抗高温KCI聚磺钻井液体系在伊朗FX井中的应用

第 3 4卷 第 l 期 2 0 1 2年 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI L L I NG P R0 DUC T I ON T E CHNOL OG Y Vo 1 3 4 No 1 J a n 2 01 2 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 2 0 1 0 0 5 0 0 4 抗高温 KC I 聚磺钻 井液体 系在伊朗F X井中的应用 王权阳 李 尧 中石化 西南石 油局钻 井工程研 究院 四川德 阳6 1 8 0 1 4 引用格式 王权阳 李尧 抗高温 K C I 聚磺钻井液体系在伊朗F X井中的应用 J 石油钻采工艺 2 0 1 2 3 4 1 5 0 5 3 摘要 针对伊朗Y A DA区块上部地层极易水化分散 下部地层压力系统复杂 井底温度高 极易发生井壁坍塌 井漏 井喷 卡钻 下套管困难等深井复杂情况 通过对该地 区复杂地层固井技术难点分析 借鉴国内KC 1 聚磺钻井液体系应用经验 室内 研究了适合于该地区钻进的抗高温KC I 聚磺体系 并对该配方进行性能评价及优化 通过在 F X井的现场应用 表明该 KC 1 聚 磺体 系抑制性能好 封堵性强 抗高温性能稳定 润滑性好 解决了F X井井壁稳定等技术难题 满足了该井工程地质要求 实现 了该井预期勘探 开发 目的 为该地 区勘探开发积 累了经验 关键词 伊朗 钻井液 K C I 聚磺体系 抗高温 防塌 抑制性 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识码 A App l i c a t i o n o f t e mpe r a t ur e r e s i s t a nt po l y me r s u l f o na t e KCI mu d s ys t e m o n W e l l FX i n I r a n W A N GQ u a n y a n g L I Y a 0 Dr i l l i n gE n g i n e e r i n gR e s e a r c hI n s t i t u t e S o u t h we s t P e t r o l e u mB u r e a u S i n o p e c De y a n g 6 1 8 0 1 4 C h i n a Ab s t r a c t Be c a u s e o f e a s y h y d r a t e e x p a n s i o n i n t h e u p p e r s t r a t u m o f Y ADA a r e a a n d c o mp l e x p r e s s u r e s y s t e m a n d h i g h b o t t o m h o l e t e mp e r a tur e i n t h e l o we r s t r a t u m o f Y ADA a r e a t h e d e e p we l l c o mp l e x i t y p r o b l e ms a r e e a s y t o o c c u r s u c h a s we l l b o r e c o l l a p s e c i r c u l a t i o n l o s s b l o wo u t b i t s t i c k i n g a n d t h e d i ffi c u l t y t o r u n c a s i n g T h e t e mp e r a t u r e r e s i s t a n t p o l y me r s u l fon a t e KC1 mu d s y s t e m wa s d e v e l o p e d a n d t h e f o r mu l a wa s e v a 1 u a t e d a n d o p t i mi z e d r e f e r r i n g t o t h e d o me s t i c e x p e r i e n c e T h e a p p l i c a t i o n o f t h e mu d s y s t e m i n we l l F X s h o we d t h e s y s t e m h a d g o o d i n h i b i t i o n h i g h b l o c k i n g c a p a c i t y g o o d t e mp e r a t u r e r e s i s t a n c e a n d g o o d l u b r i c i t y I t me t t h e r e q u i r e me n t o f e n g i n e e rin g g e o l o g y a n d a