克深4井浅层超高密度钻井液技术.pdf

第 2 9卷 第 3期 2 0 1 2年5月 钻井液与完并液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D V_o 1 ． 2 9 NO ． 3 M a v 201 2 【 理论研究与应用技术 】 克深 4井浅层超高密度钻井液技术 尹达 一， 卢虎 ， 王平全 ， 张震 ， 刘潇 ， 李磊 1 ． 西南石油大学石油工程学院，成都 ； 2 ． 塔里木油田分公司库车勘探开发项目经理部，新疆库尔勒 尹达等 ． 克深 4井浅层超高密度钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 3j 2 5 2 8 ． 摘要 克深4井由于逆断层的存在，钻进 中在井深 5 6 0 m左右出现盐、膏、软泥岩互层，为平衡盐层及软泥 岩蠕变，从井深 5 6 0 m逐渐提高钻井液密度至2 ． 4 5 g ／ c m ，以延缓井眼缩径，减轻井下阻卡现象。在降低工程复 杂的同时，却由于盐溶形成的 “ 大肚子”井眼、成岩性差的泥岩强分散作用等使高密度钻井液维护处理极其困难， 也增加了井漏、卡钻的风险。在室内研究与评价DD M 钻井液和 U DM一 1 钻井液体系的基础上，通过增强钻井液的 抑制能力，提高体系劣质固相容量限，调节钻井液的流变性，保障封堵防塌能力，实现了该井安全顺利钻进，也 为浅层盐、膏、软泥岩地层高密度钻井液技术的应用积累了宝贵经验。 关键词 超高密度钻井液 ； 饱和盐水钻井液 ； 强分散 ；膏盐岩 ； 软泥岩 ； 克深 4井 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 2 0 3 0 0 2 5 0 4 克深 4井是塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带 的一 口预探井 ，该井的岩性组合复杂 ，盐层厚度巨 大 ，埋藏较深 ，由于盐上浅层地震资料 品质较差 ， 构造模型存在多解性 ，钻遇 的地层序列和断点位置 以及深度与实 际存在较大 的误差。克深 4井完钻井 深为 6 7 2 0 m，表层套管下深为 2 9 6 ． 1 5 m，二开钻 至井深 3 5 0 0 m 中途完钻 ，设计预测在井深 2 2 0 0 m 进入库姆格列木群膏盐层段 ，实钻在井深 5 6 0 m提 前进人膏盐岩层段 ， 地层岩性为盐 、 膏、 软泥岩互层 ， 其 中纯盐层及膏盐层 1 O段 ，累计厚度为 3 2 5 m，其 余则为软泥岩段，累计厚度为 1 8 7 8 ． 8 5 m。为应对 盐层 的缩径及软泥岩 的塑性流动 ，从井深 5 6 0 m逐 步提高钻井液密度 至 2 ． 4 5 g ／ c m ，即便如此 ，在钻 井过程中仍需要反复划 眼，多次提拉才能缓解地层 缩径。钻井液密度提高增加了井漏 、卡钻风险。经 钻井地质工程综合研究后 ，暂定在井深 2 5 0 0 m二 开中途完钻 。通井正常后注入防卡浆 ，电测 3次均 一 次 到底 ，中途没有再次通井。经进一步的测井解 释 ，预计在井深 2 7 8 0 m将钻遇低压砂岩地层 ，于 是在井深 2 5 0 0 m实施下套管 、 固井作业 ， 施工顺利 ， 圆满完成二开钻井任务。 1 钻井液技术难点分析 克深 4井二开 由于存在膏、盐 、泥互层 ，钻井 液设计密度在 1 ．3 5 ～2 ．2 0 g ／ c m 之间，在浅层使用 密度跨度如此大的钻井液 ，喷、漏 、卡的风险同时 存在，给钻井工程及钻井液工作带来极大风险。 1 由于逆 断层 的存在 ，深部 的膏盐岩可能会 随着 断层向上流动 ，所 以上盘泥岩段之下可能会钻 遇膏盐岩 。为防止钻进时发生缩径、卡钻 ，必须在 浅层盐膏层段使用高密度钻井液。 2从邻井 目前钻探情况来看 ，该 区浅层油气 显示活跃，所以克深 4 井盐上不排除存在浅层气的 可能 ，工程风险较大。 