普光气田超深水平井钻井液工艺技术.pdf

第 2 6卷 第 1期 2 0 0 9年 1月 钻 井 液与 完 井 液 DRI L LI NG FL UI D ＆ COMP LETI ON FLUI D Vo 1 ． 2 6 No ． 1 J a n ．2 0 0 9 文章编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 1 0 0 5 6 0 4 普光气 田超深水平井钻井液工艺技术 龙大清 樊相生 范建国 肖平 柳杰政 中原 石油勘探局钻井 三公司南方分公司 ， 四川达州 摘要 普光气 田地处大 巴山区， 地 貌复杂， 开发难度极大 。该地 区经过定 向井施工实践后 ， 为进 一步提高采 收 效率 ， 布置 了一批超 深水 平井。三开定 向及 水平段地 层极 不稳定 ， 易发 生坍塌和 漏失， 尤其 是产层 的防漏堵漏 问题 突出， 对钻 井液工艺技术要求高。为 了顺利施工 ， 选用聚合 醇一 聚磺钻井液 ， 并在钻 井过程 中， 采取 了防盐膏层溶解 及塑性变形技术 、 预 防岩屑床 形成及其破 坏技术、 防塌工 艺技术 、 润滑防卡工艺技术及 Hz S防护技 术。该套钻 井液 工艺技术具有抑制 性强、 防塌效果好 、 高 温稳定 性强、 维护周期长、 流 变性和润滑性好 、井径规则 、 携岩能力 强的特 点， 加 上钻 井液 的固相控 制好 ， 膨 润土和 固相含 量均被控 制在设计低 限， 钻井液 的剪切稀释 性强 、 触变性好 ， 从 而保 证 了井眼清洁 、 起下钻及 完井作业的顺利进行。 关键词 超深水平 井； 聚合醇一 聚磺钻井液 ； 井眼净化； 井 眼稳定 ； 钻 井液性能； 润滑 ； 防漏； 膏盐岩污染 中图分类号 TE 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 1 地 质 工 程概 况 普光气 田已完 成 的超 深水平 井有 3口。普 光 1 0 1 - 2 H井深为 6 6 7 0 m， 垂深为 5 7 1 8 ． 5 2 1 T I ， 最大井 斜为 7 9 。 ， 井底水平 位移为 1 4 0 2 ． 6 8 m， 水平 段长 8 4 3 m。普光 2 0 4 2 H井井深为 7 0 1 0 m， 垂深为 5 9 4 2 ． 1 8 m， 最大井斜为 8 1 。 ， 井底水平位移为 1 6 2 8 ． 1 0 m， 水 平段长 4 5 3 iT I 。普光 2 0 2 2 H井完钻井深为 5 8 2 0 r n ， 垂深为 5 3 3 1 ． 4 5 m， 最 大井 斜 为 7 7 ． O 3 。 ， 井 底水 平 位 移为 8 0 7 ． 4 5 12 1 。该地区水平井造斜点一般选在海相 地层 的嘉 陵江组地层 ， 水平 段深度均大 于 5 0 0 0 1 T I ， 要 穿越盐膏层 、 发育的孔隙产层， 对钻井液的抗温性 、 悬 浮携带性、 抗盐膏污染能力、 流变性、 造壁性、 产层保 护及防漏堵漏均提出了更高的要求。 2 超深水 平井钻 井液技术 的现场应 用 普光地区一开 、 二开采用空 气钻 ， 在此 不作介 绍 。三开定 向及水平段钻井液选用聚合 醇～ 聚磺钻 井 液 ， 配方如 下 。 3 钠膨 润土 0 ． 3 Na C O。 0 ． 3 Na OH 0 ． 5 9 ／ 6 S D - 1 7 W 3 ％P MC 3 S MP 一 1 I3 ％ P F T 0 ． 1 乳化剂 0 ． 5 L V P A C0 ． 3 P F D- 1 3 ％C NS 3 C F K 一 1 1 ． 0 ～ 1 ． 5 DF _ NI N I 3 C XS I I 2 ． 1 防盐膏层溶解及塑性变形的钻井液技术 由于盐膏层的塑性流动、 无水石膏的吸水膨胀 、 盐的溶解 ， 导致在盐 膏层钻进过程中易发生井眼缩 径、 井壁蠕变失稳 、 井壁掉块坍塌 、 井壁扩大等复杂 情况 。针 对该 技术难 题 ， 采取 了 以下应 对措施 。 