宁东油田NP7小井眼水平井钻井液技术.pdf

第 3 0卷 第 3期 2 0 1 3年5月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D CoM PLETI ON FLUI D 、 ， 0 1 ． 3 0 NO ． 3 M a y 2 01 3 【 理论研究与应用技术 】 宁东油田N P 7 小井眼水平井钻井液技术 常洪超 ， 陈荣凤 ， 胡金鹏 ， 何振奎 ， 周雄 1 ． 河南石油勘探局钻井工程公司，河南南阳 ； 2 ． 河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳 常洪超等 ． 宁东油田N P 7小井眼水平井钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 3 5 0 5 3 ． 摘要针对宁东 2 6井和NP 3井发生的复杂情况，结合NP 7井钻井液技术难点，在不同井段采用不同的钻井 液体系及现场维护处理措施。实钻证明，N P 7井使用的钾铵基聚合物钻井液、钾铵基沥青复合防塌钻井液和低固 相钾铵基硅醇钻井完井液体系，解决 了该 区块上部志丹群软泥岩地层易水化分散造浆，易形成厚泥饼阻卡 ；中部 安定、直罗组大段泥页岩地层易膨胀分散、剥落掉块 ； 下部延安组硬脆性泥页岩、煤层易垮塌、起下钻困难、岩 屑床阻卡等技术难题，达到了优质、安全、快速钻井和保护油气层的目的。3 ． 6 d完成水平进尺4 8 2 m，平均机械 钻速达 到 7 ． 5 9m ／ h ，创造 了宁东 2 6井区小井 眼水平段快速钻进新纪录。 关键词 小井眼水平井 ；井眼净化 ； 井眼稳定 ； 润滑防卡 ； 地层损害 ； 钾铵基钻井液 ；宁东油田 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 30 3 0 0 5 0 ． 0 4 NP 7 井 位于鄂尔 多斯 盆地天 环 向斜 中段 麻黄 山西 区圈弯子 凸起新泉井构 造带 内，完钻井 深为 2 6 9 2 m，最大井斜为 9 1 ． 6 。 ，水平位移为 6 3 5 ． 8 1 T I ， 小井眼水平段长 4 8 2 1 T I ，目的层为侏 罗系延安组延 5 ， 油层组 。NP 7 井 自上而 下钻遇地层依 次为新 生 界第四系 厚约 2 0 IT I ，白垩系志丹群 厚约 1 2 3 0 m ，侏 罗系安定组 厚 约 1 8 0 m ，直罗组 厚约 5 0 6 r n ，延安组 厚约 2 8 6 m未穿 。主要地层岩 性为 上部第 四系及 白垩系地层多为黄土层 、砂砾 石 、灰黄色 软泥岩和泥砂岩 ，胶结差 ，可钻性强。 中部安定组以泥岩为主，膨胀性较强 ； 直罗组多为 深灰色泥页岩 、粉砂岩互层 ，稳定性差 ，易造成井 壁失稳 。下部延安组多为深灰色硬脆泥页岩 、碳质 泥岩 、浅灰色细砂岩夹煤层 ，易产生应力垮塌造成 阻卡。该 区域地质情况复杂 ，此前施工 的宁东 2 6 井和 N P 3 井相继发生了泥页岩膨胀缩径、煤层坍 塌、岩屑床阻卡及压差卡钻事故。其中宁东 2 6 井 在 1 4 7 9 ～1 8 2 6 m井段 处 理膨胀 缩径 划 眼 5 ． 7 d ， 2 1 9 7 ～2 3 5 6 m井段处理煤层垮塌划眼 1 4 d ，倒划 眼起钻 3次，卡钻 2次，共 损失 钻井 时间 2 9 ． 3 d； NP 3井在 2 0 6 5 ～2 1 4 3 m井段处理岩屑床阻卡倒划 眼 5 ． 