疏松地层大位移井钻井液性能优化技术研究

大位移井钻井过程中普遍存在钻进扭矩高、井眼清洁差等问题,因此降低井筒摩阻,防止岩屑床堆积是实现大位移井安全作业的关键.渤海南部K油田勘探初期以浅层大位移井为主,相比常规大位移井具有地层泥质胶结疏松、钻井液滤失严重、岩屑产出量大等特征,进而导致井眼清洁、井壁失稳、井筒摩阻等问题进一步恶化.针对K油田开发难点,提出了强抑制...     

大位移井钻井液技术综述

大位移井技术是一项实施难度极高的钻井技术,其技术难点涉及到井眼净化、井壁稳定、润滑与减摩等几方面的问题,其中每一个问题都与钻井液技术密切相关,但仅仅依靠提高钻井液技术又无法解决相关问题。通过收集和分析国内外大量水平井和部分典型大位移井的施工资料,介绍了大位移井的施工技术现状,指出了国内外相关领域的技术差别,并就常见问题的解决对策及其实用性进行了归纳总结,并提出大位移井钻井所遇到的绝大部分技术问题实际上都可以归结到摩擦领域,对中国发展真正意义上的大位移井技术具有一定的借鉴意义。     

南堡13-1706大位移井钻井技术

冀东油田南堡滩海油田受端岛面积限制,需要部署水平位移大于3 000 m的大位移井开发。针对大位移井钻井施工中存在摩阻扭矩大、轨迹控制难、循环泵压高、井眼清洁难度大、长裸眼井壁失稳、深部井段定向托压等技术难题,开展了人工端岛大位移井钻完井技术研究。通过对井眼轨道优化设计、装备升级改造,提升大位移井井眼延伸极限,利用Landmark软件对摩阻扭矩、钻井参数进行分析,研究了KCl抗高温钻井液复配新型固壁剂和封堵剂强化钻井液封堵能力及套管安全下入技术。采用井眼轨迹控制、降摩减扭、优化钻井液、套管安全下入等常规技术的优化和集成应用,成功实施了大位移井南堡13-1706井。该井完钻井深6 387 m,最大井斜83°,水平位移4 941 m,为水平位移大于4 500 m的大位移井钻井实践积累了经验,为加快南堡滩海中深层油藏的勘探开发提供了技术支持。     

大位移井钻井液关键技术问题

目前大位移井已成为开发边际油田的最有效手段之一,其中的钻井液技术关系到大位移井的成败.从降低摩阻和扭矩、保持井眼清洁、维持井壁稳定3个方面总结分析了大位移井钻井液的关键技术问题,并提出了相应的解决措施,同时综述了近年来国内外在大位移井钻井液关键技术方面取得的研究进展,最后预测了大位移井钻井液技术在未来一段时期的发展趋势.     

北堡西3×1大位移井钻井液技术

北堡西3×1井上部地层成岩性差,造浆严重,井眼斜度大,裸眼井段长,井壁容易垮塌失稳,钻井过程中极易在井眼下井壁形成钻屑的沉积层,导致钻柱扭矩增大,摩阻升高,造成卡钻。上部地层采用聚合物钻井液;钻开储层时采用聚合物硅基钻井液。现场应用表明,该套钻井液体系使北堡西3×1井固相含量为5％～17％,保证了钻井液性能的稳定;抑制防塌效果好,在聚合物钻井液中加入复合两性金属离子包被剂、无荧光防塌剂和聚合醇,提高了钻井液的抑制防塌能力,井径扩大率较小;润滑防卡效果强,二开定向前在钻井液中加入白油、磺化沥青,钻进过程中保持润滑剂含量不低于3％,三开施工中加入聚合醇、磺化沥青、白油,四开加入极压润滑剂、聚合醇并保持其含量为2％,以减轻旋转钻进时的扭矩、起下钻和下套管时的负荷,减少了复杂事故的发生;携岩净化效果强,95％以上的井段3都为2～10,6为3～12,满足了大位移井对井眼净化的要求,保证了钻井作业的顺利进行。     

莫深1井大尺寸井眼钻井液技术

莫深1井是位于准噶尔盆地中部马桥凸起莫索湾背斜上的一口超深预探井，设计井深7380m。该井一开Ф660、4mm井眼至井深501m，选用正电胶钻井液体系，利用高蒙脱土含量与MMH的特殊流变学特性，解决地表流沙层的井壁稳定与井眼清洁问题。二开Ф444．5mm井眼至井深4463m，选用钾钙基聚磺钻井液体系，针对该段地层特点，优选钻井液材料，优化钻井液配方，强化体系的抑制封堵与抗污染能力，解决了因泥岩段水化膨胀、砂岩段形成虚厚泥饼造成的阻卡问题。实现了并壁稳定，平均井径扩大率为3．19％，加强流变性控制，实现该段快速钻进的井眼清洁，机械钻速较邻井有较大提高，339．7mm＋346、1mm技术套管下深4462．02m，为三开高压层的钻井工作奠定了良好的基础。     

