尼日利亚边际油田合成基钻井液技术.pdf

第 2 6卷 第 6期 2 0 0 9年 1 1月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI I L I NG FL UI D ＆ COM P I ETI ON FLUI D Vo 1 ． 2 6 NO ． 6 No ve ． 2 O 0 9 文 章 编 号 1 0 0 1 - 5 6 2 0 2 0 0 9 0 6 0 0 8 0 0 2 尼 日利亚边 际油 田合成 基钻 井液技术 肖超 冯江鹏 宋明全 赵 素丽 刘贵传 1 ． 中国石化石油勘探开发研究院德州石油钻井研究所 ， 山东德州 ； 2 ． 中国石化国际勘探公司 ， 北京 摘要 尼 日利亚边 际油田地层复杂， 软泥岩水敏性极强 、 硬脆 性泥岩坍塌掉块严 重， 且所钻井均为斜井 。s 5井 使用 的 5 ％KC 1 聚合物钻井液无法抑制造 浆性极 强的软 泥岩地层水 化膨胀 ， 硬脆 性泥岩裂 隙、 层 理发育 ， 钻 井过 程 中多次 出现缩径 阻卡 、 井眼坍塌 、 卡钻等复杂情况。根据地 层特 点， S I P E C使用合成 基钻 井液 ， 通过 添加油、 主乳化 剂、 辅乳化剂、 润湿剂 、 生石灰 、 增黏剂等处理剂、 保持钻井液 电稳定性大于 4 0 0 V、 油水 比大于 7 0 3 0 、 黏度 大于 7 0 s 、 钻井液 A P I 滤失量为 0 、 高温高压滤 失量小于 3 mI 钻 井液 密度 为 1 ． 3 g ／ c m 和使用 强化 固控 等技 术措施。保 证钻 井液性 能稳定和井下安全 ， 并采取 随钻堵 漏、 优化 性能、 钻 井液 回收等措施 降低 了钻井 液消耗 ， 降低合 成基钻 井液的使 用成本 。在 随后 的 s 6井钻井施工 中， 使用合 成基钻 井液效果 良好 ， 保 证 了复杂 井段的井 下安全 ， 提高 了 钻 井 速 度 ， 钻 井 周 期 由 1 2 8 d下 降到 3 6 d 。 关键词 尼 日利 亚； 边际油 田； 合成基钻 井液 ； 水敏 性泥岩； 硬脆性 页岩 ； 井眼坍 塌； 性 能维护 中 图分 类号 TE2 5 4 ． 3 文 献 标 识 码 A l 地质 工 程 简况 S t u b b C r e e k边 际油 田位 于 尼 日利 亚尼 日尔 三 角 洲 MI 一 1 4区块 与 OMI 一 1 3区 块 的 接 合 部 。在 该 油 田共 打 了 3口井 ， 即 S 5 、 S 6 、 S 7井 。钻 进 S 5井 时 ， 由于对地 层情 况 了解 不深 ， 二 开 、 三开 使 用 KC 1 聚合物钻 井液 钻进 ， 结果 在井 深 2 2 0 0 m 处 ， 出现 了 井 眼缩径 和 井 壁 掉 块 坍 塌 ， 造 成 填 井 侧 钻 3次 ， 埋 MwD I WD一 套 ， 被 迫 提 前 下 人 ／ J 2 4 2 ． 5 5 mm 套 管 ； 三 开井段 电测 遇 阻 ， 通 井 时发 生 卡 钻 ， 之 后 割钻 杆侧钻 ， 侧钻 成功 后 电测 ， 因井 下 复 杂 ， 为 了避 免再 次 出现卡钻 ， 不得不 提前 下人 1 7 7 ． 8 mm 尾管 。 该 油 田所钻遇 的地 层 0 ～9 1 1 1 T I 为 Be n i n地层 ， 含砂量 为 9 5 ， 岩性 以松 散 砂 岩 夹 部 分 泥 岩 为 主 ， 易 出现钻井 液漏 失 ； 9 1 1 ～ 1 7 0 0 m 为 Ag b a d a C地 层 ， 含砂量 为 4 5 ～7 0 ， 1 7 0 0 m～井底 为 Ag b a d a D地层 ， 含砂量 为 l 0 ～ 4 0 ， 该 地 层 以砂 岩 为 主 ， 含泥 岩夹层 ， 砂岩 渗 透 性 强 ， 缩 径 严 重 ， 软 泥 岩 造 浆 强， 硬脆性泥岩裂隙发育， 极易坍塌。 尼 日利 亚边 际油 田常用 的井 身结 构为 ／ 】 4 4 4 ． 