高密度油包水钻井液在大古3井中的应用.pdf

第 3 1 卷 第 2期 2 0 l 4年3月 钴井 液与 完井 液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLET1 0N FLUI D V0 1 ． 3 l NO ． 2 M a r ．2 0l 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 1 0 高密度油包水钻井液在大古 3井中的应用 潘丽娟 ， 王悦坚 ， 于培志 ， 刘彪 1 ． 西北油田公司T程技术研究院，乌鲁木齐 ； 2 ． 中国地质大学 北京 T程技术学院，北京 潘丽娟等 ． 高密度油包水钻井液在大古 3井中的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 O 1 4 ，3 1 2 3 5 3 8 ． 摘要 大古 3井是塔里木盆地库车山前地区的一 口重点探井。该井四开 2 l 5 ． 9 mm裸眼井段压差卡钻风险大， 白垩系舒善河组地层具有极强的水化能力和一定的硬脆性，极易水化掉块造成硬卡，现场采用强抑制强封堵 KC I 一阳离 子乳液聚磺钻井液仍无法满足钻井要求，复杂处理时间长达 6 O ． 9 3 d 。通过室内实验研制 了一套密度为 1 ． 6 3 g ／ c m 、油 水比为 8 0 2 0的油包水钻井液，该体系的抑制性强，抗高温、抗水和抗土污染的能力强，且塑性黏度高 、沉降稳定性 好，通过强化抑制和减弱冲刷 2方面作用来稳定地层，解决了大古3井的泥岩掉块问题，同时较水基钻井液钻时更快， 为优化库车山前地 区钻井工艺奠定了坚实基础。 关键词 压差卡钻 ； 剥落掉块 ； KC 1 阳离子乳液聚磺钻井液 ； 油包水钻井液 ；大古 3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 4 0 2 - 0 0 3 5 0 4 大古 3井是巾石化西北油 田公司部署在塔里木盆 地库车山前地 区的一 口重点探井 ，目的层位为古生界 寒武系，完钻井深为 7 0 9 1 m。该井采用五级结构 ， 钻井周期为 4 3 0 ． 0 5 d ，其 中四开钻井周期为 2 4 0 ． 1 9 d ， 占全井钻井周期的 5 5 ．8 ％，四开舒善河泥岩水敏性极 强 ，并且具 有一定 的硬脆性 ，强抑制性 K C 1 ． 聚磺钻 井液无法满足钻井要求 ，掉块阻卡及坍塌埋钻的复杂 处理时间为 6 0 ． 9 3 d ，占四开钻井周期的 2 5 ． 3 7 ％。 1 钻井液技术难 点及对 策 大古 3井井身结构及其钻井液技术难点见表 1 。 借鉴邻井亚肯 3井和大古 2 井在浅层井段的成功经 验，大古 3 井二开采用高黏度的聚合物钻井液维持井 壁稳定和井眼清沽 ； j开采用 K C 1 一 欠饱和盐水聚磺 钻井液，降低石膏对钻井液性能的影响，通过非渗透 处理剂和屏蔽暂堵剂强化对地层的封堵 ，解决 了压差 卡钻问题 ⋯；四开采用强抑制性 K C 1 ． 阳离子乳液 聚 磺钻井液钻至巴什基奇克组井深 6 2 7 3 ． 9 5 m处 ，发生 钻具瞬间卡钻，解卡失败后同填侧钻，钻至舒善河组 井深 6 7 9 9 ．5 8 m处，井内掉块现象严重，多次发生起 钻后不能下钻到底 、 划眼憋停转盘的情况，返出的舒 善河组泥岩掉块 巾最大长 宽 厚达到 1 3 c m1 ． 0 c m0 ． 5 c m 和 6 ． 5 c m 3 ． 5 c m 1 ． 0 c m 见图 I 。现 场通过逐步提高钻井液密度至 1 ． 6 3 g ／ c m 地层压力 系数为 1 ．3 0 ～1 ．4 5 ，添加聚胺抑制剂复配氯化钾， 以强化钻井液的抑制性 ，添加高软化点阳离子乳化沥 青复配非渗透处理剂，以进一步增强体系封堵性能， 强钻至井深 6 9 5 5 ．3 m过程中， 掉块问题仍未能解决。 通过对大古 3井舒善河组泥岩样品进行全岩矿物 和黏土矿物分析 见表 2 ，显示样品含有一定量的方 解石或 白云石 ， 这些矿物在一定程度上增强岩石硬度 ， 故当出现掉块时 ，极可能导致硬卡 ； 黏土矿物以伊利 石或低混层比的伊 ／ 蒙混层和绿泥石为主，这些高伊 利石化的泥岩具有一定硬脆性， 因此若发生井壁失稳， 将以剥落掉块为主。