祃樹攀,魏紅利,苗克順

(中國石化集團(tuán)華北石油局五普鉆井公司,河南新鄉(xiāng) 453700)

水基無粘土低固相鉆井液在鎮(zhèn)涇工區(qū)的應(yīng)用

祃樹攀,魏紅利,苗克順

(中國石化集團(tuán)華北石油局五普鉆井公司,河南新鄉(xiāng) 453700)

根據(jù)鎮(zhèn)涇油田勘探開發(fā)一體化、低成本開發(fā)戰(zhàn)略要求,在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)盡可能采用新工藝、新技術(shù),以縮短鉆井周期,提高作業(yè)效率,縮短鉆井液對儲層浸泡時(shí)間,減輕鉆井液對儲層傷害。在確保安全生產(chǎn)、施工質(zhì)量的前提下,大膽應(yīng)用水基無粘土低固相鉆井液體系,并采取相關(guān)的防范措施,經(jīng)實(shí)踐證明能有效地控制井下復(fù)雜情況的發(fā)生,達(dá)到了提高鉆井速度、降低鉆井成本的目的。

無粘土低固相鉆井液;鉆井;鎮(zhèn)涇工區(qū)

0 引言

影響機(jī)械鉆速的因素主要有鉆頭、地層性質(zhì)、機(jī)械及鉆頭水力因素、鉆井液性能等幾個(gè)方面。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,通過優(yōu)選鉆頭 (PDC鉆頭)、優(yōu)化水力參數(shù)、高壓噴射、欠平衡鉆井等形成了一系列提高機(jī)械鉆速的鉆井工藝技術(shù),鉆井液性能對機(jī)械鉆速的影響的研究也取得了許多成果,并已應(yīng)用于指導(dǎo)鉆井液性能設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工。

作為符合現(xiàn)代鉆井要求的理想鉆井液,應(yīng)具有良好的剪切稀釋特性,即在鉆頭高剪切區(qū)有低的粘度,在環(huán)空低剪切區(qū)有高的粘度,這樣才能便于井底清潔、環(huán)空攜巖以及有效地提高鉆速;同時(shí)要有好的熱穩(wěn)定性和低的濾失性。但是,目前多數(shù)在用的粘土鉆井液體系很難滿足這些要求,不足之處如:固相含量高,不利于清除鉆屑,使鉆速降低,成本上升;易引起頁巖膨脹分散,導(dǎo)致坍塌、卡鉆、井眼不規(guī)則等復(fù)雜問題。

無粘土低固相鉆井液,固相含量低、粘度低、流變性好,在相對低的泵壓下能獲得較好的清洗效果,可提高機(jī)械鉆速、保護(hù)產(chǎn)層、提高產(chǎn)能。無粘土低固相鉆井液以鹽水或清水作為基液,用聚合物或其他材料代替粘土,它的類型很多,其最大特點(diǎn)是在最初配制和使用鉆井液時(shí)均不加粘土。

1 鎮(zhèn)涇工區(qū)地層巖性特征

鎮(zhèn)涇油田位于鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷南端,所鉆地層及巖性見附表 1。鉆遇地層易塌、易漏,泥巖段粘土及膨脹性粘土含量高,陽離子交換容量高,水化能力強(qiáng),易發(fā)生水化膨脹造成地層縮徑,目的層具正常地層壓力和低滲、低孔的特點(diǎn)。

上部地層為第四系黃土層和砂礫層,易漏,易垮塌;白堊系下統(tǒng)志丹群上部含砂質(zhì)礫巖、粗砂巖與泥巖呈不等厚互層,膠結(jié)性較差,可鉆性好,易漏,易垮塌;白堊系下統(tǒng)志丹群下部,地層巖性變化大,水層發(fā)育,易涌水、易漏;侏羅系安定組泥巖層較厚,易水化膨脹引起縮徑卡鉆;侏羅系直羅組泥頁巖易掉塊,砂巖層易涌水;延安組煤層易坍塌。這些客觀存在的地層情況嚴(yán)重影響鉆井安全和儲層保護(hù)。