3 由于浅层 泥岩成岩性差 、分散性强 ，高密 度钻井液固相含量高、自由水少 ，加之浅层泥岩成 岩性差 、分散性强 ，导致该井超高密度钻井液的流 变性极难维护。 超高密度钻井液的流变性极难维护。 4 钻井过程中为保持井眼畅通 ， 需要反复划眼， 石膏 、软泥岩更易分散到钻井液之中，影响钻井液 性能调节。 5由于盐溶而形成 “ 大肚子”井眼 ，部分膏 、 第一作者简介 尹达，高级工程师，1 9 7 3年生，一直从事现场钻完井液技术管理和研究工作。地址 新疆库尔勒塔里 木油田分公司库车勘探开发项 目经理部 ； 邮政编码 8 4 1 0 0 0；电话 0 9 9 6 2 1 7 1 4 6 6 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 钻 井液与 完 井 液 2 0 1 2年 5月 泥岩易垮塌掉块 ， 点，也是难点。 因而井壁稳定是钻井液工作的重 较见表 1 。 2 钻井液应对预案 塔 里木 油 田钻 井 液 的使 用 经验 表 明，虽 然 D D M体系所用的处理剂价格相对便宜，但其劣质 固相容量 限低 ，使用过程 中流变性难调整 ，因此结 合克深 4井地层特征 ， 制定了 2套钻井液应对预案 先期试 验应用 DD M 钻井液 ，一旦 D DM 钻井液流 变性的调节不能满足上部强分散地层的要求 ，就改 用抗污染能力更强的 UD M． 1 钻井液 [ 1 - 7 1 。 方案 1 D DM 抗盐抗温钻井液的配方如下 。 2 ％膨润 土 0 ． 1 ％Na ， CO 1 ． 0 ％Na OH 6 ． 0 ％ S M P 一 3 3 ． 0 ％ S P NH3 ％PS C l I 2 ． 0 ％EF D一 2 2 ． 0 ％ PRH一 1 2 2 ． 0 ％Na CI 7 ． 0 ％KC1 一 般采用铁矿粉与重 晶石粉按 1 1 或 2 1 的 比例加重至所需密度 。同时根据现场钻井过程 中不 同井段要求 ，采用不 同的降滤失剂或沥青 以满足流 变性及防塌性能要求 。 方案 2 UD M． 1 抗复合盐污染高密度钻井液 的 配方如下。 1 0 0 mL 4 ％膨润土浆 2 0 0 mLUD M． XS J 碱液 1 ． 5 ％UDM DJ W 8 ％抗高温抗盐降滤失剂 UD M． J L S 3 ％K OH 7 ％润滑封堵剂 UD M F D J 3 ％U DM R HJ 0 _ 3 ％S P 一 8 0 0 ． 4 ％Ca O 6 ％KC1 2 4 ％Na Cl 该钻井液用高密度重 晶石粉加重至所需密度。 UD M XS J 碱液按总浓度为 1 0 ％或 2 0 ％ 配制 ，其中 UD M XS J K OH 3 1 m ／ m 。 该钻井 液 的主要处 理剂为抗高 温抗 盐降滤失 剂 UD M J L S 、流型调节剂 U DM XS J 、润滑封堵剂 UD M． F D J 。该体系利用大 阳离子 吸附基与 黏土间 的静电吸附 ，形成跨粒桥接和整体包被 ，同时用小 阳离子和无机离子 、C a 通过压缩黏土颗粒 双 电层 、强化黏土的层 间连接 、减缓黏土渗透水化 等方式 ，来抑制井壁泥岩的水化膨胀和钻井液 中土 相、钻屑的进一步分散造浆，从而提高体系的劣质 固相容量限。体系中的润滑封堵剂能在近井壁形成 严实的 “ 屏蔽带” 即内泥饼 ，结合抗复合盐降滤 失剂的使用，能使体系整体具有较强抗温抗盐、抑 制防塌能力。 U D M一 1 体系与 D D M体系抗复合污染能力的比 表 1 U DM一 1 体系与 D DM体系抗复合污染能力的比较 注 测定温度为 4 5℃ ； 泥饼厚度为 0 ． 5 mi l l 。 从表 1 可 以看 出，即使岩 屑 加量 在 1 0 ％ 时 ， 密度高达 2 ． 4 9 g ／ c m 的 U DM一 1 体系切力仍然较低 ， 显然 比 DD M 的抗岩屑污染能力强 ，能满足井下安 全钻井 的需要。根据现场 需要 ，在密度超 过 2 ． 3 0 g ／ c m 或性能难以满足井下需要时 ，应及时转换为 U DM． 