进一步对舒善河组泥岩样品进行 加水 ／ 加白油浸泡实验 ，加水样品经 2 mi n即分散崩 塌 见图 2 ，而加 白油样 品经过 l h仍保持原状，证 实了该泥岩水敏性极强，水化分散极快且彻底。 油包水钻井液由于具有低滤失量和高塑性黏度， 能够从强化抑制和减小冲刷 2方面稳定井壁 ，【大 】 此抑 制坍塌效果优于其他常用钻井液体系[2 -4 ] o为此，大 古 3 井四开决定更换油包水钻井液体系。 第一作者简介 潘丽娟，助理工程师，2 0 1 1 年毕业于西南石油大学应用化学专业，现在从事钻井液工艺技术研究工作u地 址 新疆乌鲁木齐新市 区长春南路 4 6 6号西北油田分公司科研生产 园区 ；邮政编码 8 3 0 0 1 1；电话 0 9 9 1 3 1 6 1 1 5 6； E - ma i l p a n l ij u a n 1 9 8 3 1 0 0 1 1 6 3 ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 钨井液与 完井液 2 0 1 4年 3月 r 6 6 0 ． 4l 5 5 5 0 8l 5 4 ． 1 二 开4 4 4 ． 53 l 0 0 3 3 9 ． 73 0 9 9 ． 3 {开3 1 1 ． 2 x 5 6 4 2 2 2 4 4． 5 x 3 5 2 5 7 6 7 4 ．6 O 四 J f 7 ． 1 9 Q 55 ． 1 0 N2 上部地层胶结疏松易垮塌．要求钻外液有较高的黏 度切力值，维持片壁稳定．增强携岩能力 2 1 5 ． 96 2 7 3 ． 5 9同填钻塞至 6 0 1 5 m 1 0 3 ． 8 5 2 l 5 ．96 7 9 9 ． 5 8 更换油包水钻蚪液9 5 ． 2 6 1 7 7 8 5 4 41 ． 7 21 5． 96 9 55 ． 3 41 ． 08 ～ 6 9 5 4 ．4 五开1 4 9 ． 27 0 9 1 裸眼完井 巨 、 E1 ．2 k『 1 _ Kl b s 、 KI h 、 K K． ． ． 1 6 ． 8 0 ∈ 大段的膏质软泥岩易水化膨胀缩径，造成起下钻阻卡严蓖，尤其 吉迪克组泥岩富含 膏，并且发育高压盐水层，要求钻井液有 良好的抗钙污染能力，同时做好高密度下的防压差 钻措施 一 是巴西盖组及舒善河组地层包含了高压气层 ，要求及早提高 钻”液密度，f 【 1 库姆格列小群和巴f 1 ‘ 蟮奇克组义存在渗透性强 的砂砾柑，高密度下的压差卡钻风险大 ； 二是舒善河组硬脆 性泥页岩水化能力强 ，掉块 钻及坍塌埋钻的风险很大这 就要求钻井液体系适时根据井下地层情况进行性能调节 碳酸盐岩储层裂缝较发育 ，要求钻片液做好防漏措施 表 2 大古 3井舒善河岩样全岩矿物 分析和黏土矿物分析 矿物种类 干 【 l 量 ／ ％ 石英 解 7 f 石自石 H更亦 云品 铁 石 矿 黏土 黏土矿物相 混层比 ％ 星 蒙} 昆利岭 泥 蒙混 蒙混 蒙混 ／ ％层石 石 石层 层 层 4 3． 5 8 ． 4 l 8． 1 6 ． 1 4． 2 1 9 ． 7 3 6 26 6 l 2 2 0 3 2 ． 7 l 1 ． 7 1 1 7 ． 9 5 ． 9 3 0 ． 8 7 7 0 8 l 5 图 l 振动筛返 的舒善河组泥岩掉块 2 舒善河组泥岩加水浸泡 2 mi n 2 室 内研 究 2 ． 1 油包水钻仆液西 己 片及性能 通过室 内实验 和现场反馈 资料 ，确定 了各种处 理剂的最佳加量 ，最终形成可用于大古 3井四开钻进 的密度 为 1 ． 6 3 g ／ c m 、油水 比为 8 0 2 0 白油和 2 0 ％ Ca C 1 水溶液的体积比 的油包水钻井液配方如下 0 ． 5 3 I T I 3 自油 0 ． 1 7 m 淡水 氯化钙 6 2 k g ／ m MU L主乳化刹 l 7 k g ／ m C OA T辅乳化剂 l 1 ． 5 k g ／ m P L U S有 机 土 l 4 ． 5 k g ／ m S O L T E X降 滤 失 剂 l I ． 5 k g ／ m 氧化钙 2 3 k g ／ m 超细凝胶封堵 剂 2 0 k g ／ m 活化重晶石 8 6 7 k g ／ m 体 系经 I 5 0 c 【 、l 6 h热滚后性能基本稳定 见表 3 ， 表明其抗温性能 良好 ； 对 比聚胺 一 KC I 水基钻井液 ， 研制的油包水钻井液塑性黏度高 、滤失量低 ，这对抑 制泥岩坍塌尤为重要。 