5 mm 8 5 4 m 3 39 ． 7 i l l m 8 5 3 m； 311 ．1 5 mm 2 0 0 0 m ／ J 2 4 2 ． 5 5 mm 1 9 9 7 m ； 2 1 5 ． 9 mm 2 3 l 8 m 1 7 7 ． 8 mm2 3 1 6 m 。该 区块 所 钻 井 均为斜 井 ， 最大 井斜 为 4 6 ． 6 。 ， 最 大井 斜 处 的井 深 为 1 8 2 8 I T I ， 水平 位移 为 4 5 0 F n 。 2 地层 难 点分 析 2 ． 1 地层软泥岩水敏性强 、 砂岩渗透性强 S 5井使 用 KC 1 聚合物 钻井 液钻 进 时 ， 上部 井段 存 在 大段水 敏性 泥岩 ， 地层 造浆 严重 ， 从振 动 筛上可 观察 到大量 泥糊 状 稀 泥 ， 该 钻 井 液不 能 抑 制 强水 敏 性地层 。为了防止地层坍塌 ， 钻井液 的实际密度为 1 ． 3 g ／ c m。 ， 远大 于地层 压 力系数 1 ． 0 ， 在 压差 作用 下易 在高 渗 透 砂 岩 地 层 形 成 厚 泥饼 。处 理 卡 钻 期 间 ， 用 解 卡剂浸 泡地 层 时 ， 井 内返 出大量 厚泥 饼 。 2 ． 2 硬脆性泥岩坍塌压力高 ， 极易坍塌掉块 S 5 井 二开 、 三开 井 段 为 硬 脆 性 泥 页 岩 地 层 ， 钻 进 时出现 了井 壁坍 塌 ， 扩径 严 重 。图 l是 返 出的 泥 岩坍 塌物 。测井 显 示 硬脆 性 泥 岩段 在 井 深 1 9 9 7 ． 7 ～ 2 0 2 6 ． 9 m 的平 均井 径扩 大率 为 3 7 ． 2 。 实验结果表明， 坍塌层 的泥岩吸水能力和水化 能 力不高 ， 但 是具 有较 强 的层理结 构 ， 遇水后 极易 发 生 沿节 理剥 离 的现象 ， 掉块 岩 样 的强 度 也 随浸 泡 的 时问延 长而 降低 。因此 ， 用抑 制 性 更 强 的合 成 基 钻 井液钻 井 以保证 井 眼稳 定 和井下 安全 。 第一作者简介 肖超， 高级工程师 ， 1 9 7 5年 生， 1 9 9 9年毕业于西南石油学院油 田化学专业获硕士学位 ， 现主要从事 钻井液 技术研 究、 钻井液技术服夸、 海外钻 井液技术支持工作 。地址 山东省德 州市 中国石化勘 探开发研 究院惩州 I 石油钻井研 究所 ； 邮 政 编 码 2 5 3 0 0 5 ； 电话 0 5 3 4 2 6 7 0 1 0 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 6期 肖超等 尼 日利 亚 边 际油 田合 成基钻 井液技 术 8 1 图 l S 5井 三 开 返 出 的泥 岩掉 块 3 合成 基钻井 液的现 场应 用 S 6井距 S 5井 5 m， 地 质情 况 和地 层 压 力 与 S 5 井相近 ， 可能出现的复杂情况也相 同。针对尼 日利 亚边 际油田的地层特点， 在二开后的复杂地层使用 合 成基 钻井 液 。合 成 基 钻 井 液 以油 为连 续 相 ， 具 有 良好的润滑性能， AP I 滤失量为 0 ， 高温高压滤失量 为 2 ～3 mI ， 且 滤 出物 为纯 油 ， 可 有效 避 免软 泥岩 水 化 膨胀 、 硬脆 性 泥岩 吸水 产生 裂缝 坍 塌 ， 也 可 有效 防 止高渗透性砂岩缩径 。 3 ． 1 合成基钻井液的配制 采用双罐混合 法配制合成 基钻井 液 ， 先将油 、 主 、 辅 乳化 剂 、 润湿剂 、 增 黏剂 、 流 型调 节剂 在 一个 罐 内使用离心泵及泥浆枪混合均匀， 使用另外一个 罐 将 水及 2 8 氯 化 钙 混 合 均 匀 ； 然 后 将 盐 水 加 入 油 中， 使用离心泵和泥浆枪强力搅拌均匀； 接着在混合 好 的乳 状 液 中加 入 生 石 灰 调 节 碱 度 为 1 - 3 ； 使 用 重 晶石 加重 到所 需密 度 ， 搅 拌乳 化均 匀 ， 保证 滤 失液 为 纯油。