1 体系。 3 现场钻井液技术 克深 4井二开钻进过程 中， 根据井下阻卡情况 ， 每钻进 1 根单根后，反复划眼至通畅，控制总钻进 时间为 2 0 ～3 0 h后 ，短程起 下钻一次。钻井 液工 作主要分为 2 个 阶段按不 同的方案进行维护处理。 3 ． 1 D DM钻井液的应用 密度小于2 ． 1 5 g ／ e ra 克深 4井在井深 5 6 0 m进入膏盐层后 ，钻井液 由聚合物体系转为 D DM 体系，密度逐渐提高至 1 ． 8 g ／ c m ，钻进至井深 1 5 0 2 m后起钻挂卡严重 ，逐步 提高钻井液密度至 2 ． 1 5 g ／ c m 。钻至井深 1 7 4 1 ． 6 m， 在 起 钻过 程 中同样 挂 卡严 重 ，特别 是 起 至 井 深 1 6 6 3 m倒划眼时憋顶驱 ，憋泵 ，出 口堵 ，上提下 放活动 4 0 ～2 2 0 t 原悬重 9 7 t ，起至井深 1 6 0 0 1T I 循环期间 ，间断有大泥块返 出，而在井深 1 6 0 0 1 T I 以上则井眼挂卡吨位明显减小 ，说 明下部地层软泥 岩缩径严重 ，当前的钻井液密度不能平衡其 缩径 ， 需要进一步提高钻井液密度。该阶段钻井液维护处 理措施如下 。 1 由于长 时间采用 同一种胶液会造成钻井液 流变性难 以及时得到有效改善 ，需通过用不同的处 理剂胶液配方调整 ，得出用 以下 2组胶液配方有较 好 的效果 水 1 ％Na OH 5 ％S P NC 5 ％S MP 一 3； 水 1 ％Na OH5 ％ S PNC5 ％ PS C一 2。 2为加强井浆 的抑制作用 ，在保证 KC 1 含量 为 8 ％～ 1 0 ％ 的基础上 ，引进强效抑制 剂 YS M． 2 ， 其加量在 O ． 0 5 ％～0 ． 1 ％左右 ， 能降低岩屑分散作用。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 9 卷 第3 期 尹达等克深4 井浅层超高密度钻井液技术 2 7 3根据地层温度选用不 同软化点的乳状液沥 青 ，并将加量控制在 0 ． 5 ％～1 ． 0 ％ 范围内，补充适 量 的乳化剂 ，使沥青类材料均匀分散于井浆中 ，增 强井壁稳定性 。 4为降低摩擦 阻力 、防止钻头泥包 ，间断 向 井浆里补充油基润滑剂及快钻剂 ，维持钻井液油含 量 在 3 ％ 以上 。 5 必须使用好振动筛和除砂 、 除泥器 ，振动筛 筛布孔径为 0 ． 1 0 0 ～0 ． 1 2 5 m m， 间断使用离心机清 除钻井液劣质 固相 ， 离心机每天使用时间不少于4 h 。 6 在每次起下钻作业 中，清掏循环槽 ，放三 角罐沉砂 ，清除成块的泥岩。 表 2 不同井深 处钻 井液 的眭能 3 ． 2 U D M一 1 钻井液的应用 密度为2 ．3 ～2 ．4 5 g ／ c m。 为平衡 地层蠕变 ，再次提高钻井液密度至 2 ． 3 g ／ c m ，钻至井深 1 8 5 8 m，在起钻过程中挂卡严重 ， 在 1 8 2 0 1 6 3 0 1T I 井段 需倒划 眼才 能起 出，起钻 至井深 1 6 0 0 m循环期间间断有大泥块返 出，于是 将钻井 液密度 由 2 - 3 提 至 2 ． 3 8 g ／ c m。 ，钻 进至井深 2 2 2 4 1T I ，在钻进及循环期间出口大泥块减少 ，防溢 管及 出口被堵现象几乎没有 ，但是在起钻过程中挂 卡依然严重。为保证井下安全 ，起下钻顺利 ，将钻 井液密度由2 ．3 8 提至2 ．4 5 g ／ c m ，使用密度为 2 ．4 5 g ／ c m 的钻井液顺利钻至井深 2 5 0 0 m，二开中途完 钻 ，在起钻过程中挂卡吨位减小 ，一般在 1 0 ～2 0 t ， 不用倒划眼就能起出 ，电测 3次均一次到底 ，根据 测井解释结果 ，没有 出现严重的缩径现象 。 