表 3 密度为 1 ． 6 3 g ／ c m 油包水钻井液热滚前后的性能 钻 井 液橐 F V／m PP V／． YPP ／ PG ，ePl／ F mL AL,I『 F LmIITLH ， EvS／ 注 热滚条件为 l 5 0 0 【 、1 6 h ，性能测试温度为 5 0 2 ． 2 油包水钻井液沉降稳定性评价 将经过 l 5 0 q 、l 6 h热滚后的油包水钻井液依次 静置 2 4 、4 8 、7 2 h ，测得钻井液的上下部密度差小于 0 ． 0 2 g ／ c m ，表明体系具有较好 的沉降稳定性 。 模拟井底高温条件，将油包水钻井液在 l 5 0 滚 子炉内静置 2 4 、 7 2 h ，测得钻井液的上下部密度差不 超过 0 ． 0 2 g ／ c m ， 体系的黏度、 切力随静置时间的延长 有所增加，但幅度不大， 而且动塑比在 0 ． 3 8 1 ～0 ．5 2 8 P a ／ m P a S 之间，表明该体系具有优良的剪切稀释性 和悬浮携岩能力 ，实验结果见表 4 。 2 ． 3 抗污染性能 1 抗水污染的性能。室 内评价 了该油包水钻井 液的抗水污染性能，老化条件为 l 5 0 、1 6 h ，结果 、 、 E ● K k 一 N 7 7 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 l 卷 第2 期 潘丽娟等高密度油包水钻井液在大古3 井中的应用 3 7 见表 5 。由表 5 可知，油包水钻井液受水侵污染后， 体系的黏度和切力有所升高，但幅度不大，滤失量变 化小 ，说明抗水污染能力强 ； 但当水侵量达到 6 ％以 上，体系的塑性黏度增加明显，滤失量和电稳定性值 变化大。因此 ，在该钻井液的应用过程中，应避免用 水直接冲洗振动筛，以防止钻井液性能波动。 表 4 密度为 1 ． 6 3 g ／ c I I l 3 油包水钻井液在 1 5 0 o C 静置前后性能 t 甍 | 3 YP | G | F L 一| Y P／ PV ES ／ h g ／ e m mP a S P a P a ／ Pa mL P a ／ mP a S V j ● ⋯J ● 表 5 密度为 1 ． 6 3 g ／ c m 油包水钻井液的抗水污染性能 7 ＼ 慢人 ； _ p v | Y P | Ge l 1 F L H T H P ／ E S ／ 量 ／ ％ 条件mP a． s P a P a P a mL V 注 热滚 条件 为 1 5 0 、1 6 h ，性 能测试温度为 5 0℃。 2 抗劣质土污染的性能。与抗水侵污染的实验 条件相同，室内评价了该油包水钻井液的抗劣质土污 染性能 见表 6 ，结果显示油包水钻井液受劣质土 污染后，性能变化不大 ； 但随着土加量的增大，体系 的固相含量增加 ，黏度和切力有所升高。因此 ，在该 钻井液的应用过程中，应加强固控设备使用，保证油 包水钻井液具有稳定的性能。 2 ． 4 抑制性 1 高温高压线性膨胀实验。将大古 3 井舒善河 组泥岩钻屑粉碎成粒径在 O ． 1 5 4 llq m左右的颗粒，烘 干，准确称取 1 0 ．0 g于 5 MP a 、1 0 min 条件下压制成 岩心，8 0℃、5 MP a 条件下，采用高温高压智能膨 胀性测定仪测定其在油包水钻井液中的 1 6 h 膨胀率。 实验结果显示，钻屑粉 6 0 mi n 后高温高压膨胀率趋 于平缓，1 6 h 后膨胀率小于 1 ％，表明油包水钻井液 的抑制性能优 良。 2页 岩 滚 动 回 收率 实 验。将 粒径 为 2 ． 0 ～3 ． 2 1／ 1 1／ 1 的大古 3 井舒善河组泥岩钻屑若干，烘干，准确 称取 5 0 ．0 g 加入装有油包水钻井液的高温老化罐内， 摇匀 ，在 8 0℃滚动 1 6 h 后，用孔径为 0 ．4 5 ii l in的筛 过滤出未分散的钻屑，干燥称重为4 7 _3 g ，计算滚动 回收率为 9 4 ． 6 ％， 进一步证实油包水钻井液抑制性强。 表 6 密度为 1 ． 6 3 g ／ e ra3 油包水钻井液的抗劣质土污染性能 3 现 场应 用与评价 3 ． 