赵凹油田水平井钻井液体系研究与应用

针对赵平4、赵平5井H3Ⅳ52～H3Ⅳ71泥页岩地层发生的井壁坍塌、阻卡、填井侧钻等问题,通过室内实验优选出强抑制性多元复合防塌钻井液体系,并在赵平4、赵平5井工程填井后侧钻施工的赵平6、赵平8、赵平9井中得到应用,应用结果表明,该体系抑制防塌能力强,滤失量低,流变性好,性能稳定,达到了保护油气层的目的。     

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。     

鸭深1井钻井液技术

鸭深1井是大庆油田在青海省柴北缘区块布置的第一口重点探井,完钻井深为4950.00m。该井上部地层疏松,承压能力弱,部分井段有破碎带,易发生井漏,狮子沟组至上油砂山组上部地层中,泥岩水化分散性强,易出现缩径、井壁坍塌;下部地层温度和地层压力系数高,抗温和维持井壁稳定是关键。全井存在多层高压盐水层,易发生井漏、井涌、井塌等事故。针对鸭深1井地质特点,通过室内实验研究确定,上部地层采用阳离子聚合物钻井液;钻至下部地层将钻井液转化为阳离子聚磺钻井液,提高钻井液的抗温性和稳定性。现场应用表明,该钻井液体系在高密度条件下具有较强的抑制性、防塌性和较好抗盐抗钙能力;减少了复杂事故的发生,保证了钻井施工的顺利进行。     

玉门青2-7井钻井液技术

玉门青2－7井一开井段砾石层成岩性差,胶结疏松,易卢井漏、井塌、沉砂;二开为砂泥岩互层,裸眼井段长,泥岩易水化膨胀,砂岩渗透性好易形成厚泥饼,砾岩、砂泥岩胶结差,井壁易坍塌,并存在石膏污染;三开为产层钻进,地层倾角大,裂缝发育,岩性为硬脆性泥岩,易发生掉块砖塌现象,井底温度高,根据该井地层特点、钻井工程要求和保护油气层的需要,一开使用“三高一适当”普通膨润土浆,防止了表层疏松砾石层的井漏、井漏;二开采用金属离子聚合物钻井液,该体系抑制能力强,防止了泥岩水化膨胀,具有良好的失水造壁性,防止了因砂岩地层渗透性好而形成的厚泥饼缩径,保证了长裸眼段的防塌及井下安全;三开选用金属离子聚磺屏蔽暂堵钻井液,该体系具有良好的失水造壁性,封堵防塌能力强,防止了油层段的剥落掉块垮塌,实现了近平衡钻井,保护了油气层。现场施工表明,该井钻井液技术满足了钻井、地质录井的需要,达到了保护油气层的目的。     

百色盆地坤9区块防塌钻井液技术的应用

对百色盆地坤9区块井壁坍塌问题进行了井壁失稳机理分析,并通过对防塌钻井液流变性、抑制性和封堵能力进行试验评价,优选出一套封堵能力和抑制能力都较强的钻井液配方,并在坤28井第二次开钻那读组进行入井试验。应用表明,使用该防塌钻井液井段划眼时间显著缩短,井径规则,测井顺利,得到了多项地质数据,与邻井相比效果较好。     

义178非常规区块钻井液技术研究与应用

为加快义178区块勘探开发进程,提高钻探成功率,解决该区块水平段钻进中井壁稳定、井眼净化、润滑防卡及储层保护的难题,优选了聚胺强抑制润滑防塌钻井液体系,试验表明,该体系抑制性、封堵性及润滑性好,抗盐钙及油层保护能力强。聚胺强抑制润滑防塌钻井液体系在义178区块进行了现场应用,解决了二开长裸眼段井壁稳定,沙河街组油泥岩垮塌、盐膏层缩径卡钻及流变性难于调控的难题;平均机械钻速达到8.98 m/h,达到了优质高效钻井的目的。     