t t a i n e d the p r e d i c t i v e p u r p o s e o f e x p l o r a t o r y d e v e l o p me n t I t a c c u mu l a t e d e x p e rie n c e f o r t h e d e v e l o p me n t o f t h e a r e a Ke y wo r d s I r a n d r i l l i n g f l u i d p o l y me r s u l f o n a t e KCI mu d s y s t e m t e mp e r a t u r e r e s i s t a n c e a n t i c o l l a p s e i n h i b i t i o n F X井位于伊朗东南部 K u s h k地区 Y A DA区块 是一口重点开发井 该井设计井深 4 5 6 7 rn 其主要目 的是 开发 L F a h l i y a n层位 获取真实详细的地质 录 井 资料 分析 Z a g r o s 构造带的含油气情 况 地质预 测该井会钻遇大段泥岩 泥质灰岩 又面临高压层及 低压层交替 钻井液密度窗口窄 井底温度高 易造 成井眼失稳 井漏 井喷 卡钻 下套管遇阻等井下复 杂情况 给钻井及完井工程带来一系列技术难题 结 合该地区地质特征 针对强抑制性抗高温高压钻井 液技术难点 决定采用 K C 1 聚磺抗高温高压钻井液 体 系进行现场施工 借鉴川西地区 K C 1 聚磺抗高温 高压体系的现场应用经验 经过室 内配方实验研究 确定 出符合该地 区作业的防塌强抑制性 抗温能力 强的K C 1 聚磺体系 现场应用表明 该体系稳定性好 完全能够满足 Y A D A区块快速 安全钻进作业要求 1 固井施工难点 根据地质预测资料 针对 F X井自进入 A s ma r i 地层后钻遇大段易坍塌 水化分散地层等特点 决定 对该井 自A s ma r i 层位采用抗高温 K C 1 聚磺钻井液 作者简介 王权阳 1 9 8 2 年生 2 0 0 6 年毕业于石河子大学应用化学专业 现主要从事钻井液现场应用工作 电话 0 8 3 8 2 6 0 7 0 2 5 E ma i l wa n g q u a n v a n g 1 6 3 t o m 王权 阳等 抗 高温 KC 1 聚磺钻 井液体 系在伊 朗 F X井中的应用 5 1 体系 钻遇该地层的复杂主要表现在以下方面 1 A s m a r i 至 G a d v a n 层位大段泥岩 泥质灰岩 石灰石地层极易水化分散会导致井壁失稳 使井下 变得异常复杂 2 钻井液密度窗 口窄 地层裂缝性发育 地层易 喷 易漏 3 进入 F a h l i y a n后 井底温度高达 1 5 0 c C 对钻 井液抗高温 高压能力及稳定性有较高要求 4 F a h l i y a n 层位上部为高压地层 压力系数为 i 6 0 g c m 下部为低压地层 压力 系数为 1 3 0 1 4 0 g c m 低压层及高压层同时存在于同一裸眼井段 内 而钻井液密度必须 在保证平衡上部地层压力 的 前提下 确保下部低压地层的安全钻进 造成钻进时 压差卡钻风险极大 2 室 内实验 伊朗 Y A D A地区 F X井地质特征 决定对该井 自 A s m a r i 层位开始至完井采用抗高温强抑制性防塌 K C 1 聚磺体系 初步确定该 K C 1 聚磺体系配方为 4 膨 润 土 0 2 Na 2 C O3 0 2 Na O H 0 5 F A一 3 6 7 2 一 4 S P NH 3 5 S M P 2 5 8 KC1 4 FT 3 4 2 0 3 0 6 G BH 1 2 R H 2 2 0 用 4 2 g c m 重 晶石调整钻井液密度为 1 3 0 1 7 0 g c m 可加入 适当X C调整钻井液体系黏度 室内实验对该配方 进行评价并优化 2 1 抑制性评价与优化 为考察 K C 1 在该配方 中的的抑制能力并确定 KC 1 的最佳加量 用粒径 0 9 2 0n l r n的岩样进行滚动 回收率实验 评 价并对 比清水 8 K C 1 配方 7 K C l 配 方 6 KC l 配方 5 KC l 配方 的抑 制 性 实 验 老 化条件 1 5 0 1 6 h 结果见表 1 表中基浆配方 为 4 膨 润 土 0 2 Na z C O 0 2 Na O H 0 5 F A 一 根据 F X井钻井液性 能设计要求 在充分借 3 6 7 4 s P NH 5 s MP 2 4 F T 3 4 2 0 6 G B H 鉴国内强抑制防塌钻井液体系基础上 综合分析 2 R H 2 2 0 重晶石 表 1 抑制性评价优化结果 由表 1 可知 随着 K C 1 加量的增大 岩样 回收 率逐渐增大 8 的 K C 1 回收率达到了9 6 4 同时 随着 KC 1 加量的增 大 常压失水 高温高压失水 塑 性黏度和动切力都呈显著上涨趋势 由于 8 K c l 加量的A P I 失水 高温高压失水及塑性黏度均超出 