1 转换前先使用离心机清除井浆 中的劣质 固 相 ， 然后补充 5 ％ 的胶液量 ， 胶液以 UD M． XS J 为主 ， 浓度保持在 2 0 ％， 主要是降低钻井液的黏度和切力， 为提高钻井液的密度做好准备，然后以高密度重晶 石粉提高钻井液密度至 2 ． 4 5 g ／ c m 。 2 为保 障井下安全、 节约钻 时， 钻进时在地面 配制密度与井浆相等但黏度和切力低 的钻井液 ，终 切保持 为 6 ～8 P a ，在短程起下钻时替人井 内，再 将替出的钻井液在地面进行降低黏度、 切力的处理。 3 根据钻 井进度适 量调整胶液 配方及加 量 ， 在钻进期 间每天坚持做室 内小 型实验确 定胶液配 方。 该井高密度段使用的胶液配方如下， 性能见表3 。 1 水 5 ％K 0H l 5 ％UDM XS J 5 ％U DM J L S 2 0 ％ KCl 0 ． 1 ％1 2 2 Si O3 2 水1 ％KOH 2 ％UDM． XS J 4 ％S MP 一 2 2 ％ PSC一 2 0_ 3 ％ K2 Si O3 l 5 ％ KC1 3 水 3 ％KO H 6 ％UDM XS J 3 ％UDM J L S 3 ％ SM P一 3 0． 3 ％ K2 S I O 表 3 井浆中加入 5 ％不同配方胶液后的性能 4 其余的处理方案和措施与常用的高密度钻 井液维护处理措施一致 。 5由于实钻过程 中软泥岩较多分散于钻井液 中，钻进过程 中终切偏高 ，但能满足井下安全钻进 的需要 ，该井段井浆的性能见表 4 。 表 4 高密度井段钻 井液性能 4 应 用结论 与探 讨 1 ． 浅层盐、膏、泥岩互层使用 2 ．4 5 g ／ c m 的高 密度钻井液在塔里木油田尚属首次 ，其成功应用为 类似地层的钻进积累了宝贵的经验。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 5月 2 ． 针对强分散软泥岩地层 ，保证钻井液强抑制 性的同时 ，必须使用劣质 固相容量限高的钻井液体 系。由于软泥岩分散到钻井液后出现不可预料 的后 果， 在钻井过程中每次处理前都必须做好小型实验， 优选配方 ，按最优实验配方进行钻井液维护处理 。 3 ． 使用好 四级 固控设备是关键 ，所用振动筛筛 布孔径为 0 ． 1 0 0 ～0 ． 1 2 5 m m，除砂器使用率为 5 0 ％， 除泥器使用率为 9 0 ％，间断使用离心机， 使用率在 1 5 ％ 以上 ，保证尽可能多的劣质 固相被及时清除。 4 ． 工程上根据地层的缩径周期 ，加强短程起下 钻 ，保证井眼通畅。 5 ． 克深 4井 由于预案到位 ，钻井液的选择和转 换及时得当， 保障了强分散软泥岩地层的顺利钻进。 但 由于地层变化大 ，地层软泥岩的厚度及钻井液密 度远超预案范围，从钻进结果来看 ，针对强分散地 层 ，使用油基钻井液或在温度较低时使用钙处理的 粗分散体系 ， 或许能更有效解决钻井液强分散问题。 上接第2 4 页 3 现 场应 用 GY - 1 在克拉玛依油 田九 区 D9 5 5 1 7 7 定 向井中 进行了现场试验。该井完钻井深为 7 0 6 ． 0 3 m，垂深 为 6 7 6 ．8 9 m。钻探目的是开发克拉玛依油田九区石 炭系油藏。该井要钻遇大段水敏性极强的泥岩 ，造 成钻屑黏糊振动筛 、钻井液黏度上升 、钻头容易泥 包等问题。该井在二开井段进行 了试 验，GY - 1 加 量为 3 ％～5 ％，加入后增强 了钻井液 的抑制性 ，振 动筛返出钻屑形状保持完好 、棱角分 明。钻井液黏 度保持在 4 2 ～5 8 s ，动塑 比高 ，携岩效果极好 ，保 障了D 9 5 5 1 7 7 定向井的安全高效钻井。该区块同期 共钻同类井 6口，试验井平均机械钻速和该 区块同 类井相比提高了 1 0 ％ 以上。 4 结论 1 ． 高效抑制剂 GY - 1 对钻井液性能影响小 ，在 用其处理钻井液时， 无需加入其他处理剂复配处理。 2 ． GY - 1 能显著增强钻井液 的抑制性 ，提高泥 页岩的滚动回收率 、钻井液的黏度和切力 ，有利于 保持井眼清洁，减少井下复杂情况。