2 選用鉆井液類型

以往本工區(qū)所選用不分散低固相鉀銨基聚合物鉆完井液體系,對于采用沒有固控設(shè)備的地面大坑循環(huán)系統(tǒng),固相很難沉淀,無用固相易重復(fù)入井,性能維護(hù)受到很大制約。

表1 所鉆地層組段及巖性

為了滿足各井段特殊地質(zhì)條件和復(fù)雜井眼軌跡下安全鉆井要求,在施工 2口井后,為了進(jìn)一步提高鉆速,縮短鉆井周期,大膽選用了具有針對性、連續(xù)性和性能易于調(diào)控的無粘土鉀銨基聚合物鉆完井液。

無固相鉆井液是一種不含粘土,采用化學(xué)抑制劑(用于抑制地層造漿),密度接近于清水的鉆完井液體系。主處理劑由 K-PAM、K-HPAN、聚陰離子纖維素、NH4-HPAN等組成,采用 KOH或NaOH控制 pH值(在 8～9.5范圍內(nèi))。該體系優(yōu)點(diǎn)是密度低,能大大提高鉆頭高效破巖能力,缺點(diǎn)是懸浮性差,使用不當(dāng)易引起沉砂卡鉆。無固相鉆井液快速鉆井技術(shù)就是利用該體系密度低的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)通過加強(qiáng)維護(hù),克服其缺點(diǎn),降低鉆井液柱與地層流體之間的正壓差,減少井底的“壓持效應(yīng)”,從而提高機(jī)械鉆速,縮短鉆井周期。

3 現(xiàn)場維護(hù)重點(diǎn)

無粘土鉆井液中的聚合物要保持一定的濃度, pH值控制在要求范圍內(nèi),保證性能穩(wěn)定。維護(hù)處理堅(jiān)持“少吃多餐,細(xì)水長流”、“分段處理”,避免性能波動過大而造成井下復(fù)雜情況。

鎮(zhèn)涇油田屬低壓、低滲、低產(chǎn)油田,多采用二級井身結(jié)構(gòu),受地形地貌限制,多采用地面大坑循環(huán),即開鉆前在緊鄰循環(huán)池旁挖一條U字形循環(huán)溝,目的在于延長鉆井液在地面的循環(huán)距離,有利于沉砂、清砂,并便于集中堆放巖屑,確保循環(huán)池容積滿足入井鉆井液的清潔要求。同時(shí)現(xiàn)場也可備用一個(gè)鉆井液罐,主要用于處理井內(nèi)復(fù)雜或目的層段小循環(huán),以利于減少循環(huán)鉆井液總量,便于處理,節(jié)約鉆井液處理劑。

一開上部粘土層井段應(yīng)加大 K-PAM的加量,抑制粘土水化、造漿而引起縮徑,下部礫石層段添加隨鉆復(fù)合堵漏劑可防止井漏,鉆進(jìn)中控制密度 < 1105 g/cm3,粘度 30 s左右,完鉆后大排量循環(huán)鉆井液二周后起鉆下表層套管。