滩海大斜度大位移井钻井液技术

架岭607-3-11井是一口滩海陆采的大斜度、大位移井。针对该井地层岩性复杂、泥质含量较高等地层特点和大位移井施工难点,通过优化钻井液工艺技术,配制并应用了无机凝胶和聚合醇防塌钻井液。现场应用效果表明:两种钻井液性能稳定,流变性好,机械钻速高,携岩能力强,低毒环保。有效地解决了井壁稳定、井眼净化和润滑防卡等三大技术难题。     

莱斜84井钻井液技术

针对莱斜84井斜井段长、水平位移大,沙河街组地层坍塌掉块严重、钻井过程中易发生井壁坍塌的问题,采用了铝胺高性能钻井液.该钻井液在提供强抑制能力的基础上,兼有化学固壁及物理封堵等多重防塌作用.现场应用结果表明,该钻井液性能稳定,抑制能力强,在钻井施工过程中全井井径规则,平均扩大率只有4.5%,低于该地区16%的平均水平,完井电测顺利;通过合理调整钻井液流变参数、采取短程起下钻及机械修复井壁等措施,满足了正常携砂的需要,保证了大位移井井眼清洁,将摩阻扭矩控制在了正常范围内,保证了井下安全.     

BH-KSM钻井液在冀东油田南堡3号构造的应用

冀东油田南堡3号构造储量大、埋藏深,该地区部署的深井、超深井存在井温高、位移大的特点。通过实验优选出了氯化钾抗高温钻井液体系(BH-KSM)。该钻井液抗温达200℃;具备优良的抑制封堵性和抗CO2污染能力,解决了南堡3号构造深井存在的井壁失稳、高温蠕变、地层流体污染等技术难题,形成了适合该构造深井的配套钻井液技术。现场应用的10口井东营组易垮塌地层井眼扩大率均小于7%,最小的仅为3.98%;现场钻井液流变性能稳定,高温高压滤失量小于12 m L;包被抑制能力强,返出岩屑完整不分散;携砂、携岩能力强,解决了三开大井眼、裸眼段长的井眼净化问题,提高了机械钻速。     

低毒性油基钻井液的使用

西江24—3—A14大位移井的摩阻与扭矩、井眼稳定性及井眼清洁是钻井成功与否的关键因素。该井选用了Versa Clean低毒性油基钻井液及高效率的固控设施。该钻井液具有润滑性好,对泥岩抑制性强,滤失性好,在低剪率下具有较高黏度等特点,对该井的钻井成功起到了关键的作用。文中介绍该钻井液的配方和使用该钻井液在降低摩阻与扭矩、保持井眼稳定性和井眼清洁方面的措施和体会。     

南堡1井钻井液技术

南堡1井是冀东油田目前钻探最深的一口位于渤海海域内的勘探井，完钻井深为5180m。该井自上而下钻遇平原组、明化镇组、馆陶组、东营组、沙河街组和太古界，由于地层复杂，上部地层极易水化分散、吸水膨胀，下部地层可钻性差，易于坍塌掉块；玄武岩地层多且段长，井底温度高（最高达175℃）；古潜山地层易发生井漏、井喷事故。根据该井特点，全井采用防塌聚合物钻井液、聚合物正电聚醇钻井液和正电聚醇甲酸盐钻井液体系。结果表明，该体系具有良好的抑制性和润滑防塌性能，抗盐抗高温稳定性强，维护简单，安全环保，适合于海上生产深井和超深井施工的需要。     

晋古13井钻井液技术

晋古13井是华北油田一口预探井,目的层为奥陶系,完钻井深为5099 m,井底温度超过160 ℃.该井地层情况复杂,馆陶组地层有大段燧石砾岩、石英;沙河街组有多层盐岩、膏质泥岩和油页岩,易发生缩径、坍塌,邻井曾发生过缩径卡钻等事故,钻井施工难度大.该井二开强造浆地层采用劣质固相容量高的聚硅氟钻井液,三开盐膏地层采用聚磺欠饱和盐水钻井液,并配合使用甲酸钠以改善钻井液性能,增强钻井液抑制性和稳定井壁能力,四开采用低密度低固相保护油气层钻井液.应用结果表明,该套钻井液技术满足了晋古13井的地质条件,全井无事故,电测成功率为100%.     

