龍探2井鉆井液技術

常洪超,趙鑫宇,張風彬,于占國,劉忠信,何振奎

(1.中國石化河南石油勘探局鉆井工程公司,河南南陽473121;2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠;3.中國石化河南油田分公司石油勘探開發研究院;4.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院)

龍探2井鉆井液技術

常洪超1,趙鑫宇2,張風彬3,于占國1,劉忠信1,何振奎4

(1.中國石化河南石油勘探局鉆井工程公司,河南南陽473121;2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠;3.中國石化河南油田分公司石油勘探開發研究院;4.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院)

鑒于龍探1井發生的復雜情況,針對龍探2井的地層特點,采用了不同的鉆井液體系及現場維護技術措施。實鉆表明,龍探2井使用無固相鉆井液、低固相聚合物鉆井液、聚磺防塌鉆井液和飽和鹽水聚磺鉆井液體系,解決了該區塊上部劉家溝組地層易漏失,石千峰和石盒子組地層易膨脹分散、剝落掉塊,中部山西、太原組煤層易垮塌、阻卡,本溪組地層易石膏侵入,下部馬家溝組鹽膏層易鹽溶垮塌、蠕變縮徑、起下鉆困難等技術難題,達到了優質、安全、快速鉆井的目的。

聚合物鉆井液;聚磺防塌鉆井液;飽和鹽水聚磺鉆井液;龍探2井

龍探2井是長慶油田部署在鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東部的一口重點氣探井,完鉆井深3 400 m,目的層為奧陶系鹽下馬五7、馬四、馬二段,兼探奧陶系頂部風化殼及上古生界。該區域地質情況復雜,2008年施工的龍探1井先后發生了連續滲透性漏失、煤層坍塌、石膏侵、鹽溶垮塌和裂縫性漏失,鉆井施工異常艱難,導致該井機械鉆速慢,鉆井周期長,鉆井綜合成本高。

1 地質工程簡況

1.1 地質簡況

龍探2井自上而下鉆遇地層依次為新生界第四系(厚約60 m),中生界三疊系延長組、紙坊組、和尚溝組和劉家溝組(厚約1 630 m),上古生界二疊系石千峰組、石盒子組、山西組和太原組(厚約 750 m),石炭系本溪組(厚約79 m),下古生界奧陶系馬家溝組(厚約808 m),寒武系張夏組(厚約73 m)。主要地層巖性特征為:第四系及三疊系多為黃褐色砂質粘土、灰色泥砂巖夾紫紅色泥巖,成巖性差,劉家溝組地層易漏失。二疊系石千峰至石盒子組多為棕紅色泥巖、深灰色泥頁巖,膨脹性強、部分易剝落掉塊;山西組、太原組多為煤層,易坍塌。石炭系本溪組多為深灰色泥巖、煤層、灰巖夾石膏,易發生石膏侵。奧陶系馬家溝組地層鹽巖、硬石膏發育,易鹽溶垮塌和膨脹縮徑。寒武系地層多為淺灰色泥質白云巖,地層致密,研磨性強,可鉆性差。

1.2 工程簡況

龍探2井于2010年7月16日開鉆,2010年10月2日完鉆。該井一開使用φ406.4 mm鉆頭鉆至井深504.3 m,下入φ339.7 mm表層套管至井深503.71 m;二開使用φ311.2 mm鉆頭鉆至井深2 602.3 m,下入φ244.5 mm技術套管至井深2 599.61 m,封固中上部易漏層和煤層,并為下部鹽膏層施工提供安全保障。三開使用φ215.9 mm鉆頭鉆至井深3 400 m,掛φ139.7 mm尾管(2 405.82～3 398 m)完井。

2 鉆井液技術難點及體系的確定

2.1 鉆井液技術難點

(1)上部地層成巖性差,地層疏松,施工中易漏失和垮塌。

(2)劉家溝組地層承壓能力低,易發生壓力誘導性漏失,鉆井過程中會出現連續滲透性漏失;石千峰組地層棕紅色泥巖分散造漿嚴重;石盒子組深灰色泥頁巖易吸水膨脹、剝落掉塊;山西組、太原組煤層發育,鉆井中易發生煤層大面積坍塌,井壁失穩嚴重。

(3)本溪組地層含有石膏夾層,施工中易發生石膏侵,造成鉆井液粘切升高、失水增大,從而使鉆井液穩定性和流變性變差。

(4)馬家溝組地層鹽巖、硬石膏發育,鹽巖遇水易鹽溶垮塌、硬石膏遇水易膨脹縮徑造成起下鉆阻卡,嚴重時可導致鹽膏層卡鉆。

2.2 處理劑優選和鉆井液體系的確定

2.2.1處理劑優選

①大分子抑制劑:選擇常用的4種大分子處理劑:PAC141、KPAM、FA 367、PM HA- Ⅱ,評價其對泥巖的抑制性,實驗結果表明,當體積分數為0.3%時,巖樣的滾動回收率由大到小的順序為KPAM>FA 367>PM HA-Ⅱ>PAC141。因此,優選 KPAM、FA 367作為本井鉆井液體系的主聚合物。②抗鹽鈣降濾失劑:選擇5種降濾失劑:評價其抗鹽鈣污染能力,結果表明,當體積分數為3%,NaCl加量為5%時,鉆井液A PI濾失量由小到大的順序為SM P-Ⅱ