二開在環(huán)河組鉆遇膏鹽層前 50 m改為小循環(huán)處理泥漿,加入聚陰離子纖維素、CMC、防塌劑,用KOH控制 pH值在 10以上,控制失水越小越好,保護(hù)井壁。在鉆穿膏鹽層后 50 m再改為大循環(huán)。在鉆進(jìn)過程中及時(shí)補(bǔ)充 K-PAM、K-HPAN,保持粘度 20 s左右,密度 <1.05 g/cm3,以防止粘度過低沖刷井壁造成井徑擴(kuò)大。在易掉塊、易縮徑的安定、直羅組井段,加大防塌劑和降失水劑的加量,防止井壁坍塌和泥巖吸水膨脹,從而有效地保護(hù)該段井壁,并保持足夠的排量,及時(shí)攜巖。對于直羅組底部大套粗砂巖段有滲漏現(xiàn)象,可隨鉆加入單向壓力封閉劑,用以減少漏失量。目的層段的延長組采取小循環(huán),控制鉆井液濾失量在 8 mL/30 min以下,含砂量 < 0.1%,粘度 20～30 s,密度 <1.05 g/cm3。采用近平衡壓力鉆井技術(shù),最大限度減少鉆井液濾液及固體顆粒對儲層的損害。鉆至完鉆井深前 50 m處理泥漿,并及時(shí)加入 0.1%～0.2%K-HPAN+0.2% KOH+2%潤滑劑 +0.3%～0.5%K-PAM+0.5% NH4-PAN+0.5%～1%無熒光防塌劑 +0.5% CMC,防止后期作業(yè)中鉆井液長期浸泡上部地層引起的掉塊和井壁坍塌,并注意提高粘度,采用 KPAM把鉆井液粘度提高到 30～35 s,并充分洗井確保電測、下套管和固井的安全順利施工。

4 現(xiàn)場需要解決的幾個(gè)問題

4.1 井眼凈化問題,特別是定向井斜井段,攜砂困難,不利于快速鉆井

(1)保持鉆井液具有良好的流變性能,不是鉆井液粘度越高攜砂能力越好,粘度應(yīng)適當(dāng),在兼顧鉆井液其它性能的情況下,提高鉆井液的攜砂能力,降低鉆屑的垂沉速度。根據(jù)幾口高難度定向井的現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn),鉆井液動塑比控制在 0.4～0.65 Pa/mPa ·s之間就能基本滿足正常攜砂的需要。

(2)增大鉆井液排量,提高鉆井液的環(huán)空上返速度,在 “215.9 mm井眼中,鉆井液排量不能低于30 L/s,能達(dá) 35 L/s效果更好。

(3)做好短起下鉆,每間隔 2～3次短起下鉆應(yīng)進(jìn)行一次距離較長的短起下鉆,每次起下鉆前后都必須充分循環(huán)鉆井液。

4.2 保持井壁穩(wěn)定,利于安全鉆井

(1)鉆遇煤層和極易坍塌泥巖地層,首先選用適當(dāng)?shù)你@井液密度,提高鉆井液對井壁的支撐能力。鉆井液密度必須大于地層坍塌壓力當(dāng)量密度。

(2)適當(dāng)控制鉆井液濾失量。實(shí)踐證明,加入適量的磺化瀝青等瀝青類防塌劑效果較好。

(3)當(dāng)鉆至易坍塌地層時(shí),加大鉆井液中防塌劑的用量,如防塌劑 HFT-301等可以有效地防止井壁坍塌。

4.3 做好潤滑防卡工作,減小起下鉆阻力

(1)改善泥餅質(zhì)量,降低摩阻系數(shù)。泥餅質(zhì)量愈差,摩阻系數(shù)愈大,發(fā)生粘附卡鉆的幾率越大。對于定向井,有條件可以在鉆井液中加入 1%～1.5%磺化瀝青,提高泥餅質(zhì)量;或者加入 0.5%～1%固體潤滑劑,降低泥餅粘滯系數(shù)。

(2)選用適當(dāng)?shù)牧髯儏?shù)和環(huán)空返速,配合適時(shí)的短起下鉆,可延緩巖屑床的形成;保持井眼清潔,可以有效地防卡。必要時(shí)可以大排量打一段稠塞把巖屑帶出井眼。

(3)選用適當(dāng)?shù)你@井液密度,使之既有利于井壁穩(wěn)定,又可避免鉆井液液柱與地層之間壓差過大造成壓差卡鉆,使用好凈化設(shè)備,及時(shí)清除鉆井液中的有害固相,以降低泥餅?zāi)Σ料禂?shù)。

(4)鉆井時(shí)轉(zhuǎn)盤扭矩大,起下鉆附加拉力大時(shí),可在鉆井液中加入 0.5%～1%固體潤滑劑。

5 無粘土相鉆井液應(yīng)用效果

5.1 井眼穩(wěn)定性增強(qiáng)