1 控制膨润土含量为 2 5 ～3 0 g ／ L， 必要 时采用 聚合物增黏剂 提高动切力 ， 用 S F - 2 6 0 、 S MT、 HTX 调节黏度和切力 ， 保持钻井液有 良好的流变性 。 2 进入膏盐地层前首先加入足量的护胶剂 ， 包括 H、 C MC 、 H V- P A C、 L 、 C MC和 L V - P A C， 以增 强 钻 井液 的护胶 能力 ， 加 入 抗 污染 能 力 较 强 的 S D - 1 7 W 、 G K - 9 7 、 S MP q I 、 P MC或 P HM 等， 必要时加入改性树 脂 J D- 6 ， 增强钻井液 的抗污染和抗温能力， 使钻井液 的性能均匀稳定， 满足安全钻进的需要。 3 用合适的钻井液密度提高钻井液液柱的支撑 作用 。普光 2 0 4 2 H井在钻至井深 4 7 9 5 ． 5 m时， 发 现快钻时上提方钻杆遇卡、 憋泵、 憋钻盘 ， 上下活动 钻具解卡 ， 循环后返出砂子中含大量膏岩 ， 分析其原 因可能是 由于膏岩蠕变缩径 ，密度为 1 ． 3 4 g ／ c m。 钻井液无法满足施工要求 ， 于是将密度提高至 1 ． 3 8 g ／ c m 。 ， 井下恢复正常。普光 3 0 1 4 、 普光 3 0 4 1 和普 光 2 0 2 1井均 出现类似情况 ， 但都经过适当上 提钻 井液密度 ， 很好地解决了膏岩的缩径问题 。 第一作者简介 龙大清 ， 工程师， 1 9 9 4年 毕业于中国石油 大学钻 井工程专 业。地址 四川 省达州 市 中原 石油勘探 局钻井 三公司南方分公司； 邮政编码 6 3 6 1 2 5 ； 电话 0 8 1 8 4 7 3 6 6 6 2 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 1期 龙 大清等 普光 气田超 深水平井钻井液工艺技术 5 7 4 2 n 强检 测 ， 尤其是钻 井液 中 c 1 一、 C a 2 和 Mg 2 浓度的测定。该地区盐膏层发育程度存在差异， 并且 存 在 卤水层 ， 根据 离子分析数 据及时调 整钻井 液 中膨 润 土含量 ， 及时 对污 染离 子 进行 处 理 ， 以稳定 钻 井 液 性能。普光地区部分井滤液检测数据见表 1 。 表 1 普 光地 区部分井滤液分析数据 l 0 6 41 7． 20 83 9 7 3． 96 69 4 ．3 Ⅱ1 2 5 2 ． 8 5 7 3 1 ． 5 6 1 4 4 1 4 9 ． 2 7 5 9 ． 5 2 5 2 ． 6 3 5 1 8 ． 3 Ⅲ0 5 8 5 ． 8 9 3 3 9 8 0 ． 5 9 1 4 4 8 ． 3 1 4 4 ． 3 1 6 6 4 ． 1 注 I为普光 2 0 2 2 H井井 深 4 6 4 4 m处 钻井 液滤液 性 能 ， Ⅱ为普光 3 0 4 1井井深 4 4 2 7 m处钻井液滤液性 能， Ⅲ为 新 清溪 1 井井 深 4 2 4 7 m处地层水性能 。 2 ． 2 预防岩屑床形成及其破坏技术 在水平段施工过程中， 钻井液不论是循环还是 静止 ， 岩屑“ 垂沉” 现象常有发生 ， 极易形成 岩屑床 ， 造成摩擦阻力增加 、 钻具悬重增加、 扭矩增 大、 起钻 困难、 下钻划眼等井下复杂情 况， 甚至 出现卡钻事 故 。另 外 ， 一 些 非人 为 因素造 成 的频 繁停 泵 、 测 斜 、 接单根时间长等工程因素 的影响增大了施工风险。 因此， 要求钻井液具有 良好 的流变性和较强的悬浮 携砂能力 ， 以保持 良好的井眼净化效果 。 1 在雷 口坡组至飞仙关组 4段的钻进过程中会 出现发育的盐膏层溶 解， 不发育 的地层稳定 ， 形成 “ 糖 葫芦 ” 井 眼 ， 因此 ， 钻 井液 要有 一定 的动切 力 。从 已完 成 的 3口超 深水 平井 来看 ， 在井 斜角 达到 4 5 。 ～ 6 O 。 以后 ， 动切力控制为 1 O ～1 6 P a比较合适 。 2 保持合适 的黏度 ， 使钻井液既能悬浮携带岩 屑， 还要有 良好的流变性 ， 避免过高的激动压力。 