2.2.2鉆井液體系及配方

針對龍探2井地層巖性特征和技術難點,結合龍探1井的鉆井情況,由室內實驗優選的各井段鉆井液及配方如下:①一開井眼較大,攜砂困難,為保持鉆井液較高的粘度和切力,因此,選用預水化膨潤土聚合物鉆井液體系,配方:清水+(5%～8%)膨潤土+(0.3%～0.5%)Na2CO3+(0.2%～0.3%)NaOH+(0.2%～0.3%)FA 367。②二開劉家溝組地層承壓能力低,易漏失,為保證鉆井液的低密度、低粘切,因此,選用無固相聚合物鉆井液體系,配方:清水+(0.1%～0.3%)K-PAM+(0.1%～0.3%)FA 367+NaOH。③石千峰、石盒子組地層分散造漿嚴重,易水化膨脹、剝落掉塊,為提高鉆井液的造壁能力,改善泥餅質量,降低濾失量,因此,進入石千峰組地層后應選用低固相聚合物鉆井液體系,配方:(5%～8%)預水化加堿膨潤土漿+(0.1%～0.3%)K-PAM+(0.1%～0.3%)FA 367。④山西、太原組煤層較厚,本溪組含有石膏夾層,為提高鉆井液的封堵防塌能力和抗鹽鈣污染能力,因此,進入山西組地層應選用聚磺防塌鉆井液體系,配方:井漿+(2%～3%)SM P-Ⅱ+(2%～3%)SPC+(2%～3%)DBFT-Ⅱ+(2%～3%)W FT-666+(2%～3%)RT-1。⑤三開馬家溝組是長段鹽膏層,為防止鹽溶垮塌和蠕變縮徑,選用高密度飽和鹽水聚磺鉆井液體系,配方:(5%～8%)膨潤土+(0.2%～0.5%)NaOH+(0.2%～0.4%)Na2CO3+(0.1%～0.3%)K-PAM+(8%～10%)SM P-Ⅱ+(5%～8%)SPC+(2%～3%)W FT-666+(1%～2%)RT-1+(1%～2%)JRH-616+(0.2%～0.5%)K2SiO3+(8%～10%)KCl+(20%～25%)NaCl。

3 現場應用鉆井液技術

3.1 一開(0～504.3 m)

一開井段黃土層較厚,土質疏松,地層松軟,滲透性較好,易漏失,且該井段井眼大,攜砂困難,采用預水化膨潤土漿加大分子聚合物開鉆,粘度控制在50～60 s,一開完鉆后用雙泵大排量循環洗井,保持井眼清潔無沉砂,確保表層套管下入順利。

3.2 二開(504.3～2 602.3 m)

(1)二開使用無固相聚合物鉆井液,將 KPAM和FA 367按1∶1復配成1%體積系數的膠液,開鉆后和大土池中的鉆井液混合均勻,采用“大循環”,快速沉淀鉆屑,控制粘度28～35 s,起鉆時配一罐稠膠液清洗井眼,保證井眼暢通無阻。

(2)進入劉家溝組地層后,控制密度在1.05 g/cm3以下,及時加入2%的隨鉆堵漏劑DF-1,以預防井漏。快速鉆穿劉家溝組地層后,配制40 m3高濃度堵漏漿進行工藝堵漏。

(3)進入石千峰組地層后,回收大土池鉆井液改走“小循環”,同時均勻混入50 m3體積系數8%的預水化膨潤土漿,轉換為低固相聚合物鉆井液。并加足泥頁巖抑制劑K-PAM控制地層造漿;同時適當提高粘度,降低失水,防止泥頁巖吸水膨脹、剝落掉塊,確保井壁穩定。

(4)進入山西組地層前20 m,加入2%SM P、2%W FT-666轉換為聚磺防塌鉆井液體系,密度提至1.25 g/cm3,控制粘度45～60 s,濾失量在5 mL以下;同時加入2%防塌劑DBFT-Ⅱ、2%固體潤滑劑RT-1,加強封堵造壁性,提高防塌抑制性和潤滑性,防止煤層坍塌,保持井眼暢通。