一開井段使用無粘土相鉆井液均能將表套順利下入,在二開井段施工中,從振動篩返屑情況觀察,返出量正常,沒有明顯的掉塊現(xiàn)象,巖屑混雜度較低,起下鉆作業(yè)暢通,基本無阻卡現(xiàn)象。

5.2 機(jī)械鉆速提高,鉆井周期縮短

在鎮(zhèn)涇工區(qū)使用無粘土相鉆井液,機(jī)械鉆速大幅度提高、鉆井周期明顯縮短(見表 2)。

表2 2009年在鎮(zhèn)涇工區(qū)使用和未使用無粘土相主要技術(shù)指標(biāo)對比

通過表 2可以看出,在同類型井中,使用無粘土低固相鉆井液的井鉆井周期明顯縮短,平均機(jī)械鉆速大幅度提高,且平均井徑擴(kuò)大率均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),沒有超過 10%。其中紅河 26-1井,純鉆時(shí)間 66.5 h,純鉆時(shí)間利用率 41.56%,鉆井總臺時(shí) 160 h,以平均機(jī)械鉆速 33.56 m/h、鉆井周期 6.67天,創(chuàng)造了我公司鎮(zhèn)涇工區(qū)鉆井工程作業(yè)記錄。

5.3 鉆井液成本降低

使用鉀銨基無固相鉆井液體系后,縮短了鉆井周期,降低了施工成本,僅鉆井液材料一項(xiàng),每口井節(jié)約成本20%～30%。

6 結(jié)論與認(rèn)識

(1)該鉆井液在現(xiàn)場應(yīng)用中,維護(hù)方便,性能穩(wěn)定易調(diào)整,能有效地保護(hù)地層,鉆井過程中井壁穩(wěn)定、井徑規(guī)則,保證了各項(xiàng)鉆井施工作業(yè)的順利進(jìn)行。

(2)合理的鉆井液技術(shù)措施及良好的鉆井液性能有效地防止了鉆井過程中井塌、井漏和卡鉆的發(fā)生,確保了鉆井、電測、下套管和固井的安全順利施工,從而大幅度降低了鉆井成本,帶來了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)該技術(shù)應(yīng)用前景廣闊,建議在鎮(zhèn)涇油田中推廣應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)。

[1] 中國石油天然氣集團(tuán)公司人事服務(wù)中心.鉆井泥漿工[M].山東東營:中國石油大學(xué)出版社,2003.

[2] 孫金聲,楊宇平,安樹明,等.提高機(jī)械鉆速的鉆井液理論與技術(shù)研究[J].鉆井液與完井液,2009,(2).

[3] 屈沅治,孫金生,蘇義腦.快速鉆井液技術(shù)新發(fā)展[M].鉆井液與完井液 2006,(3).

Application ofWaterbase Clay Free Low Solid Drilling Fluid in ZhenjingW ork Area

MA Shupan,W EI Hongli, M iao Keshun(Wupu Drilling Company,S INOPEC North China Company,Xinxiang Henan 453700,China)

Waterbase clay free low solid drilling fluid was applied in Zhenjing oilfield to shorten drilling period,improve operation efficiency,shorten the soakage time of the reservoirwith drilling fluid and reduce the reservoir damage caused by drilling fluid.Itwasproved bypractice that the drilling fluid could effectively control the complicated situations in downhole with increased drilling speed and lowered drilling cost.

clay free low solid drilling fluid;well drilling;Zhenjingwork area

TE254+.3

A

1672-7428(2010)07-0025-03

2010-05-04

祃樹攀(1960-),男(漢族),遼寧人,中國石化集團(tuán)華北石油局五普鉆井公司副總工程師、工程師,石油工程專業(yè),從事石油鉆井技術(shù)與管理工作,河南省新鄉(xiāng)市洪門五普鉆井技術(shù)部。