2 d ，2 1 8 2 2 2 3 5 n l 井段处理泥页岩及煤层坍 塌 划眼 1 3 ． 6 d ，卡钻 1 次 ，共损失钻井 时间 2 2 d ， 造成机械钻速慢 ，钻井周期长，钻井综合成本高。 1 钻井液技 术难 点 1 该区块上部地层成岩差、地层疏松 ，黄土 层分散造浆严重 ，钻井液性能难以控制 ； 中部安定 组 、直罗组地层易吸水膨胀 、剥落掉块 ，易缩径 、 垮塌，造成起下钻阻卡。下部延安组泥页岩夹大段 煤层，层理发育， 地层较为破碎， 钻井中易产生应力 垮塌造成井壁失稳和钻具阻卡， 甚至导致垮塌卡钻。 2该井设计导 眼为大斜 度井，全井须施工 2 个斜井段 ，在斜井段都面临着钻屑携带困难 、易形 成岩屑床和钻具阻卡问题 ； 滑动钻进时易产生托压 等复杂情况。 3小井 眼水平段 长 ，携砂困难 ，易形成钻屑 堆积造成砂卡 ； 加之油层井段的渗透性较好 ，导致 形成的泥饼较厚 ，从而使起下和转动钻具 的阻力 、 扭矩增大 ，易造成压差卡钻现象 [ 1 】 。 第一作者简介 常洪超，工程师，毕业于武汉地质大学，一直从事钻井液技术管理工作。地址 河南南阳河南油田钻 井公司技术服务公司 ； 邮政编码 4 7 3 1 3 2；电话 1 3 5 9 8 2 8 0 6 7 6； E - ma i l c h c 6 7 6 fi l l s i n a ． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0 卷 第 3 期 常洪超等宁东油田 N P 7 小井眼水平井钻井液技术 5 1 2 室 内实验 针对宁东 2 6井和 NP 3井发生的复杂情况 ，结 合 N P 7井钻井液技术 难点 ，在钻 井液体 系中引入 和 NH 离子 ，通过 和 NH 离子 的晶格 固定 和离子交换作用来抑制泥页岩水化膨胀 ] ，并通过 高改性阳离子沥青粉填充 、封堵泥页岩地层和煤层 的层理裂隙 ，改善造壁性 ，抑制泥页岩表面水化和 渗透水化 ，防止泥页岩剥落掉块和煤层坍塌 ，达到 稳定井壁 的目的 [ 3 ] 。 2 ． 1 钻井液体系 、配方的确定 选 用 K P AM、F A3 6 7作 为 体 系 的 主 聚 合 物 ， K P A N、 N H 4 H P A N作为降滤失剂，用高改性阳离子 沥青粉 HF T - 1 、硅醇抑制剂 GS ． 1 的协 同作用防塌。 阳离子沥青分散后其胶体粒子具有在钻遇地层的高 温下变软，在压差作用下变形 的特性 ，填充嵌入不 规则井壁微裂缝 ，堵塞井壁微裂缝缝 隙，黏附在井 壁上形成致密的泥饼而起封堵作用 ； 此外改性后沥 青网状分子表面接枝上了阳离子官能团，其在黏土 或 页岩表面上 的化学作用 ，阻止流体进入泥页岩 ， 抑制黏土膨胀和页岩分散 [ 4 】 。而硅醇抑制剂则具有 凝胶特性，其胶体粒子通过吸附、扩散等途径结合 到井壁上 ，封堵地层孔喉和裂缝 ，而起 到了封固井 壁 的作用。用极压润滑剂 J R H6 1 6 、石墨粉 R T - 1 复 配提高润滑性能 ，用 G N一 1 作为携砂剂 。由室内实 验优选 的各井段钻井液体系 、配方如下。 1 一开大井 眼。上部砾石层易垮塌 ，易漏失 ， 井眼较大 ，携砂 困难 ，为保持钻井液具有较高的黏 度 和切力 ，选用预水化膨润土聚合物钻井液体系 ， 其配方如下。 1 5 ％～8 ％预水化加碱膨润土浆 0 ． 2 ％ ～ 0 ． 5 ％ F A3 6 7 。 2二开导眼直井段。