合成基钻井液配方如下。 基础油 0 ． 1 5 主 乳 化剂 S y n v e r t I - 0 ． 1 5 辅 乳 化 剂 S y n v e r t 一 1 I 3 V o 增 黏 剂 0 ． 2 降 滤 失 剂 S y n v e r t F L G0 ． 0 5 润 湿 剂 S y n v e r t TWA 十0 ． 0 5 流型 调节 剂 S y n v e r t L E M0 ． 2 生 石灰 1 ． 5 氯 化钙水 根 据需 要 使用 重 晶石 加重 和使 用 2 S OL TEX防塌 合 成基 钻 井 液 密度 为 1 ． 3 g ／ c m。 ， 漏 斗 黏 度 为 7 0 S ， 塑性黏度为 2 3 mP a S ， 动切力为 1 3 P a ， 静切力 为 4 ． 5 ／ 5 ． 5 P a ／ P a ， 高 温 高 压 滤 失 量 为 3 mI ， 泥 饼 厚度为 1 mm， 含油量为 6 0 ． 5 ， 含砂量为微量 ， 含 水量为 2 4 ． 5 9 ／ 6 ， 固相含量为 1 5 ， 水相 中氯化钙含 量为 2 8 ， C 1 一 含 量为 6 4 0 0 0 g ／ I ， 油 水 比为 7 1 2 9 ， 碱度 为 1 ． 0 ， 过 量石灰碱 度为 1 ． 3 ， 电稳定性 为 4 4 5 V。 3 ． 2 性能维护 1 替浆 技 术 措 施 。在 使 用 合成 基 钻 井 液 前 ， 需 要将井筒内一开使用 的 KC 1 聚合物钻井液替出来 ， 由于 刚配 制 的钻 井 液 黏 度较 高 ， 选 择 孔 径 为 0 ． 1 9 8 mm 的筛布 ， 防止跑浆 。为 了防止水或水基钻井液 混入 合成 基钻 井 液 中 ， 引起 钻 井液 性 能变化 及 浪费 ， 应 采 用 隔 离 液 防 止 混 浆 。在 下 钻 到 3 3 9 ． 7 2 5 mm 套 管鞋 处 ， 先 替人 2 m。 水 ， 接 着替 入 4 I T I 。高黏 基础 油 ， 然后替入 5 m。 基础油 ， 最后替人合成基钻井液。 2 合成基钻井液性能稳定技术 。定时补充基础 油 ， 保 持 油水 比为 7 1 2 9 ， 每 天 向钻 井 液 中补 充 4 0 0 k g主、 辅乳化 剂 ， 定期 补充生石 灰 ， 保持碱 度为 1 ， 保 持破 乳 电压 为 4 0 0 ～4 4 0 V， 维 护 乳 状 液 的 稳 定 。 钻进时， 每 2 4 h补充 6 0 0 k g降滤失剂， 保持钻井液 高 温 高压 滤失 量小 于 3 mL， 使 钻井 液 具有 好 的粒度 分 布 ， 优化 泥饼 质 量 ， 防止 在高 渗砂 岩地 层形 成 厚泥 饼 缩径 。泥浆 罐 和 泥浆 槽 上 应 严 格 密 封 ， 防止 雨 水 混 入钻 井 液 ； 用 柴 油 清 洗 振 动 筛 ， 监 测 钻 井 液 油 水 比， 严 禁 任何 形 式 的水 混 入 钻 井 液 ， 破 坏 钻 井 液 性 能 。 3 井 眼稳定技 术。保持水 相 中 C a C 1 含 量为 2 8 ， 降 低 水 相 活度 ， 保 持滤 液 对 泥 岩 的强 抑 制 性 。 观察振 动 筛上 的钻 屑 完整 性 ， 及时补 充乳化 剂 、 润湿 剂 。因 为乳化 剂 、 润湿 剂过 量 消耗会 导 致油 水分 离 ， 软 泥岩 吸水膨 胀 变软糊 筛 和钻 头泥 包 。水分 子进 入 硬脆性泥岩微裂隙内产生的膨胀压导致井眼坍塌等 复杂情 况 。由于 硬脆 性 泥岩 地 层 坍 塌 压 力 较 高 ， 将 钻井液密度提高到 1 ． 3 0 g ／ c m。 ， 以力学作用稳定井 壁 。 4 携岩洗井技 术。当井斜大 于 3 O 。 时 ， 如果合 成基 钻井 液 黏度 低 于 6 0 S ， 振 动筛 出砂量极 少 ， 大量 钻屑不能及时携带出来 。