高钙盐钻井液体系的研究与应用

针对塔河油田第三系地层易缩径、阻卡，三叠系、石炭系地层井壁易坍塌扩径的特点，优选了高钙盐钻井液体系。现场应用表明，该钻井液体系具有极强的抑制性和防塌能力。可有效解决浅层泥岩吸水缩径、砂岩段厚泥饼缩径和深部(三叠系、石炭系)泥页岩剥蚀掉块垮塌等问题，试验井三叠系、石炭系平均井径扩大率小于6％，完井电测及下套管固井等作业顺利。且该体系在同样地层钻进中的密度低于常规钻井液体系，有利于油气层保护。     

6925米超深井钻井液技术

重点预探深井TP2井完钻井深为6925m。该井钻遇地层复杂，埋藏深、厚度大、极易发生缩、溶、胀、塌等事故，因此钻井液体系必须具有包被抑制性、抗高温稳定和造壁性。良好的悬浮性和携砂能力，防垮塌能力和润滑性等，以有利于及时发现油气层。该井在第四系～二叠系地层，采用钾聚、聚磺钻井液，石炭系～志留系地层采用聚磺聚合醇钻井液，奥陶系地层采用聚磺钻井液。该套钻井液体系在高温高压条件下性能稳定，满足了超深井施工中的井壁稳定、润滑防卡、岩屑携带的需要，还满足了地质录井和保护油气层的要求。该套超深井钻井液技术，有效地解决了以伊蒙混层为主的泥岩坍塌掉块，较好地解决了超深井钻井液防垮塌、黏卡、井漏等方面的技术难题。     

复合盐钻井液技术在莫116井区的应用

莫116井区吐谷鲁群组中上部泥岩易水化,膏质泥岩易蠕变缩径,井壁稳定周期短;吐谷鲁群组地层底部硬脆性泥岩、西山窑组硬脆性泥岩及多套间断煤层易剥落、垮塌;吐谷鲁群组及三工河组砂岩层渗透性较好,易形成虚厚泥饼而引起压差卡钻。针对以上钻井液技术难点,优选出了适合莫116井区优化井身结构井(为降低开发费用,大部分井改为二开井身结构)的复合盐钻井液,并在体系中引入了大分子抗盐包被剂、玻璃小球和抗高温防塌降滤失剂GRL-1。现场应用表明,该钻井液具有较强抑制性、较好的封堵防塌、润滑作用及抗污染能力,解决了该井区长裸眼井段井壁稳定问题,已完成的16口井无复杂事故,发生钻井周期比设计提前26.21%。     

塔河南岸跃满区块三叠系防塌钻井液研究与应用

针对塔河南岸跃满区块三叠系井段井壁垮塌严重的问题,对井壁失稳机理及防塌钻井液体系研究。三叠系地层岩性为泥岩和砂泥岩,黏土矿物含量为28.6%,黏土矿物中伊蒙混层含量45%,岩石吸水后抗压强度下降,现场钻井液密度低于井壁坍塌压力当量密度,这些是井壁坍塌的主要内因。现场钻井液滤失量大、泥饼厚而韧性差,岩屑滚动回收率和线性防膨率低,封堵性差,固相颗粒粒径分布不合理,这些是井壁坍塌的主要外因。通过优选降滤失剂、复合防塌抑制剂,引入防塌封堵剂FTDA等研究出防塌钻井液体系。该体系API滤失量和高温高压滤失量低,泥饼薄而且韧性好;岩屑滚动回收率比现用体系提高15.7%,对砂盘的封堵性提高50%以上。现场应用时钻井液流变性稳定,滤失量低,无卡钻、无掉块现象,平均井径扩大率为10.35%,比该区块平均井径扩大率下降50.24%。该体系的应用为跃满区块三叠系井壁稳定提供一种新的技术思路。      