克拉玛依油田 九区块 同期共钻 同类井 6口，试验井平均机械钻速 和该区块同类井相比提高了 1 0 ％ 以上。 参 考 文 献 [ 1 ] 左凤江 ． 盐膏层有机盐钻井液技术研究与应用 [ J ] ． 钻井 液与完井液 ，2 0 0 4 ，2 1 5 8 - 1 3 ． [ 2 】 周川，周亮 ，李善云，等 ． 费尔甘纳盆地高温超高密度 聚磺复合盐水钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ， 2 8 5 1 6 ． 1 9 ． [ 3 ] 蔡利山，林永学，田璐 ，等 ． 超高密度钻井液技术进展 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ，2 8 5 7 0 ． 7 7 ． [ 4 ] 张民立 ， 穆剑雷， 尹达， 等 ．B H A T H“ 三高” 钻井液的研 究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 1 1 ，2 8 4 1 4 ． 1 8 ． [ 5 ] 瞿凌敏，王书琪，王平全 ，等 ． 抗高温高密度饱和盐水 聚磺钻井液的高温稳定性 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ， 2 8 4 2 2 ． 2 4 ． [ 6 ] 匡韶华，蒲晓林，柳燕丽，等 ． 高密度钻井液稳定性和 流变性控制技术 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 1 1 ， 2 8 3 5 - 8 ． [ 7 ] 邱春阳，马法群 ， 郭祥娟，等 ． 永 1 ． 平 1 井四开小井眼 高密度钻井液技术 [ J ] _ 钻井液与完井液， 2 0 1 1 3 8 5 ． 8 7 ． 收稿 日期2 0 1 2 0 1 ． 2 5 ；H G F 1 2 0 3 N2 ；编辑王小娜 3 ． G Y - 1 能提高聚合物钻井液抗膨润土污染 的 能力 ，G Y - 1 的加量仅为 l ％，钻井液的表观黏度上 升率 同聚合物钻井液相 比，从 1 6 0 ％ 下降到 2 0 ％， 下降幅度达 8 7 ． 5 ％。 4 ． G Y - 1 钻井液的抗碳酸盐 、 抗钙污染能力较强 ， 且优于钾钙基聚磺钻井液 ，且其配方所用处理剂较 少 ，其成本也较钾钙基聚磺钻井液低 。 参 考 文 献 [ 1 ] 孙明波，侯万国，孙德军，等 ． 钾离子稳定井壁作用机 理研究 [ J ] ． 钻井液与完井夜 ，2 0 0 5 ，2 2 5 7 - 9 ． [ 2 】 艾贵成 ． 钾钙基阳离子钻井液技术 [ J ] ． 石油钻采工艺 ， 2 0 0 7 ，2 9 4 8 7 8 8 ． [ 3 】 苏秀纯，李洪俊，代礼扬 ，等 ． 强抑制性钻井液用有机 胺抑制剂的性能研究 [ J ] _ 钻井液与完井液， 2 0 1 1 ， 2 8 2 3 2 35 ． [ 4 ] 张洪伟 ， 左凤江， 贾东民， 等 ． 新型强抑制胺基钻井液 技术的研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ，2 8 1 l 4 ． 1 7 ． [ 5 ] 蒲晓林，罗兴树，李燕梅，等 ． 甲酸盐与无机盐抑制性 的比较评价 [ J ] ． 油田化学，2 0 0 0 ，1 7 2 1 0 4 1 0 6 ． [ 6 ] 杨勇，赵誉杰 ，汪廷洪 ，等 ． WDX硅酸盐钻井液的强 抑制性和HS E 优越性 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 1 0 ， 2 7 5 38 ． 40． 收稿 日期2 0 1 1 - 1 0 ． 2 6 ；H GF 1 2 0 2 N 2 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m