志丹群黄土层分散造浆 严重 ，安定组软泥岩易吸水膨胀缩径 ，为提高钻井 液的抑制能力和造壁能力 ，改善泥饼质量 ，降低滤 失量， 选用钾铵基聚合物钻井液体系， 其配方如下。 2 3 ％～5 ％预水化 加碱膨 润土浆 0 ． 2 ％ ～ 0 ． 5 ％ K． P AM 0 ． 1 ％～0 ． 3 ％ F A3 6 7 0 ． 3 ％ ～ O ． 5 ％ K P AN O - 3 ％～O ． 5 ％ NH H P A N 3 二开导眼斜井段、回填侧钻造斜段。直罗 组泥页岩地层易水化膨胀、剥落掉块，延安组煤层 易垮塌 ，为提高钻井液的悬浮携带 、封堵防塌和润 滑防卡能力 ， 选用钾铵基沥青复合防塌钻井液体系 ， 配方如下 。 3 井浆斗 2 ％～3 ％ H F T - 1 2 ％～3 ％ J R H6 1 6 2 ％～3 ％I 1 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％G N． 1 重晶石 4三开小井眼水平段。为该井设计 目的层 ， 渗 透性强 ， 为防止有害固相侵入地层堵塞油层通道 ， 选 用低 固相钾铵基硅醇钻井完井液体系 ， 其配方如下。 4 3 ％～5 ％预水 化加碱膨 润土浆 0 ． 2 ％ ～ 0 ． 3 ％ K． P AM 0 ． 1 ％～0 ． 3 ％ F A3 6 7 0 ． 3 ％ ～ 0 ． 5 ％ KP AN 0 ． 2 ％～0 ． 4 ％ NH HP AN 1 ％～2 ％ HF T ． 1 2 ％～3 ％ GS ． 1 0 ． 2 ％～0 - 3 ％ G N． 1 3 ％～4 ％J R H6 1 6 2 ％～3 ％R T - 1 2 ． 2 钻井液综合性能评价 实验选用 5 ％ 预水化膨润土浆作基浆 ，按上述 各配方配制钻井液 ，在高速搅拌 2 0 mi n ，密闭养护 2 4 h ，8 0℃热滚 1 6 h 条件下，评价优选配方的综合 性能，实验结果见表 1 。 表 1 优选配方钻井液的综合性能评价 配方条件 朋 凡A P I K f g _ ／ c m S m s a ／mL a。 a P a 1 热滚后 1 ． 0 8 6 8 1 5 7 2 ／ 6 7 ． 6 0 ． 1 7 2 热滚后 1 ． 0 8 5 2 1 3 6 2 ／ 4 4 ．2 0 ． 1 4 3 加重热滚后 1 ． 1 8 6 5 1 7 1 0 4 ／ 1 2 3 ． 0 0 ． 0 8 4 热滚后 1 ． 0 8 5 4 1 3 7 3 ／ 8 2 ． 8 0 ． 0 6 注 基 浆 配 方 为 清 水 5 ％膨 润 土 0 ． 3 ％Na 2 C O 0 ．2 ％Na OH 从表 l 可 以看 出，1 配方黏度和切力较高 ； 2 配方A P I 滤失量下降明显 ； 3 配方添加 0 ． 5 ％携砂 剂 G N． 1热滚后，黏度 和切力 明显升高，动塑 比大 于 O ． 5 P a ／ mP a S ，表 明钻 井液 网状 结 构增 强 ，携 岩 能力得到提高 ； 4 配方在黏土相对较低条件下 ， AP I 滤失量最小 ，GS 一 1的加入对钻井液流变性能无 影 响，而其凝胶特性不但可改善造壁性 ，又能封堵 渗透性强 的地层 ，从而阻止滤液 向地层渗透，对油 层实施暂堵保护。3 、4 配方泥饼摩擦系数都很低 ， 表明液、固体润滑剂复配使用能明显改善钻井液的 润滑性。 2 ． 