3 钻井液要有适中的静切力 ， 以保持钻井液静 止时岩屑不致下沉太快， 又要保持钻井液有较好 的 清洗井眼的能力 ， 使钻井液具有 良好的可泵性 ， 防止 在 下井 壁形 成较 厚 的岩屑 床 。 4 钻 井液 要有 适 当的 动塑 比值 O ． 5 P a ／ mP a S 左右 、 好 的剪切稀释性 ， 即高剪切速率下钻井液要 有较低的黏度、 切力， 低剪切速率下有合适的动切 力 ， 用聚合物增黏剂 P F D调节钻井液 的动切力 ， 保 持钻井液有 良好的流变性能以提高井眼净化能力 。 5 控 制钻 井液 环空 返 速为 0 ． 8 ～1 ． 5 m／ s ， 排 量 为 2 6 2 8 L ／ s ， 使钻井液有足够的能力把斜井段 的 岩屑带出， 又不致于过分 冲蚀井壁 。 6 定期进行短程起下钻作业 ， 破坏岩屑床的形 成， 及时清砂修整井壁 ， 清除虚泥饼和岩屑床 ， 确保 井 眼畅通 。 实际施工过程中的钻井液性能控制见表 2 。 表 2 普 2 0 2 ． 2 H井三开井段实钻钻井液性能 井段 ．0 F L G e l m g ／ c m mL P a yP PV FLH T H P M BT P a mP a S mL g ／ L K ～ 3 4 5 8 7 0 0。 1． 3 8 1 ．6。～ 7 ．。7 ．5 2 5 9。． 1 。2 3 ～ 5 1 00 1． 4 O 2 ．0 2 ．O～ 9． 0 1 0 ．5 3 4 6 0． 09 2 4 ～ 5 5 0 0 1． 4 O 2 ．0 2 ．5～ 9． 5 13 ．5 4 2 6 0． O 8 22 ～ 6 026 1． 3 4 2 ．0 3 ．5 ～ 11 ． 0 11 ． 0 4 3 6 0． O 6 22 注 泥饼厚 0 ． 5 mm， p H 值均为 1 O ， 含砂量均为 0 ． 2 。 2 ． 3 防塌工艺技术 1 提高钻井液滤液 的抑制性 ， 使用 F 3 6 7 、 P F D 等高分子量聚合物加强对钻屑的包被能力 ， 吸附在井 壁上 防止 泥页岩吸水膨胀 ， 造 成剥蚀掉块 。 2 使用 多软化点封堵 材料 ， 包 括聚合 醇、 P F T 和 T D W一 2白沥 青 ， 封 堵 地 层 裂 缝 、 孔 洞 ， 防止 破 碎 地层垮塌 ， 提高地层的承压能力 。 3 使用无渗透处理剂 D F - NI N一 Ⅱ， 它可以在井 壁岩石表面浓集形成胶束 ， 依靠惰性材料的架桥和 聚合物胶束 胶粒 的界面吸力作用及其可变形性封 堵岩石表面较大范围的孔喉 ； 在井壁岩石表面形成 致密无渗透封堵膜 ， 有效封堵不 同渗透性地层和微 裂缝泥页岩地层 ； 在井壁 的外 围形成保护层 ， 钻井液 及其滤液不会渗透到地层 中， 实现无滤失钻井成膜 效应 ， 进一步封堵微裂缝 、 孔洞 ， 从而提高地层 的承 压 能力 。 4 钻 井液 的 中压 滤 失 量 控 制 为 2 ～ 3 mL， 控制 高温 高压 滤失 量小 于 1 2 mL， 加入 0 ． 1 C R 一 1乳化 剂 ， 使封堵材料参 与泥饼 的形成 ， 使形成 的泥饼光 滑、 具有韧性 ， 减少引起泥页岩水化的机会 。 5 选择适当的钻井液密度平衡地层应力 ， 提供 有效应力支撑井壁， 尤其是解决膏层的“ 蠕变” 问题 特别有效。如普光 2 0 4 2 H 井在盐膏层钻进中出现 的 2次缩径， 都是通 过提高钻井液 密度得以解决。 对于产层， 选择适 当的钻井液密度有助于快速形成 薄泥饼保护油气层 。 6 有研究结果表 明， 特定 的石墨材料可以封堵 裂缝孔洞， 防止裂缝 、 孔洞扩张 ， 既能起到防漏 的作 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 钻 井液与 完 井 液 2 0 0 9年 1月 用 ， 同时也能防止破碎地层垮塌 。因此 ， 在施工中加 入约 2 ％的固体润滑剂 C NS 、 S D - 2 0 ， 利用其较高的 石墨含量降低钻井液摩阻， 同时进行封堵 防塌。 