涠西南地区探井钻井液技术

涠西南地区地质构造复杂,在钻井过程中极易发生井壁坍塌、漏失,甚至发生卡钻事故.通过分析研究涠西南地区易垮地层岩性、硬脆性泥页岩的垮塌机理,介绍了在该地区探井中使用的低渗强封堵水基钻井液.现场应用表明,该钻井液有良好的封堵性和润滑性,高温高压滤失量小、泥饼渗透率低,基本保证了井壁的稳定及井下安全.应用该钻井液的井,井径较规则,无井下复杂情况,表明该钻井液较好地解决了涠西南地区的井壁稳定问题.     

胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系研究与应用

济阳坳陷沾化凹陷桩西古潜山披覆构造带南部桩64-平1井的斜井段、水平段位于上第三系东营组底部和下第三系渐新统沙河街组一段,该地层为泥页岩、油泥岩、灰色泥岩夹层,极易发生坍塌掉块、井壁失稳等井下复杂情况。针对这一难点,结合室内实验研究,选择了胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系,利用胺基硅醇的强抑制性抑制泥页岩、油泥岩水化膨胀,利用强抑制钻井液体系的高膨润土容量限,提高体系的优质黏土含量,并复配封堵防塌材料对地层微裂缝进行封堵,有效地避免了钻进易坍塌地层出现掉块、井壁失稳等井下复杂情况。     

天长深层泥页岩井壁失稳机理及防塌对策

天长地区深层泥页岩钻井中发生井壁失稳,造成起下钻遇阻、长时间划眼、电测阻卡、填井侧钻等复杂事故,大幅增加钻探成本,影响钻井速度和电测资料的获取,延误该区深层油气藏勘探开发进程。为此,通过对已钻井资料及坍塌层组构特性分析,探讨了阜宁组泥页岩井壁失稳机理,研究提出整体抑制、分级封堵、协同增效的钻井液防塌对策。在室内研究基础上,采用聚胺、聚醚多元醇及纳米封堵剂与江苏油田常用复合金属离子聚合物钻井液体系复配,建立了强抑制强封堵聚醚醇胺钻井液体系配方。室内研究与现场应用表明,该体系能有效抑制天长地区深层阜宁组硬脆性泥页岩井壁失稳,为深层硬脆性泥页岩地层钻井施工提供了钻井液技术借鉴。     

油基钻井液的封堵性能研究与应用

在涠洲12-1北油田一期工程中使用油基钻井液后事故率明显降低,但仍未能彻底解决涠二段硬脆性泥页岩井壁稳定性问题。对进一步加强油基钻井液的封堵能力进行了室内研究。通过在油基钻井液中引入超微细颗粒材料、纤维材料、变形材料和粘弹性材料,可大幅度提高其封堵能力。在涠洲12-1北油田二期工程中应用了加强封堵能力的油基钻井液,结果钻井施工非常顺利,几乎无井下复杂事故。室内评价及二期工程实践结果表明,增强油基钻井液的封堵能力对保持硬脆性泥页岩井壁稳定至关重要。     

强封堵油基钻井液体系在W11-4D油田的应用

中国南海西部北部湾油田的涠州组二段和流沙港组二段水敏/硬脆性泥页岩层理和微裂缝较发育,而且微裂缝发育的大小没有规律,坍塌应力大,极易垮塌,给钻井作业带来很大困难。中海油服泥浆中心对涠二段和流二段水敏/硬脆性泥页岩的垮塌机理进行了深入研究,在总结北部湾油田易垮塌地层使用油基钻井液经验的基础上,提出有效的封堵方法是以多粒径的封堵材料以及运用多种封堵机理进行综合封堵,使钻井液在近井壁附近形成一层“隔离膜”,从而增强泥饼对地层的封堵效果。通过进行一系列的室内配伍试验,形成了一套具有强封堵能力的油基钻井液体系,并将其成功应用于W11-4D油田的开发中,解决了北部湾油田泥页岩坍塌垮塌问题。     