3 抑制性 选取邻井 N P 5 井 1 8 2 5 ～1 8 3 6 m井段的泥岩 钻屑做线性膨胀率实验 2 4 h 和滚动回收率实验 1 2 0 o C 热滚 1 6 h ，评价 4种钻井液体系对泥岩的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 钻 井 液与 完 井 液 2 0 1 3年 5月 抑制性 ，实验结果见表 2 。 表 2 优选配方钻井液的抑it i U 眭评价 从表 2可以看出 2 配方在引入钾铵基处理剂 后，膨胀量降低，回收率提高，表明钾铵基处理剂 复配使用能改善钻井液 的抑制能力。3 、4 配方膨 胀量都很低 ，滚动回收率都很高 ，表明钾铵基沥青 复合 防塌钻井液 、钾铵基硅醇钻井液具有 良好的抑 制泥页岩膨胀分散的能力 。 2 ． 4 渗透率恢复值评价 用 中低渗岩心评价低固相钾铵基硅醇钻井液体 系的渗透率恢复值 ，结果见表 3 。 表 3 岩心渗透率恢复值实验 L L ． ． 、口 暂 堵／ P暂 堵／ Ko l Kd l Ko I I 石 心 亏 m i n M Pa 1 0- 3 t ．t m2 1 0- 3 1．t m2 1 0 - 3 t．t m2 1 0 ～um A l l 3O 2． O 41 ． 62 0 37 ． 1 6 41 ． O 4 注 、 、 、 分别表示暂堵前、暂堵后、返排 后和酸化后的岩心渗透率。 由表 3可以看出 ，暂堵后岩心渗透率为 0 ，表 明低固相钾铵基硅醇钻井液封堵性能优 良 ； 正向驱 替后岩心渗透率恢 复率 为 8 9 ． 2 8 ％，经酸化破胶后 渗透率恢复率达到 9 8 ． 6 1 ％，表明该体系具有良好 的储层保护效果。 3 钻井液工艺技术 [4 ] 3 ． 1 一开 西3 “／ 4 ． 7 n l m井眼 一 开使用预水化膨润土聚合物钻井液开钻 ，以 携带 岩屑和稳定井壁为主，黏度控制为 6 0 ～8 0 S 。 一 开完钻后用大排量循环洗井 ，保持井底干净 ，顺 利将 西2 7 3 mm表层套管下至井深 3 0 7 m处 ，封固 上部砂砾岩易漏 、易垮塌层。 3 ． 2 二开 西2 4 1 ． 3 mm井眼 1 将一开钻井液进行 预处理 ，再按二开配方 配制 6 0 m 钾铵基聚合物钻井液与之混合均匀。加 入少量 Na 2 C O 防止水泥污染。钻进过程 中，以浓 度为 1 ％～2 ％ 的 KP AM、K P A N 1 1 胶液维 护钻 井液的流变性 ，抑制地层分散造浆。 2钻至造斜点前 5 0 m 井深 1 7 5 0 m ，按照 配方依次加入 2 ％HF T - 1 、2 ％J R H6 1 6 、2 ％R T - 1 ，将 钻井液转换为钾铵基沥青复合防塌钻井液，增强钻 井液 的封堵抑制性和润滑性，同时调整钻井液密度 为 1 ． 1 5 ～1 ． 1 8 g ／ c m ，漏斗黏度为 4 5 ～6 0 S ，滤失量 小于 5 mL，防止井壁失稳，保证定向施工顺利。 3延安组含有硬脆性泥页岩和煤层，井斜 已 增至 4 5 。 以上 ，且在井深 2 0 6 5 m 由 西2 4 1 ． 3 fi l m井 眼转换成 2 1 5 ． 9 r n lT l 井眼。该段是导眼井施 工的 关键 ，钻进中按配方逐渐增大钾铵基抑制剂 、防塌 剂 和润 滑 剂 的加 量，并 加 入 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％携 砂 剂 G N． 1 ， 提高钻井液的悬浮携带 、 护壁防塌和润滑防卡 能力， 避免滑动 中产生托压现象和在下井壁形成岩屑 床， 造成起下钻阻卡。 该段性能调整为 密度为 1 ． 