1 油包水钻井液转化技术措施 1 室 内小 型实验。基于室 内研究成果 ，采用有 机土含量为 1 5 k g ／ m。 左右的油包水基浆，依据钻井 液配方组成，每种处理剂先按设计加量的5 0 ％加入， 测试体系性能。根据测试结果，调整处理剂加量，优 化出现场转化的钻井液配方。 2井浆现场配制。按照小型实验确定的钻井液 配方 ， 在有机土含量为 1 5 ／ m 左右的油包水基浆中， 循环加入处理剂胶液，使钻井液I生 能达到设计要求。 3 ． 2 油包水钻井液维护技术措施 1 井液密度。 ①使用V e r s a c l e a n 油包水钻井液， 确保 A P I 滤失量为零，高温高压滤失量不大于 4 m L， 提高了抑制水化性能。但由于钻井液的油水比随密度 的增加而提高，控制较低的钻井液密度，可降低油水 比至 7 0 3 0 ，控制 钻井液成本。因此 ，在满足井控 安全和井壁稳定的前题下， 应尽可能地控制低的密度。 实钻过程中，应根据短程起下钻、通井时的振动筛返 出岩屑情况，保持密度相当于钻进时的当量循环密度 值，以保证长时间静止状态下的井眼安全。②加重剂 应采用保护油层加重剂，要求密度不低于 4 ．0 g ／ c m ， 以获得较低的钻井液固相含量，这对获得低的流变性 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 钻井 液与 完井液 2 0 1 4年 3月 参数、使当量循环密度值较低尤其重要。 2 氧化钙。适量的多余氧化钙对保持体系的高 温稳定性和防止电解质发生电离有着决定性作用，并 为主、辅乳化剂和其他处理剂提供适当的碱性环境， 以获得较佳的处理效果，因此，应维持油包水钻井液 中剩余氧化钙含量在 5 ～9 k g ／ r n 之间。 3 主要维护工艺。该油包水钻井液体系配方简 化，维护简单。钻进过程中，根据 日消耗量及时补 充 3 白油 建议划眼时 E t 补充量为 1 ． 5 m 左右 ； 钻 进时日补充量在 3 ． 5 m 。 左右 ，同时结合油水比值变 化情况补充 MU L及 C O A T ，维持乳化性能稳定，现 场建议 2 者同时等体积加入，勤测电稳定性 E S 值， 要求其值不低于 4 0 0 V，连续 2 次’狈 4 定值变化不得超 过 1 0 0 V； 根据钻井液高温高压滤失量变化适时补充 S O L T E X等，严格控制高温高压滤失量不超过4 m L 。 4固控工艺。钻井液低 密度 固相含量小于 6 ％ 是非常必要的。现场应配备振动筛 2 台， 筛布孔径不 小于 0 ． 1 2 5 I Il l“Y l ，高效固控不仅有利于体系性能维护， 更能避免钻屑反复破碎，降低钻屑携带导致的钻井液 消耗量 ，节约成本 。 3 ． 3 现场应用效果 大古 3 井自白垩系舒善河组 6 7 9 9 ． 5 8 1T I 顶替完上 述油包水钻井液后， 充分循环钻井液并进行通井作业， 以破坏原来水基钻井液形成的旧泥饼，最大程度地利 用油包水体系改善井壁稳定性，充分形成优质泥饼。 通过对 比现场钻进中振动筛返 出的岩屑和上提下 放的摩阻及阻卡情况 ，可明显看出井壁稳定性得到了 明显的改变 上部库姆格列木群和巴什基奇克组地层 的压差卡钻问题和下部舒善河泥岩掉块问题均得到了 有效解决 ； 钻进至亚格列木组底 6 9 5 5 ． 3 m 四开中完， 电测和下套管一次成功，且油包水钻井液钻进井段的 井径较水基钻井液钻进井段的井径明显规则，进一步 证实了井壁的稳定。如果考虑钻头直径及井深对钻时 的影响，使用油包水钻井液钻时比水基钻井液钻时要 快得多 见表 7 、图 3 。 表 7 水基钻井液、油包水钻井液的现场应用效果对比 钻井液 摩阻几 ⋯ 。 s 2 s 油 包 水2 ～ 8 不 存 在 不 存 在2 _3 1 ．2 1 o 8 ．9 1 ．9 9 二 _ 璧 3 0 0 5 0 1 5 0 萎1 0 o。 0 5 6 0 0 5 8 0 0 6 0 0 0 6 2 o o 6 4 o o 6 6 o o 6 8 o o 7 O o o 井深， m 图3 大古 3 井四开井深 ． 钻时关系曲线 4 结论 1 ． 大古 3 井舒善河组泥岩具有极强的水化能力和 一 定的硬脆性， 极易剥落掉块造成硬卡，强抑制、强 封堵 K C 1 ． 