钻井液封堵性对徐闻区块涠三段井壁失稳的影响

在徐闻区块钻井过程中,钻遇涠洲组时发生了井塌等井下复杂事故,但通过对测井数据和地层3个压力剖面数据分析,发现钻井使用的钻井液密度均高于地层坍塌压力当量密度,且涠三段地层层理裂隙比较发育。利用给出的坍塌压力当量钻井液密度简化计算式,计算了钻井液浸泡后岩心坍塌压力的变化,其结果表明,随着钻井液浸泡时间的增加,岩石强度下降,进而造成地层坍塌压力大幅度增加,岩心浸泡5 d坍塌压力增加了12.15%。对涠三段地层井壁失稳情况及影响因素进行了分析,认为该层位井壁失稳机理为:钻井液封堵性不足以阻止钻井液滤液侵入地层,造成地层强度下降和近井壁孔隙压力升高,进而导致地层坍塌压力升高,诱发井壁坍塌。采用有机盐、包被剂和胺基抑制剂改善了钻井液抑制性,采用ZHFD、QS-4和NFA-25作为封堵剂,形成了强封堵强抑制的有机盐胺基钻井液,延长了井壁坍塌周期,有效解决了涠三段井壁失稳的技术难题。      

氯化钾聚合醇钻井液在涠西区块定向井应用效果分析

针对涠西区块复杂井段钻井液的使用要求,基于涠西区块定向井钻井施工现象,对氯化钾聚合醇钻井液在该区域定向井应用效果进行了分析,结果表明:氯化钾聚合醇钻井液能够基本满足涠西区块定向井钻井施工要求,但没有彻底解决涠二段到流二段井壁垮塌问题,需要进一步对钻井液体系及性能进行优化,以便更好地解决复杂井段井壁垮塌问题,确保后续定向井及水平井钻井施工安全。     

涠洲W油田全油基强封堵钻井液技术

涠洲W油田涠二段易垮塌地层所用常规油基钻井液油水比和破乳电压低,乳化状态稳定性不够,易引起地层泥页岩水化分散,给井壁失稳和储层保护造成困难。在分析涠二段硬脆性灰色泥岩垮塌机理基础上,通过提高油水比来提高钻井液的乳化稳定性、优化复合粒径封堵材料,构建了全油基强封堵钻井液体系。室内性能评价结果表明,优化后的全油基钻井液乳化稳定性强,塑性黏度小、滤失量小、封堵承压效果好,抗水和土污染能力强。全油基强封堵油基钻井液体系已在涠洲W油田11口定向井中取得成功应用,解决了超千米长裸眼涠二段易垮塌地层井壁失稳问题,同时储层保护效果良好。本文研究成果可为类似硬脆性泥页岩易垮塌地层钻进和储层保护提供借鉴。     

层理性泥页岩地层井壁坍塌控制方法研究

涠州12-1北油田涠二段泥页岩地层层理发育、水敏性强,虽然采用了油基钻井液钻进,但井壁垮塌等井下复杂情况仍频繁发生。该油田涠二段地层岩石力学试验结果表明,涠二段泥页岩强度具有显著的各向异性,其受到的最大主应力方向与层理面法向之间的夹角为30°～70°,岩心易发生沿层理面的剪切滑移破坏,强度远低于最大主应力方向与层理面法向平行时的最大强度,这是造成定向井井壁失稳的主要原因。结合岩石力学试验结果,将层理性泥页岩视为横观各向同性材料,建立了合理钻井液密度的确定方法,确定了定向井坍塌压力随井眼轨迹的分布规律。利用定向井坍塌压力随井眼轨迹的分布规律,对该油田的定向井钻井液密度和井眼轨迹进行了优化,成功解决了涠二段地层的井壁失稳问题。      

微纳米封堵技术研究及应用

KL3-2油田开发井中东营组下段和沙河街组泥页岩易剥落掉块,导致严重的井下复杂情况。通过X射线衍射、扫描电镜、孔径分布测试、理化性能分析、岩样浸泡实验、岩样自吸水实验等,分析了该地层井壁失稳机理。结果表明:该地层脆性矿物含量高达60%以上,膨胀性黏土矿物含量低,基质微孔隙、微裂缝、层理发育,属于典型的硬脆性泥页岩。钻井液滤液在毛细管力和压差作用下沿微裂缝侵入地层内部,微裂缝、微裂隙的延伸、扩展是泥页岩地层井壁失稳的主要原因。钻井液技术对策为加强微孔、微裂缝的封堵,加强抑制,研选了微纳米封堵剂HSM和页岩抑制剂胺基硅醇HAS,构建了防塌钻井液体系。评价表明,该体系能够有效地封堵泥页岩微孔、微裂缝,阻缓压力传递。现场应用表明,微纳米封堵钻井液能显著改善滤饼质量,降低滤失量,大大减少了钻井液滤液由于压差作用侵入地层,防止由其引起微裂缝、微裂隙延伸、扩展而导致井壁不稳定和各种井下复杂情况的发生。      