2 ． 4 固相控制及润滑防卡工艺技术 井下摩阻及转盘扭矩 的大小 ， 与钻具和井壁接 触面积的大小、 钻井液 的泥饼质量以及钻井液本身 的润滑性能有很大的关系， 同时与钻井液 的类型、 钻 井液中的粒度级配 ， 所使用的钻井液处理剂 ， 尤其是 润滑 剂 的选 择 ， 也 有 着极 为重 要 的关 系 。钻 井 液 摩 阻控制的核心是 固相监测 、 控制以及固相粒度级配， 润滑材料的使用作为辅助手段 ， 才能从根本上降低 钻井液摩阻， 控制 良好 的井眼轨迹 ， 将井下摩阻控制 为理 想 的状 态 。 1 加大包被剂的含量 ， 包被抑制钻屑分散， 控制 动切 力大 于 J 0 P a ， 将 包被 的钻 屑带 出井 眼 。 2 振 动筛使 用 孔 径 为 0 ． 0 7 6 ～ 0 ． 1 2 5 mm 的筛 布， 除砂器使用孔径为 0 ． 0 7 6 mm 的筛布， 使用率保 持为 1 0 0 。除泥 器 、 离 心 机 的使 用 率 保 持 为 3 0 ～ 6 O ， 具体使用时间根据监测的固相粒度分布数 据决定 。在第一时间将钻屑彻底清除 ， 避免钻屑反 复循 环将其 分散 成亚 微米 粒子 ， 参 与泥饼 形 成 ， 造 成 难 以逆转的钻井液摩阻增大。 3 经常对循环系统进 行人工清砂 ， 避免循环系 统 中沉积的钻屑反复参与循环 ， 从而分散。每钻进 8 o ～1 0 0 m 进行一次短程起下钻， 清除岩屑床 ， 利用 短程起下钻后钻井液强的携带性将残余的钻屑及时 带 离井 眼并 清 除 。 4 钻进过程 中， 每 2 d分析 1次钻井液固相粒 度分布 ， 结果见图 1 ～图 6 。根据分布图了解固相清 除情况 ， 同时查看 固相粒度分布是否合理 ， 必要时加 入 TD W一 2 、 P F T、 S D 一 2 0 、 C NS 、 聚合 醇等造壁材料 ， 补充 0 ． 1 乳化 剂 C R - 1 ， 将 沥青 乳 化后 参 与 泥饼 形 成。 蘩 整 粒径／ u m P为 1 ． 3 8 g ／ c m3 ， MB T为 2 3 ． 2 g ／ L， V 为 2 1 ％， F L H T H p 9 mL 图 1 普光 2 0 2 2 H井部分 固相 粒度分布 图 1 ～图 2的颗粒分布较广 ， 粒径分布范 围为 0 ． 5 ～1 0 m， 总固相含量较高， 达到了 2 2 ， 钻井液 摩 阻 系数大 于 0 ． 1 。 图 3 ～图 6的颗 粒分 布较 窄 ， 粒 径 分布 范 围为 0 ． 5 ～5 m， 小 于 1 m 的颗 粒在 总 固 相含量 中所 占的比例为 2 5 ～3 5 ， 总 固相含量相 对较低 ， 为 1 4 ～1 8 9 ／ 6 ， 钻井液摩阻系数为 0 ． 0 6 ～ 0 ． 0 8 ， 封堵材料在钻井液 中所 占比例 为 6 ～8 ， 钻井液摩阻控制 比较理想 。 孽 錾 粒- ／ r , m P 为 1 ． 3 5 g ／ c ms ， MB T为 2 4 ． 3 g ／ L ， 为 2 0 ％， F L H T H p 1 0 mL 图 3 普光 2 0 2 2 H 井井深 5 4 4 5 m粒度分 布 ＼ 嚓 粒径， 岫 P为 l _ 3 5 g ／ c m。 ， MBT为 2 4 ． 3 g ／ L， V。 为 z o ％， F LH T H P 为 8 mL 图 4 普 光 2 0 2 2 H 井井 深 5 6 9 5 m粒度分布 糕 粒径／ m P为 1 ． 3 5 g ／ c Ⅱ l 3 ， MBT为 2 3 ． 0 g ／ L， V。 为 1 9 ％ ， F LH T H P 为 6 mL 图 5 普光 2 0 2 2 H井井深 5 7 9 3 m 粒度分布 9 6 ＼ 哦 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 1期 龙大清等 普光气田超深水平井钻井g t x - 艺技术 5 9 梧 器 粒径， u m p 为 1 ． 