低 固相含量 ， 清除劣质 固相 ， 确保体系具有 良好的流变 性 ， 可依据井下情况加入流型调节剂 XC， 增强钻井 液的携砂能力 。 5 针对F a h li y a n 地层的高低压层特性， 在进入 F a h l i y a n地 层前 5 0 m加 入 1 ％～ 2 ％碳 酸钙 粗 及 1 ％ ～ 2 ％碳酸钙 细 增强体系封堵能力， 进入该地 层后于钻井液体系中混入 5 ％～ 1 0 ％ 柴油增强体系润 滑性能 ， 严格控制钻井液钻井液润滑性能 ， 并控制钻 进、 起下钻速度， 禁止定点循环， 提前预防由地层原 因引起的压差卡钻。 王权 阳等 抗 高温 KC 1 聚磺钻井液体 系在伊 朗F X井 中的应用 5 3 3 ． 3 应用效果分析 根据 F X井全井完井数据分析 ， KC 1 聚磺体系在 该井的应用情况好 ， 能够满足 Y AD A区块 As ma r i 层 位至下部 F a h l i y a n 地层安全、 快速钻进需求， 具体表 现为如下方面。 1 该井 As ma r i 1 5 8 3 m 至 F a h l i y a n 4 5 8 8 m 层 位采用K C 1 聚磺体系钻进， 钻井液各方面性能良好， 性能稳定。上部井段贯穿 Ag h a j a r i 、 G a c h s a r a n 、 As ma r i 地层 ， 主要为泥岩， 夹杂石膏， 泥岩易水化分散， 使用 抑制性的强 KC 1 体系顺利钻进， 井径规则 ， 井壁稳定 ， 起下钻顺利 ， 钻井液受石膏污染少， 抗钙能力强。下部 井段在 L a f a n 2 7 4 3 3 9 1 m 和 G a d v a n 3 9 5 0 - - 4 0 5 6 m 有大量灰色页岩 ， 硬脆性强 ， 易产生掉块 ， 临井 K K1 ， H OS 一 1 在此井段， 采用欠饱和盐水钻井液进行钻进 ， 均 出现不同程度 的掉块 ， H OS 一 1 井使用欠饱和盐水钻井 液在 4 3 6 0 m发生掉块卡钻 ， 第一次侧钻使用欠饱和 盐水钻井液在 4 2 3 6 m又发生掉块卡钻。而 F X井下 部井段使用K C 1 钻井液体系进行钻进， 成功解决了下 部井段井壁失稳的技术难题 ， 保证 了安全 陕速钻进。 2 钻进至 F a h l i y a n低压层后 ， 提前加入适量微 裂缝封堵剂 ， 增强钻井液体系润滑性能， 同时调整钻 井液密度至设计下限 1 ． 6 8 g ／ c m ， 做好 了该井段的卡 钻预防措施。于此层位作业期间共发生 2 次压差卡 钻 ， 第 1 次压差卡钻发生于钻进至设计井深 4 5 6 7 m F a h l i y a n低压层 测斜时 ， 静止钻具后发生卡钻 ， 卡 钻时钻井液性能见表 6 。第 2次压差卡钻发 生于钻 进至完钻井深 4 5 8 8 m F a h l i y a n 低压层后短起时发 生卡钻 ， 卡钻时钻井液性能见表 7 。2次卡钻均属于 压差卡钻 ， 表 6及表 7的数据表 明该井发生卡钻时 钻井液性能较好 ， 满足设计要求。2次卡钻配制解卡 液均顺利解卡 ， 井下恢复正常 。 表 6 F X井第 1 次压差卡钻时钻井液性能 表 7 F X井第二次压差卡钻时钻井液性能 3 在下部高温地层 ≥ 1 4 0 。 钻进中， 该 KC 1 钻井液体系抗温性能强 、 高温稳定性好 ， 保证 了正常 钻进。 4 该井完 井钻井液性 能见表 8 。该 体系抑制 封堵性强 ， 全井平均井径扩大率 2 ． 9 5 ％， 最大井径扩 大率 3 ． 8 ％， 井径规则， 井眼稳定， 全井无坍塌、 掉块， 避免 了井 眼缩径 、 大肚子等复杂情况 、 全井短程起下 钻 ， 起下钻顺利 。 表 8 完井 KC I 聚合物钻井液性能 5 全井平均钻速 3 ． 4 9 8 m／ h ， KC 1 聚磺体系钻进 井段平均钻速 3 ． 6 5 1 m／ h ， 全井按期正常完钻。 4结论 1 该抗高温 K C I 聚磺体系抑制性强， 在上部井 段有效 防止 了泥岩水 化分散 ， 从而有效地 防止 了地 层 的缩径及垮塌 ， 稳定了钻井液性能 ， 同时在下部井 段， 通过增强该钻井液体系封堵性， 增强了井壁的稳 定性， 减少了井下复杂， 提高了钻井效率。 2 该 抗高 温 K C 1 聚磺体 系能 够满 足伊 朗 Y A DA区块 As ma r i 层位 至 F a h l i y a n层位 的钻进 需 求， 成功实现了预期勘探开发目的， 为该地区油气资 源的进一步开发积累了经验。 3 该抗高温 KC 1 聚磺钻井 液体 系性能较为优 异， 具备较强的封堵能力及润滑能力， 但是于该井 F a h l i y a n地层 的裸眼段仍然发生了压差卡钻 ， 应进一 步探讨解决该地区、 该层位同一裸眼段内高低压同 层地层安全钻进 的办法。 参考文献 [ 1 ] 黄汉仁， 杨坤鹏， 罗平亚 ． 泥浆工艺原理 [ M]． 北京 石 油工 业 出版 社 ， 1 9 81 ． [ 2] 张洁， 孙金声， 杨枝， 等 ． 抗高温无固相钻井液研究[ J ] 石 油钻采工 艺， 2 0 1 1 ， 3 3 4 5 2 5 4 ． 收稿 日期2 0 1 1 ． 1 1 ． 1 1 [ 编辑薛改珍 ]