柯深一井钻井液工艺

柯深一井是新疆石油管理局在昆仑山前柯克亚油气田上为寻找深部原生油气藏而钻探的一口重点探井,井深6481m,所钻地层复杂,φ339.7mm技术套管下深至3540.93m,φ244.5mm枝术套管下深至5025.68m,这在我国均是首次;使用的钻井液密度范围大,从1.02g/cm~3～2.12g/cm~3;针对不同井段分别使用高膨润土含量钻井液、聚合物低密度钻井液、聚磺钻井液及聚磺钾屏蔽钻井液。介绍了为解决钻井过程中遇到的诸如大直径井眼、压差卡钻、井壁稳定等问题所应用的钻井液工艺。提出要在山前构造上快速、安全地钻探一口深井,必须建立地层破裂压力剖面、地层坍塌压力剖面和地层孔隙压力剖面,根据这三条压力剖面决定各层技术套管下入的深度,选择使用最佳的钻井液密度。     

埕北30-4井钻井液技术

埕北30-4井是为开发埕岛油田、埕北海域30块古生界、太古界潜山油藏设计的埕北30A井组中的第一口定向井,完钻井深4013.40 m。井深3845.67m到第一靶点,井斜为19.73°;3845.67～4013.40 m为增斜段,井斜为25.80°,井底位移为823.03m。该井上部地层吸水性较强,易膨胀、坍塌掉块和井漏;下部地层以白云质灰岩、泥灰岩和片麻岩为主,潜山地层内部断层发育,地层孔隙度大,极易发生井喷和井漏事故。采用聚合物海水钻井液体系,并针对造斜、增斜、稳斜、扭方位和水平位移等不同井段,及时调整钻井液性能。经埕北30-4井应用表明,聚合物海水钻井液体系具有良好的润滑抑制性和包被性能,抑制了地层水化、分散、膨胀和坍塌;在近平衡条件下顺利穿过易漏、易喷潜山地层;发挥了净化井眼、稳定井壁、保护油气层的作用,不污染环境。     

乐8×1井钻井液技术

冀东油田乐8×1井完钻井深2756m,完钻垂深1626.4m,水平位移2000.6m,最大井斜角67.3°,是目前国内陆地完钻井中水平位移与垂深之比较大的大位移定向井。为满足钻井工程的需要,该井采用以液体K-PHPA为主的聚合物钻井液,该聚合物钻井液具有抑制性强、井壁稳定性好、携岩能力强等特点。     

北塘36-1-1井钻井液技术

北塘36-1-1井是胜利油田在北塘凹陷BT36-1-1构造高点上打的一口预探井,井深4000m,地层十分复杂。该井在2000m以上井段采用低密度、低粘度、低切力的钻井液技术;在2000—2851m井段采用XC生物聚合物提高钻井液的携岩能力和造壁性能;在2851m以下井段严格控制钻井液的高温高压滤失量小于20mL。结果表明,不同井段的钻井液配方及现场维护处理措施满足了北塘36-1-1井钻井施工的要求。     

陈古1井钻井液技术

陈古1井是1口近5000m的重要科学探井,主要目的层为元古界,兼探S3,S4油层,岩性主要为砾岩,泥岩,碳质泥岩,硬脆性泥岩,玄武岩,泥化玄武岩,石英岩及花岗岩等,由于地层复杂,存在多套压力层系,钻井液技术是该井的关键技术,根据地层特点,钻井工程要求和满足保护油气层的需要,一开使用聚合醇无毒钻井液体系,解决了复杂井段的防塌,防卡,扭方位等复杂问题,四开采用KCl-石灰分散型钻井液体系;该体系抑制能力强,性能稳定,维护处理简单,满足了陈古1井沙河街组地层钻进需要,井壁稳定,井下安全,井径规则,具有明显的防塌效果;五开使用水包油钻井液,该钻井液密度在0.95-0.99g/cm^3之间可调,在150℃条件下乳化稳定性好,具有良好的流变性及高温热稳定性,完全满足4000-5000m超深井欠平衡钻井的需要,现场施工表明,该井钻井液技术满足了常规钻井工程需要及欠平衡钻井施工要求,很好地保护了油气层。     

朝平2井钻井液技术

介绍了朝平2井地层特点及其井身结构。在上部地层直井段和大斜度井段优选小阳离子聚合物钻井液、在下部地层水平井段优选油包水钻井液。现场应用结果表明,小阳离子聚合物钻井液抑制能力、防塌能力、携砂能力强、润滑性好、性能易于维护;油包水钻井液性能稳定、携砂和润滑效果好。两种钻井液均能满足相应井托的钻井施工需要,避免了井下复杂情况的发生。     

YC21-1-4井钻井液技术

YC2l-1-4井是在莺琼盆地钻探的一口高温高压井,井深5250m,井底温度200℃。针对地层情况确定了一整套适应不同井段要求的钻井液体系,即ψ660.4 mm井眼使用海水胍胶膨润土浆;ψ508 mm井眼使用KCl/PHPA钻井液;ψ374.65 mm和ψ311.15 mm井眼使用QUADRILL高温钻井液;ψ215.9 mm井眼使用ULTlDRILL合成基钻井液。配合使用了一定的工艺技术和先进的测试仪器。结果表明,该套钻井液体系抑制性强,具有抗高温、降滤失、稳定井壁的性能,满足了YC2l-1-4井钻井施工的要求。