新型聚胺钻井液在都护4井泥岩段的应用

为了解决新疆塔河油田泥岩段缩径阻卡、钻头泥包及井壁失稳问题,都护4井在二开和三开井段应用了新型聚胺钻井液。室内试验表明,新型聚胺钻井液具有强抑制性、优良的润滑性能。都护4井二开井段应用新型聚胺钻井液,有效解决了胶泥岩段阻卡和钻头泥包难题,没有出现任何复杂情况,钻井周期比邻井都护1井缩短了15d。三开井段应用新型聚胺钻井液,解决了大段复杂膏泥岩段泥页岩水化膨胀造成的井壁失稳和缩径问题,井下正常,钻井周期比都护1井缩短了50d,平均井径扩大率仅为4.37%。新型聚胺钻井液在都护4井的成功应用表明,该钻井液可以有效解决胶泥岩段阻卡和钻头泥包难题,保证井下安全,缩短钻井周期,提高钻井效率。     

井眼强化随钻防漏技术研究与应用

长段裸眼孔隙-裂缝发育带来的漏失问题,严重影响钻井提速,并造成相当大的经济损失。在孔隙-微裂缝地层或诱导性裂缝地层中作业,钻井液密度较低时会出现井壁不稳定现象,而钻井液密度较高时又出现井漏、安全密度窗口较窄等问题,文章研究了解决这一问题的井眼强化随钻防漏体系。体系中的微米级和纳米级高强度刚性颗粒随钻头破岩时迅速嵌入到井周孔隙和微裂缝中,产生沿井眼切线方向的挤压,微米级纤维材料快速充填,形成致密的网络封堵结构,在井壁形成“桶箍效应”,大大提高了井眼承压能力和井壁稳定性。室内评价实验表明,清水封堵体系承压 ５ＭＰａ以上,井浆封堵体系承压 ７ＭＰａ以上。在实际现场应用中,井眼强化随钻防漏体系在解决安全密度窗口较窄问题方面取得了满意的效果。     

阿根廷圣豪尔赫湾油田复杂地层防塌钻井液技术

阿根廷圣豪尔赫湾油田二开钻遇地层以泥岩和凝灰岩为主,地层破碎且微裂缝发育,岩石中蒙脱石和石英含量高,水敏性强,在应用BIOCAT钻井液钻进二开井段时井塌频繁,井径扩大率超过100%,每年有2~4口井因井塌而报废。为此,优选防塌抑制性能强的SRIPE-inhibitor系列抑制剂代替BIOCAT抑制剂,并添加非渗透剂SMT3、弹性石墨和碳酸钙等封堵材料,形成了非渗透强抑制防塌钻井液。室内抑制性能评价结果表明,非渗透强抑制防塌钻井液比BIOCAT钻井液具有更强的防塌抑制性能,膨胀率降低10百分点以上,回收率提高60~70百分点,坍塌周期延长1倍。阿根廷圣豪尔赫湾油田24口井应用了非渗透强抑制防塌钻井液,与应用BIOCAT钻井液的邻井相比,井塌明显减少,二开井段井径扩大率由100%降至10%,钻井周期缩短15%,钻井成本降低10%。这表明,非渗透强抑制防塌钻井液可解决阿根廷圣豪尔赫湾油田二开井段井壁失稳的问题。      