1 8 ～ 1 ． 2 0 g ／ c m ， 黏度为 5 0 ～6 5 S ， 滤失量小于 4 mL ， 动塑 比大于 0 ． 5 P a ／ mP a s ，黏滞系数小于 0 ． 1 0；同时控 制泵排量大于 3 0 L ／ s ， 保持环空返速在 1 ． 2 0 m／ s 以上。 4 快速钻完导 眼井 井深 2 3 6 8 m短程起下 钻正常后 ，注入 2 0 m 防卡钻井液封闭斜井段 ，对 比电测后迅速 回填导眼段至井深 2 0 3 8 m，防止钻 井液长期浸泡上部地层引起井壁坍塌 。 5回填后 ，从井深 2 0 4 5 1T I 开始侧钻 ，钻至 A 点 井斜为 8 9 ． 7 。，方位为 6 3 ． 3 。，斜深为 2 2 1 0 m， 垂深为 2 0 5 8 m 时 ， 各主要处理剂加量为 3 ％HF T - 1 、 0． 5 ％ KP AN 、0． 5 ％NH HP AN 3 ％ J RH 61 6 3 ％RT - 1 。 加强封堵造壁性 ，提高防塌抑制性 、润滑性和携岩 性 ，保持井 眼畅通 ，电测后顺 利下入 西1 7 7 ． 8 mm 技套封固易垮塌泥页岩和煤层，为下部水平段施工 提供安全保障。 3 ． 3三开 西1 5 2 ． 4 mi l l 井眼 1 水泥塞钻完后，按三开配方配制 8 0 m 低固 相钾铵基硅醇钻井液 ，性能为 密度为 1 ． 0 6 g ／ c m ， 黏度 为 4 5 S ，塑性黏度为 1 2 mP a S ，动切 力为 7 P a ， 静切力为 3 ／ 6 P a ／ P a ， 滤失量为 3 ． 8 mL， p H值为 8 ， 固相含量为 5 ％，黏滞系数为0 ．O 8 。替换出套管内 老浆后方可三开钻进。 2 该段钻井液主要解决小井眼水平段 的携岩 、 润滑、防塌和油层保护问题 ，施工中保持硅醇抑制 剂 GS ． 1 加量为 3 ％、控制 固相含量小于 7 ％、含砂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0 卷 第 3 期 常洪超等}宁东油田N P 7 小井眼水平井钻井液技术 5 3 量小 于 0 ． 2 ％，改造钻井液成完井 液 ，使井 壁形 成 致密易酸化解堵的优质泥饼 ，减轻水锁伤害 ，提高 渗透率恢复值。 3施工 中根据钻具摩阻和扭矩的变化及时补 充极压润滑剂和石墨粉 ，改善泥饼质量 ，保 持黏滞 系数小于 0 ． 0 8 ，充分使用好四级净化设备，清除钻 屑和有害固相颗粒 ，避免堵塞油层通道。 4合理调整钻井液流变性能 ， 根据返砂情况及 时加入携砂剂 G N一 1 ，保持动塑比大于 0 ． 5 P a ／ mP a S ， 控制泵排量不小于 1 5 L ／ s 。同时要加强划眼和短程 起下钻作业 ，并配合段塞洗井 ，及时清理下井壁钻 屑 ，破坏和清除岩屑床。 5 完井电测、挂尾管前适当提高钻井液的黏度 和切力 ，同时增大泵排量洗井 ，确保井眼畅通无阻。 4应 用效 果 NP 7井各井段钻井液 }生能见表 4 。 表 4 NP 7井各井段主要钻井液-眭能 井段 钻井液 井深 3 FV ／ P Pa V／ ．s Y P P／ P Ge lP l ／ a FL L ／ V ％ s／C ％ J m c m s m a a ／ m g， a‘ S上 ， a L u／ 0 u／ 0 现场应用表明 ，选取的钻井液有如下优点。 1 悬浮携带 能力强 ，井 眼净化效果好 。施 工 中避免了岩屑床阻卡和沉砂卡钻。 