氯化钾聚合醇强抑制封堵钻井液体系在H2井的应用

H2井作为一口在北部湾盆地WX勘查区海中凹陷斜坡带勘探的重点探井意义重大。在该区块浅部地层钻进时易发生缩径垮塌、断层漏失问题;中深部地层因存在异常高压区域而易垮塌。H2井同时还是一口大斜度定向井。在此井应用了氯化钾聚合醇强抑制封堵钻井液体系,改善和延缓泥页岩微裂缝发育所导致的井壁缩径、垮塌,有效控制了钻井液的悬浮携带性,并提高了泥饼质量,保证了钻井顺利进行。介绍了其具体应用及施工效果,表明该体系具有流变性好、携岩能力强、抑制润滑性突出、防塌效果显著等优点,同时兼顾地质与工程要求。     

务古4井复杂深井钻井液技术

务古4井为一口重点探井,完钻井深5 750 m。该井二开裸眼井段钻遇巨厚层泥岩,选用聚磺钻井液体系,解决了地层严重造浆及井眼稳定问题;三开裸眼井段存在多套压力系统和多处断层,钻遇石膏、含膏泥岩、大套玄武岩以及凝灰岩和碳质泥岩等地层,特别容易发生坍塌和井漏,井壁极为不稳定。现场采用有机盐钻井液体系,有效解决了石膏、膏泥岩污染和严重井壁垮塌导致的大段划眼、严重蹩钻及遇阻卡等复杂问题;添加低渗透处理剂和屏蔽暂堵剂及复合堵漏剂,提高井壁的承压能力,解决了三开施工出现的压差卡钻风险,确保了钻井安全顺利,完井电测一次成功,钻井周期大幅度降低。     

顺北油气田鹰1井超深井段钻井液关键技术

鹰1井是顺北油气田的一口超深重点风险预探井,设计井深9 016.85 m（垂深8 603.00 m）。该井超深井段志留系柯坪塔格组与奥陶系桑塔木组等硬脆性泥岩地层、志留系裂缝性地层和奥陶系破碎性地层,在钻进过程中易出现井眼失稳、井漏、坍塌掉块等井下故障。为此,通过室内试验研究,分析了该井超深井段硬脆性泥岩地层井眼失稳机理、强压力敏感性裂缝性地层漏失原因及破碎性碳酸盐岩地层井眼失稳原因,应用“多元协同”井壁稳定基本理论,构建了SMHP–1强抑制强封堵钻井液,并制定了针对性强的防塌防漏技术措施。该井顺利钻穿大段硬脆性泥岩、裂缝性地层和破碎性地层,未发生井眼失稳及钻井液漏失,顺利钻至井深8 588.00 m完钻,创亚洲陆上井深最深纪录。现场应用表明,SMHP–1强抑制强封堵钻井液能够解决深部地层大段泥岩及破碎性地层的井眼失稳与漏失难题,为国内外深井超深井安全钻进提供了技术借鉴。      

顺北蓬1井444.5 mm长裸眼井筒强化钻井液技术

针对顺北蓬1井二开444.5 mm长裸眼井段钻遇的三叠系泥岩地层易水化膨胀和井眼失稳,二叠系巨厚火成岩地层裂缝孔隙发育、易发生掉块垮塌和井漏等问题,研究了井筒强化钻井液技术。在分析三叠系地层井眼失稳机理及二叠系地层井漏原因的基础上,制定了防塌防漏技术对策,优选了抑制剂SMJA-1、防塌剂SMNA-1和封堵剂SMGF-1等关键处理剂,构建了强抑制强封堵钻井液体系。现场应用显示,二开钻进期间,钻井液性能稳定,泥岩钻屑棱角分明、完整度高;裸眼段井眼稳定,起下钻顺畅;钻井时间逾90 d,平均井径扩大率仅4.7%。应用效果表明,以强抑制强封堵钻井液及配套施工工艺为核心的井筒强化钻井液技术,能有效解决顺北蓬1井三叠系地层井眼失稳与二叠系地层井漏的问题,并可为后续顺北区块类似井的钻井提供借鉴。      

徐闻X3井抗高温钻井液体系室内研究

徐闻X3井是中国石化的一口重点探井,设计井深5 658 m,设计最大井斜角为34.67°,预计井下温度高达184℃。该地区涠洲组地层的泥岩井段易缩径和垮塌,流沙港组的硬脆性黑色泥岩易垮塌。针对井深、井下温度高、地层不稳定、大尺寸长裸眼井段井眼净化困难等多项钻井液技术难点开展了抗高温钻井液室内研究,利用正交试验方法和滚动老化试验对多种抗高温处理剂进行优选,对优选出的钻井液处理剂进行配伍试验,优化出了抗高温钻井液配方。在180℃温度下,对该抗高温钻井液的高温稳定性能及二开转三开的钻井液的配伍性能进行了评价,结果表明,该钻井液高温性能稳定,二开转三开钻井液性能稳定,且工艺简单,能够满足徐闻X3井钻井施工的要求。     