阳离子乳液聚磺钻井液仍无法满足钻井要 求的情况下，油包水钻井液通过从强化抑制和减小冲 刷 2方面实现地层稳定 ，满足防塌要求。 2 ． 研制 的密度 1 ． 6 3 g ／ c m 、油水 比为 8 0 ／ 2 0的油 包水钻井液抑制性强、抗温和抗污染性能稳定，且塑 性黏度高、沉降稳定性好，解决了大古 3 井舒善河组 泥岩的掉块问题 ，同时较水基钻井液的钻时更快 ，为 优化库车山前地区钻井工艺奠定了坚实的技术基础。 参 考 文 献 [ 1 ] 杨子超 ． 大古 2井超深复杂井钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完 井液，2 0 1 1 ，2 8 4 8 4 ． 8 7 ． Ya n g Zi c h a o ． Dr i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y f o r u l t r a d e e p we l l i n D a g u 一 2 [ J ] ． Dr i l l i n gF l u i d＆C o m p l e t i o n F l u i d ， 2 0 1 1 ， 2 8 4 8 4 8 7 ． [ 2 ] 董耘， 刘勇， 张昆， 等 ． 高密度硬胶极压型油包水乳化钻井 液在定向井的应用 [ J ] ． 钻采工艺，2 0 1 0 S 1 1 5 3 ． 1 5 5 ． Do n g Yu n，Li u Yo ng，Zh a n g Ku n，e t a 1 ． Ap pl i c a t i o n o f h i g h - d e n s i t y e x t r e me - p r e s s u r e wa t e r -- i n - o i l e mu l s i f i e d d r i l l i n g fl u i d o n d r e c t i o n a l we l l s [ J ] ． Dr i l l i n g＆P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y ，2 0 1 0 S 1 1 5 3 1 5 5 ． 【 3 】 周定照，陈平，田峥 ． 白油基钻井液在冀东浅海区域的 应用 [ J ] ． 石油钻采工艺 ，2 0 1 2 S 1 3 4 ． 3 6 ． Zh o u Di n g z h a o，Ch e n P i n g，T i a n Zh e n g ． Ap p l i c a t i o n o f wh i t e o i l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d i n s h a l l o w w a t e r a r e a o f j i d o n g o i l fi e l d [ J ] ． O i l Dr i l l i n g P r o d u c t i o n T e c h n o l o gy，2 0 1 2 S 1 3 4 ． 3 6 ． [ 4 ] 刘绪全，陈敦辉 ，陈勉，等 ． 环保型全油基钻井液的研 究与应用 [ J ] _ 钻井液与完井液，2 0 1 l ，2 8 2 1 0 1 2 ． Li u Xu q u a n，C h e n Du n h u i ，Ch e n Mi a n，e t a 1 ．S t u d y o n e n v i r o n me n t a l f r i e n d l y wh o l e w h i t e o i l b a s e d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． Dr i l l i n gF l u i d ＆C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 1 1 ， 2 8 2 1 O 一 1 2 ． 收稿 日期2 0 1 3 1 1 ． 1 2 ；HG F 1 4 0 2 F 7 ；编辑付明颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m