定 向、 测斜 、 电测 、 下套管均顺利到底 。 2封堵 防塌效果好 ，实现 了井壁稳定 。施工 中在泥页岩和煤层段未发生井壁失稳垮塌现象 ，井 径规则 ，二开井段平均井径扩大率只有 3 ． 3 2 ％，三 开井段平均井径扩 大率为 6 ．4 ％，远低于工程设计 不超过 1 5 ％ 的指标要求。 3润滑防卡能力强 ，采用液、固体润滑剂复 配使用，降低了摩阻和扭矩，滑动钻进中未出现托 压现象 ，各井段起下钻遇阻均不超过 1 0 t ，全井施 工未发生压差卡钻事故 。 4机 械钻 速快 ，3 ． 6 d完成 水平 进 尺 4 8 2 1 T I ， 平均机 械钻速为 7 ． 5 9 m／ h ，创 造 了宁东 2 6 井 区小 井眼水平段快速钻进新纪录。全井钻井周期 3 6 ． 2 d ， 与 N P 3 井的 5 8 ． 6 d相比，钻井周期 明显缩短。 5保护油层效果好 ，水平段钾铵基硅 醇钻井 完井液体系固相含量低 ，滤失量低 ，与地层配伍性 好 ，渗 透 率恢 复 值 高。宁东 2 6 、NP 3 、NP 7井 的 试油测试结果如下 日产油量分别为 1 2 ． 1 、1 7 ． 1 6 、 2 4 ． 5 t ／ d ， 其 中 NP 7 井 日产量较高 ， 表明该井在钻井 、 射孔等环节油层受损害程度较低，达到了保护油气 层的 目的 5 C A ． 识 与建议 1 ． 钾铵基沥青复合防塌钻井液体系 ，能抑制泥 页岩水化膨胀 ，封堵泥页岩和煤层 的层理裂隙，防 止泥页岩剥落掉块和煤层坍塌 ，达到 了稳定井壁的 目的。钾铵基硅醇钻井完井液体系具有低 固相 、低 滤失 、强抑制和渗透率恢复值高等特点 ，能减轻水 锁伤害 ， 对油气层损 害程度较低。在河南油 田张店、 赵凹、下-- I l 和安棚区块水平井中推广应用前景广 阔，同时对泌阳凹陷非常规油气藏的开采也具有 良 好的借鉴作用。 2 ． 复配使用极压润滑剂和石墨粉，增强了钻井 液的润滑性 ，降低 了扭矩和起下钻摩阻 ，解决 了宁 东 2 6 井 区水平井施工 中井下故障多 、机械钻速慢、 钻井周期长等施工难题 。 3 ． G N． 1 可 以调节钻井液的流，变．I 生，提高动切力 和静切力 ，改善钻井液 的携砂能力 ，在大斜度段和 水平段使用 ，可提高井眼净化效果。 参 考 文 献 [ 1 ]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 ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 5 ，2 2 5 7 - 8 ． [ 2 ] 胡金鹏，雷恒永，赵善波，等 ． 关于钻井液用磺化沥青 F T 一 1 产品技术指标的探讨 『 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ， 2 7 6 8 5 I 8 8 ． [ 3 ] 常洪超，胡金鹏，张朝霞，等．赵凹油 田水平井钻井 液体系研究与应用[ J 】 ． 石油地质与工程， 2 0 1 2 ， 2 6 2 9 O． 1 0 4． [ 4 ] 常洪超，张玲霞，李振杰．张店油 田长裸眼大斜度定向 井钻井液技术[ J 1 ． 钻井液与完井液， 2 0 0 1 ， 1 8 3 4 5 - 4 8 ． 收稿 日期2 0 1 2 ． 1 1 - 5 ；HG F I 3 0 3 F 4 ；编辑付明颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m