满深1井奥陶系桑塔木组高性能防塌水基钻井液技术

满深1断裂带奥陶系桑塔木组为泥岩、泥灰岩地层,裂缝发育,井壁坍塌风险极高,给安全钻井带来了极大挑战。满深1井钻进至井深7 392.54 m（桑塔木组）时钻遇走滑断裂带,发生坍塌卡钻,处理难度大,最终选择回填侧钻。为此,分析了桑塔木组地层特点,研究应用了高性能防塌水基钻井液技术:选择合理的钻井液密度,强化对井壁的力学支撑,并采用复合降滤失措施降低水敏性泥岩地层的水化;在引入多氨基井壁抑制剂的同时,提高K+质量浓度,实现多元抑制防塌;提高钻井液的抗温能力、润滑性能及封堵性能,以满足桑塔木组对抑制、封堵防塌及抗高温稳定性的要求。现场应用表明,该井侧钻过程中钻井液性能稳定,K+质量浓度保持在35 000 mg/L左右,150 ℃温度下的高压滤失量由11.3 mL降至8.0 mL,桑塔木组钻进过程中未发生井眼失稳情况,顺利钻至三开中完井深,套管一次下到设计位置。这表明,高性能防塌水基钻井液防塌效果显著,达到了预期目标。      

强抑制、抗高温防塌钻井液在董8井中的应用

董8井是中石化部署在准噶尔盆地的一口重点预探直井,完钻井深5 580 m,该井上部地层起下钻遇阻频繁,下部侏罗系煤层发育,且地层压力异常,施工中井壁失稳严重;三工河组存在高压盐水层及碳酸氢根流体污染,高密度下钻井液流变性不易调控。针对该井地质特点,通过室内研究,确定使用铝胺强抑制防塌钻井液体系和抗高温成膜防塌钻井液体系,现场应用结果表明,采用的钻井液体系解决了上部地层软泥岩缩径、砂岩段阻卡及侏罗系井壁失稳的难题,全井平均井径扩大率仅为7.02%,满足了施工的需要。     

英买力地区古近系地层钻井液技术

英买力地区古近系地层在钻井中频繁出现卡钻、掉块、坍塌、井漏等井下故障,严重影响了钻井速度。为了弄清英买力地区古近系地层的井壁失稳机理,为钻井液选型和性能优化提供理论依据,对该地区黏土矿物组成及理化性能进行了系统分析。结合该地区盐膏层钻井液技术研究,对 KCl-聚磺欠饱和盐水钻井液体系性能进行了优化,提出了该钻井液体系在维护井壁稳定方面的技术要求。YM2-6 井现场应用结果表明,KCl-聚磺欠饱和盐水钻井液体系能够满足古近系膏泥岩段井壁稳定的要求,减小了发生井下故障的风险;黏土矿物的膨胀并不是导致膏泥岩段井壁失稳的主要原因。通过研究该地区古近系地层的井壁失稳机理,减小了井壁失稳的风险,为古近系地层的顺利钻进提供了理论支持。      

玛湖油田MaHW1602水平井低活度钻井液技术

玛湖油田MaHW1602井地层条件复杂,目的层三叠系百口泉组含硬质泥岩、疏松砾岩等,水平段钻进过程中易发生坍塌掉块等井下故障。由于该地区近年使用的“去磺”钻井液存在防塌性不足的问题,为此,在分析该井地层特点及钻井液难点的基础上,通过室内试验优选了活度调节剂、封堵剂和抑制剂,形成了非磺化低活度钻井液体系。室内试验结果显示,低活度钻井液封堵率超过90%,平均水活度为0.863,满足现场钻井要求。该钻井液在MaHW1602井三开井段进行了现场应用,疏松易塌井段无明显的井径扩大现象,井眼规则,平均井径扩大率6.5%,且钻进中无明显托压现象,电测、下套管顺利,未出现钻井液性能突变、下钻或开泵漏失等问题。研究与应用表明,低活度钻井液具有较好的封堵和防塌性能,能够满足玛湖油田长水平段水平井安全钻进的需求。