使用有机土提高钻井液黏 度为 7 o ～7 2 S 后 ， 振动筛上返 出大量棱角分明的钻 屑 ， 起钻 前 ， 使 用 l O m。 稠 浆 井 浆 2 增 黏 剂 ， 黏 度 为 1 5 0 s 清 扫井 底 ， 保 持 井 眼畅通 。 5 固相 控制 技术 。现场 配备 3台 DE R RI C K 振 动筛 ， 筛布孔径为 0 ． 0 7 4 i n m， 钻进期间 2 4 h运转 ， 2 台离心机每天运转 8 ～ 1 0 h ， 时刻保持钻井 液处于 净 化状 态 。 6 降 低钻 井液 消耗 技术 措 施 。合成 基钻 井 液成 本高 ， 损耗主要包括刚揭开渗透性砂岩地层 的瞬时 渗漏 、 钻 屑表 面 吸附 ， 稠浆 清 扫井底 时 用小孔 径 振动 筛会跑浆 。加入一些粗粒碳酸钙和纤维材料进行随 钻 堵漏 ， 降低钻 井 液渗 漏量 。控制其 黏 度大 于 7 0 S ， 保 证钻 屑 及 时带 出地 面 ， 减 少用 稠浆 洗 井 的次数 ； 用 孔径为 0 ． 0 6 6 mm 的 HI G高幅振动筛 回收吸附在 钻屑 表 面 的钻 井 液 。 下转第 8 7页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 6期 陈富全 等 龙 岗地 区气体 钻 井结 束后 卡钻 原 因分析 8 7 K ， 将 钻井 液 活度 降低 至 小 于 泥 页 岩 的 活 度 ， 则 水 分 子就会 由地 层 进入 钻井 液 中 ， 使 泥页 岩脱 水 ， 从 而 实 现岩 石强 度 的稳定 进而 减少 卡钻 的 发生 。 4 加重 稠钻 井 液携 砂 。气体 钻 井 结 束 后 ， 用 扶 正器第一次通井顺利完成后 ， 用高密度稠钻井液进 行 反复 携砂 作业 ， 利 用 压 差 原 理 处 理 掉 气体 钻井 中 堆 积在 “ 大 肚子 ” 井 眼 中的垮 塌物 ， 减 少卡 钻 的发生 。 2． 1 ． 2其他工 艺措 施 1 气 体钻井 结 束后 ， 将 钻具 提 离距 井底 1 O ～ 1 5 IT I 处 实施 压 井作业 。 2 钻 进 中钻井 参 数 的选定 尤其 重 要 ， 通 过 大 排 量地 冲刷 ， 可 以解 决气 体 钻 进 中产 生 的 依 附 在 井 壁 上 的粉 尘 ， 避免 过厚 的虚 泥 饼形成 。 3 正 常钻进 中应 加 强 固控 设 备 的 使用 ， 充 分 清 洁钻井 液 中的有 害 固 相 ， 保 证 钻 井 液 性 能稳 定 。高 频振 动筛 目数 不 得低 于 1 2 0目 筛 布 孔 径 为 0 ． 1 2 5 mr a ， 除 砂 器 和 除 泥 器 一 体 机 的使 用 率 不 得 低 于 9 5 ， 中速离 心机 使用 率不 得低 于 6 5 。 2 ． 2 卡钻预防措施在龙岗地区的现场应用 近期 所 钻 的位 于 四川 盆地 中部 仪 陇～ 营 山地 区 龙 岗构 造 上 的龙 岗 1 3井 、 龙 岗 1 8井 、 龙 岗 2 O井 和 龙岗 2 6井 ， 都分别在不同的井段使用 了气体钻进 。 在 这些井 的压井作 业 中采用 大 排 量 气 举 钻 屑 ， 充 分 清 洁井 眼 。在现 场准 备 了 8 0 1“1 2 。 密度 与 钻井 液一 致 的高钾 前 置液 ， 其 中用 于压 井 的 前 4 0 m。钻井 液 中 混有 1 O 的 柴 油 、 5 的乳 化 剂 和 5 ％ 的 随 钻 堵 漏 剂 ， 后 4 O m。中混有 5 ％的随 钻堵 漏 剂 ； 在 压 井 中提 离钻 具距 离 井底 1 5 m； 在 压井 液排 出钻 头前 采 用小 排 量循 环 ， 一旦 钻井 液排 出钻 头 ， 将排 量提 高 至设计 高限值 ； 压井成功更换好井 口管线， 并且在第一次携 带 扶正 器 通井 时 ， 现场 采 用 2 0 m。 有 效 体 积 密 度 大 于 2 ． 0 g ／ e ra。