3 5 g ／ c m3 ， MBT为 2 3 ． 0 g ／ L， V 为 1 9 ％， F L H T H P , d 6 mL 图 6 普光 2 0 2 2 H 井井深 5 8 7 4 m粒 度分 布 5 改善钻井液的滤失造壁性 ， 提高泥饼质量 ， 增 强泥饼的韧性 ， 有效地 降低井下摩 阻和转盘扭矩 。 具体措施是加入足量的降滤失剂 、 沥青类封堵材料 T D W一 2 、 P F T ， 以及 既降低 摩阻和高温高压 滤失 量 又 防塌 的防塌 润滑 剂 XC S - l I、 J D 一 6 。 6 将 固体润滑剂 S D- 2 0 、 C NS 、 HZ N一 1 0 1 和液 体润滑剂 C F K一 1 、 XC S - l l I 复合使用， 能很 大程 度 地提高钻井液的润滑性 ， 充分降低井下摩阻和转盘 扭矩 。普 2 0 2 2 H 井 实钻 井下 摩 阻情况 见表 3 。 2 ． 5 H S的防护技术 进入产层后 ， 地层流体 中富含 H S ， 对 钻井安 全特别 是人 身 安全构 成严 重威 胁 。在施 工过 程 中采 取了以下措施 。①提高 钻井液 的 p H 值并保 持在 1 O以上 。② 提 前 发 现 H S ， 采 用 坚 决 压 死 的 方 法 ， 杜绝 H s成分侵入井 内。③严密监测钻井液 的各 项性能变化并及时调整 。④按设计要求储备足量 的 加重剂 、 除硫剂 和堵 漏剂 按设 计储备好压井 钻井 液 。⑤确定有 H。 s侵入后 ， 使用除硫剂 碱式碳酸 锌 清除 H s 。 表 3普 2 0 2 - 2 H井实钻井下摩 阻情况 2 ． 6井漏的预防 通过加入沥青类处理剂、 无渗透材料 、 乳化石蜡 等， 提高钻井液对地层孔隙和微裂缝 的封堵、 胶结能 力， 减少钻井液中 自由水的侵入， 提高井壁附近泥饼 特别是内泥饼 的形成质量和速度 。但 由于地层的 复杂 ， 在普光 2 0 2 2 H 井 飞仙关组产层发生 了 4次 漏失 。考虑到该井井斜角大 ， 采 用了孑 L 径为 0 ． 0 7 6 mm 的振动筛 ， 但随钻堵漏剂材料过不 了振动筛 ， 钻 屑粒 径绝 大部 分为 0 ． 0 7 6 ～0 ． 1 2 5 mm， 且 钻井 液 中 加入 了沥青、 无渗透 、 聚合醇等封堵材料 ， 可对产层 微裂缝、 孔隙实施封堵 ， 因此采用了适当降低钻井液 密度和静止堵漏的方法 ， 均能恢复钻进 ； 如果不能恢 复钻进 ， 则采用无渗透堵漏浆进行堵漏， 避免因随钻 堵漏剂混入后引起井下摩阻大幅上升， 给后续施工 带来不 良影响。具体情况见表 4 。 表 4 普 2 0 2 ． 2 H井井下漏失情况统计表 注 漏 失 类 型 为 裂 缝一 孔 隙 ； 层 位 为 3 - 1层 。 3 钻 井 液应 用效 果及 认 识 1 ．聚合醇一 聚磺钾盐钻井液具有抑 制性强、 防 塌效果好、 高温稳定性强 、 维护周期长、 流变性和润 滑性好 、 井径规则 、 携岩能力强的特点 ， 保证 了井眼 清洁、 起下钻及完井作业的顺利进行 。 2 ．在钻井过程 中， 采取的防盐膏层溶解及塑性 变形的钻井液技术较好地解决 了雷 口坡组 、 嘉 陵江 组地层的盐膏污染问题 ； 预防岩屑床形成及其破坏 技术成功解决了井下岩屑床形成 的问题 ； 防塌工艺 技术很好地解决了井下地层 的坍塌、 膨胀问题 ； 润滑 防卡工艺技术成功解决 了水平井 因摩阻和扭矩过大 难以施工的难题 ； H。 S的防护技术很好地 保证了钻 井 的安 全施 工 。 3 ．该地区超深水平井钻井液的固相控制好 ， 膨 润土含量和固相含量均被控制在设计低 限， 密度一 直控制在设计下限 ， 剪切稀释性强， 触变性好 ， 对井 眼 的净 化 能力强 ， 从 而充分 保证 了井 下 的安全 。 收稿 日期 2 0 0 8 0 9 0 8 ； HG F0 9 0 1 W9 ； 编 辑 汪桂 娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m