松科2井抗超高温钻井液技术

松科2井是1口部署在松辽盆地的高温科学钻探深井,目的为钻穿白垩纪地层,获取基底陆相沉积记录,预测井底温度超过220℃;四、五开钻沙河子组的泥岩、砂岩混层,火石岭组破碎的凝灰岩、泥岩、煤线的混层,容易发生坍塌现象,防塌措施尤其重要。四、五开属于连续提钻取心钻进,多次起下钻及长时间的裸眼对井壁稳定提出较大挑战;不同钻进工艺具有不同的特点,对钻井液也提出挑战。针对以上难点,研制出了抗高温聚合物钻井液:1.0%钠膨润土+2%凹凸棒土+0.2% KOH+（0.5%~1%）高分子量降滤失剂+1%中分子量降滤失剂+2.5%成膜剂+（2%~4%） SMC+2% FT+3% KCl+2% NaCOOH+3%白油。四开初期对三开的井浆进行评价,结合大量的室内小型转换实验,以原井浆为基础逐步进行转换,以满足钻进要求;五开因处理事故对井浆性能调整较大,事故结束后简化钻井液处理剂种类,逐渐将性能调至稳定状态。在松科2井现场应用时,根据实际情况及时调整,该阶段钻井液高温下流变性好、高温稳定性强,室内评价其抗温能力达到240℃,热滚72 h后性能良好,为顺利完成该阶段钻探工作提供了技术支撑,对提高钻探质量、降低勘探成本起到指导作用。      

自由水钻井液体系在大斜度井段中的优化与应用

东海某气田φ311.15 mm井段主要使用低自由水钻井液体系,总体作业顺利,但是由于地层存在大量的泥岩和砂泥岩互层,导致前期钻井作业过程中存在一定的起下钻遇阻和憋扭矩问题。后期该气田钻井更多地采取了大斜度井方式开发,由于井斜角大、裸眼段长,井壁稳定和井眼清洁问题更加突出。依据泥岩地层失稳机理,通过在低自由水钻井液体系中引入氯化钠,降低体系的活度和增强体系的抑制性,减少了滤液侵入和地层泥岩膨胀。现场应用结果显示,在加入氯化钠后,优化后的低自由水钻井液体系性能更加稳定,现场钻进过程中钻井液性能变化较小,井壁稳定,实现了直接起下钻,提高了起下钻效率,很好地解决了东海大斜度井泥岩段的钻进问题,缩短了钻井工期,提高了钻井时效,为东海类似井型和岩性地层的钻井提供了良好的技术支持。      

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。      

高压膏盐层定向井钻井关键技术

Jeribe—Kirkuk储层为伊拉克哈法亚油田的主力储层之一,上覆厚约500 m、地层压力系数为2.25的Lower Fars膏盐层作为其盖层。因该高压膏盐层的存在,导致第一口Jeribe—Kirkuk定向井多次卡钻2次侧钻,第一口水平井提前下套管完井,Lower Fars高压膏盐层钻井面临极大挑战。为此,通过分析Lower Fars膏盐层的力学特性、孔隙压力、地应力大小以及岩石矿物特征,建立Lower Fars层不同岩性地层井壁稳定和井眼变形规律的数学模型和判定规则,模拟钻井过程中的井眼变形规律,有针对性地研制适用于该膏盐层定向钻井的高密度饱和盐水钻井液体系、优化定向井井眼轨迹与施工方案。研究结果表明:(1)Lower Fars膏盐层最易失稳地层为泥岩层,卡钻的主因是泥岩水化后流变性增大,导致井眼缩径,并拖拽相邻硬石膏和盐岩坍塌,加剧卡钻的风险导致卡钻;(2)Lower Fars层井壁变形失稳随井斜角和井眼钻开时间的增大而增大,随着井眼钻开时间的延长,井壁失稳的风险急剧增加;(3)筛选了适合高密度饱和盐水的聚胺抑制剂BZ-HIB及聚合物稀释剂JNJ,优化钻井液配方,可有效提高钻井液在膏盐层钻进过程中的抑制性及流变性;(4)Jeribe—Kirkuk定向井造斜点由Lower Fars层提升至Upper Fars层,Upper Fars井段造斜、Lower Fars井段稳斜,降低Lower Fars段的井斜角和定向段长度,从而降低卡钻风险。截至目前,22口井的现场应用效果表明,该区?311.2 mm井眼事故复杂得到了有效控制,其中,2016年平均钻井周期为35.8 d,同比缩短52.8%,机械钻速从平均3.3 m/h提高至7.33 m/h,提高122%,技术优化取得了明显的效果。     

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。     

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。      

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。