的加 重 稠 钻井 液 进 行 反 复举 砂 ， 加 大筛 布孔 径为 0 ． 1 2 5 1 T i m 的 高频振 动筛 和 筛布 孔 径 为 0 ． 0 7 6 mm 的除 砂 器 、 除 泥 器 以 及 中速 离 心 机 的 使用力 度 并及 时清 除有 害 固相 。截 止各 井恢 复正 常 钻进 ， 起 下 钻 正 常 ， 未 曾发生 一 次 卡钻事 故 。 3 C A ． 识 与 总 结 1 ．预 防卡 钻 ， 优 良的钻 井液 性 能 尤 其 是优 质 的 前 置 液性 能是 减 少卡 钻 的关键 。 2 ．通 过有 效强 化钻 井 液施 工 技 术 措施 ， 避 免 了 卡钻 事故 的发生 ， 较 好地 满足 了安 全钻 进作 业需 要 。 参 考 文 献 [ 1 ] 张坤 ， 伍 贤柱 ， 李家龙 ， 等． “ 三低” 水基 钻井液 防塌技 术 在四川超深井 中的应用r J ] ． 天然气 工业 ， 2 0 0 8 ， 2 8 1 7 9 81， 84 [ 2 ] 侯树 刚 ， 舒 尚文 ， 张克 勤 ， 等． 空 气 、 氮气 钻井技 术在 普 光气 田的应用 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 8 ， 2 8 5 5 5 5 7 [ 3 ] 李克 向． 钻井手册[ M] ． 北京 石油 工业 出版社 ， 1 9 9 0 收稿 日期 2 0 0 9 0 3 1 7 ； HGF 一0 9 0 5 W8 ； 编辑 汪桂娟 上 接 第 8 1贝 7 合 成基 钻井 液 的 回收措 施 。完 钻 后 回收 合 成 基 钻井液 ， 回收率 为 6 O 9 ／ 6 。 由于钻 屑 表 面 含 油 量 达 到 1 O ， 将 钻 屑拖 走集 中处 理 ， 以便 保护 环境 。 3 ． 3 现 场 使用效 果 S 6井 二开 、 三 开 井段 钻 进 、 起 下 钻顺 利 ， 井 眼 稳 定 状态 良好 ， 不存 在 坍塌 现象 ， 合 成基 钻 井 液对 水 敏 性 泥 岩和硬 脆 性 泥 岩 均 具有 良好 的稳 定 作 用 ， 在 砂 岩地 层也 没 有 形 成 厚 泥 饼 缩 径 。S 6井 钻 井 周 期 为 3 6 d ， 比 S 5 井 减少 了 9 2 d 。 4 结论 1 ．尼 日利 亚 边 际 油 田二 开 、 三 开 地 层 复 杂 ， 泥 岩水 敏性 极 强 ， 软 泥岩 地层 造浆 严 重 、 硬脆 性 泥岩 极 易 坍塌 掉块 ， 砂 岩 地 层 渗 透 性 强 ， 地 层 压 力 系数 为 1 ． 0 ， 容易 形成 厚泥 饼 缩径 。 2 ． S 5井 的现 场钻 进情 况显 示 ， 常 规 的 KC 1 聚合 物钻 井液 无 法抑 制 强 水 敏 性 地 层 造 浆 和井 眼坍 塌 ， 不适 合 在尼 日利 亚边 际油 田复杂 地层 使用 。 3 ．保 持合 成基 钻 井 液 油 水 比为 7 1 2 9 ， 破 乳 电 压 大于 4 0 0 V， 高 温 高 压 滤 失 量 为 3 mI ， 及 时 补 充 乳 化剂 、 润 湿剂 防止 油水 分层 ， 防止 软 泥岩 水 化膨 胀 和 硬脆 性泥 岩 坍塌 掉块 。在 复 杂井 段前 保 持 钻井 液 密 度 为 1 ． 3 g ／ c m。 ， 防止硬 脆性 泥 岩坍 塌掉 块 。 4 ．合 成基 钻 井 液 对 水 化 膨 胀 性 泥 岩 和 硬 脆 性 泥岩 均具 有 良好 的稳 定 作 用 ， 在砂 岩地 层 也 没有 形 成 厚 泥饼 缩径 ， 能 防止 井下 出现 复杂 情况 ， 钻 井 周期 由 1 2 8 d缩 短 到 3 6 d 。 收稿 日期 2 0 0 9 0 3 一 O l ； HGF 0 9 0 5 M4 ； 编辑 马倩芸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m