(5)鉆遇本溪組石膏層及時加入3%SPC,適當加入Na2CO3和NaOH除鈣,同時用聚合物稀膠液控制鉆井液粘度和切力。

(6)電測、下套管前適當提高鉆井液粘度、切力,采用大排量洗井,保證井眼暢通,以確保電測、下套管順利。

3.3 三開(2 602.3～3 400 m)

(1)鉆完分級箍和水泥塞后放掉二開鉆井液,配制淡水膨潤土漿150 m3,配方:清水+0.2%NaOH+0.4%Na2CO3+8%膨潤土,充分水化24 h以上,同時配膠液50 m3,配方為:清水+0.3%NaOH+2%SM P-Ⅱ+2%SPC+0.5%FA 367。

(2)將淡水膨潤土漿與膠液在地面均勻混合后下鉆至套管鞋處,開泵替出井眼內二開鉆井液,循環過程中轉換為飽和鹽水聚磺鉆井液。轉換后性能為:ρ:1.28 g/cm3,FV:62 s,FL:2.8 mL,p H:9,Cl-:182 000 mg/L。用石灰石粉調整鉆井液密度至1.30 g/cm3后 ,三開。

(3)鉆進過程中,用 KPAM、SM P- Ⅱ、SPC、NaCl配成鹽水膠液維護補充鉆井液,鉆遇膏泥巖地層時根據 Ca2+濃度的高低,加入適量 Na2CO3除鈣。同時加入0.3%K2SiO3,提高膏泥巖地層的穩定性。

(4)通過補充膠液不斷加入NaCl,保持鉆井液中Cl-含量在(18～19)×104mg/L,使鉆井液中Cl-含量達到飽和,盡量減少鹽溶,避免形成“大肚子”。

(5)施工過程中,保持 RT-1、JRH-616含量不低于2%,控制 Kf小于0.12,以提高鉆井液的潤滑性;防塌劑 W FT-666、DBFT-Ⅱ含量不低于3%,抑制膏泥巖膨脹縮徑,防止鹽層坍塌造成井下復雜。在取心井段,適當提高鉆井液粘切和防塌潤滑性,保持鉆井液性能的相對穩定,確保取心筒能順利下至井底。

(6)鉆進長段鹽膏層時控制p H:8.5～10,MBT:30～45 g/L。若鉆井液動塑比過低,攜帶能力不強,采取加抗鹽土或補充預水化膨潤土漿的方式提高鉆井液的攜帶能力。

4 應用效果

(1)該井二開劉家溝組采用的低密度無固相聚合物鉆井液,防漏、堵漏技術得當,堵漏一次即獲成功;石千峰、石盒子組采用低固相聚合物鉆井液及有效的防塌措施,抑制了地層分散造漿和泥頁巖吸水膨脹;山西組、太原組、本溪組采用聚磺防塌鉆井液體系有效防止了煤層、石膏層井段井壁失穩;三開飽和鹽水聚磺鉆井液體系性能穩定、流變性好、抗鹽鈣污染能力強;滿足了龍探2井鉆井施工的要求。各井段鉆井液性能如表1。

表1 龍探2井各井段主要鉆井液性能

(2)懸浮攜帶能力強,井眼凈化效果好。該井實鉆中井眼凈化徹底,井底干凈無沉砂,全井未發生起下鉆阻卡和沉砂卡鉆,電測、下套管均暢通無阻。

(3)封堵防塌效果好,井壁穩定。該井實鉆中在煤層和鹽膏層井段均未發生井壁失穩垮塌現象,井徑規則,二開井段平均井徑擴大率為9.52%,三開井段平均井徑擴大率為6.5%,遠低于工程設計不超過25%的指標要求。

(4)潤滑防卡能力強,機械鉆速快。該井施工中采用固體、液體潤滑劑復配使用,增強了鉆井液的潤滑性。各井段起下鉆遇阻最大不超過10 t,全井施工安全、順利無事故。

5 認識與建議

(1)施工中在煤層和鹽膏層井段應保持鉆井液性能的相對穩定;起下鉆時要控制起下鉆速度,避免產生過大的壓力激動,防止井壁坍塌。

(2)鹽膏層施工中發現有任何縮徑的井段都要進行短程起鉆到復合鹽層頂部,以驗證鉆頭能否通過;鉆穿鹽膏層時,應短起至套管內,靜止2～3 h,再通井觀察其蠕變情況,確定安全時間,檢查鉆井液密度是否合適。

[1] 徐同臺,崔茂榮.鉆井工程井壁穩定新技術[M].北京:石油工業出版社,1999:18-32.

[2] 張克勤,陳樂亮.鉆井液[M].北京:石油工業出版社,1988:23-45.

TE254

A

1673-8217(2011)05-0096-03

2011-04-21;改回日期:2011-06-13

常洪超,工程師,1965年生,1986、1996年分別畢業于重慶石油學校和中國地質大學,一直從事鉆井液技術管理工作。

編輯:劉洪樹