设计规定范围 而 7 K C 1 加量的回收率也已达到 9 4 6 已经能够满足现场钻井液抑制性能要求 所 以现场优选确定该体系 KC 1 加量为 7 2 2 抗温性评价与优化 为确定该配方在高温条件下的抗温性能及稳定 性能 室 内实验调整配方 中 S MP 一 2 S P NH加量 确 定最佳加量 见表 2 表 2中基浆 1 配方为 4 膨润 土 0 2 Na 2 C O 3 0 2 Na OH 0 5 F A 3 6 7 7 KC 1 4 S P NH 4 F T 3 4 2 0 6 GBH 2 RH一 2 2 0 重 晶 石 基 浆 2 配 方 为 4 膨 润 土 0 2 N a C O 0 2 Na OH 0 5 F A 3 6 7 7 KC1 5 S MP 一 2 4 F T 3 4 2 0 6 GB H 2 R H 2 2 0 重晶石 同时实验 了高 温保护剂 GB H的加量对体系稳定性的影响 见图 1 o 表 2 抗温性能评价优化表 表 2中随着 S MP 一 2及 S P N H加 量 的增 加 A P I 失水及高温高压失水都随之下降 当S MP 2 及S P N H 加量分别为 5 及 4 时能满足钻井液体系抗温性 能要求 由图 1 可以得出随着老化时间的延长 不 同G B H加量下的体系高温高压失水量都随之增加 在超 过 1 0 0 h后呈跳 跃式增 加 而 0 5 的 G B H加 5 2 石油钻采工艺 2 0 1 2年 1月 第 3 4卷 第 1 期 量 已经能够满足钻井液抗温稳定性要求 图 1中基 浆 配 方 p 1 6 0 g c I n 3 4 0 0 膨润 土 O 2 o Na 2 C O 0 2 Na OH 0 5 F A 3 6 7 7 KCl 4 S P NH 5 S MP 一 2 4 F T 3 4 2 2 R H 一 2 2 0 重晶石 老化条件 1 5 0 o c 老化时 间 h 图 1 GB H抗 温稳 定性 曲线 2 3 流变性研究 为保证 钻 井 液 能够 有 效 地 悬 浮重 晶石 及 钻 屑 及 时将有 害固相带出地面 防止井下复杂事故 的发生 在体 系流 变性 能不能满足钻进要求 时 室 内实 验加 入适 当 XC调 整 KC I 钻 井 液体 系携 屑 悬 浮 能 力 实 验 结 果 见 表 3 表 3中基 浆 配 方 为 4 膨 润 土 0 2 Na C O 0 2 Na OH 0 5 F A 一 3 67 7 KCl 4 SPN H 5 SM P 2 4 FT 3 4 2 0 5 G B H 2 R H 2 2 0 重 晶 石 由 表 3可 以得 出 XC的加量对 KC 1 体系的黏度 切力及动塑 比有 较大影 响 0 3 的 XC加 量 已经 能够 满足钻 进要求 表3 x c加量对流变性能影响 2 4 润滑性评价 考 虑 到该井 下部 地层 压力 系 统 的复杂性 在 F a h l i y a n地层极易发生压差卡钻 故在 KC 1 钻井液体 系中加入适 当的润滑剂增强体 系的润滑性 提前预 防卡钻事故的发生 表 4为加入 R H2 2 0的润滑性测 试结果 从表 4可以得出 2 R H 2 2 0 加量的 K C 1 体 系的摩阻因数为 0 0 7 能够满足润滑防卡要求 表 4 润滑性能评价 注 基浆配方 同表 3 通过对该抗高温 K C 1 体系配方的室内评价及 优化实验 最终确定钻井液体系配方为 4 膨润 土 0 2 Na 2 CO3 0 2 Na OH 0 5 F A 3 6 7 7 KC1 4 S P NH 5 S MP 一 2 4 F T 3 4 2 0 5 GBH 2 RH一 2 2 0 0 4 XC 重 晶石 3 现场应用 3 1 体系配制 根据室 内实验配方 对 F X井 自进入 As ma r i 前 转换钻井液体系为 7 的 K C 1 体系 随时监测钻井 液性能并对该配方进行现场调整 现场配制好的钻 井液经 1 5 0 c C 1 6 h老化后性能见表 5 表 5 现场配制 7 K C 1 钻井液性能 g H K L 1 4 2 1 O 0 2 8 1 0 6 3 2 1 1 5 2 6 0 0 7 3 5 7 0 0 3 2 性能维护及处理 1 1 8 0 0 4 5 8 8 1T I 井段根据钻进进度配制一定 浓度 的 S MP 一 2 S P NH碱液维护 随时监测并维持钻 井液中 K 含量 不定期补充润滑剂及 G B H含量 2 严密监测钻井液各项性能 同时控制钻井液 密度在使用设计低限范围 保持近平衡钻进 防止井 下压力失衡造成复杂 3 适时补充碳酸钙 磺化沥青 S MP 一 2 改善滤 饼质量 提高体系抗温 封堵 防塌 防漏效果 4 充分利用 四级固控设备维持钻井液体 系低 固相含量 清除劣质 固相 确保体系具有 良好的流变 性 可依据井下情况加入流型调节剂 XC 增强钻井 液的携砂能力 5 针对F a h li y a n 地层的高低压层特性 在进入 F a h l i y a n地 层前 5 0 m加 入 1 2 碳 酸钙 粗 及 1 2 碳酸钙 细 增强体系封堵能力 进入该地 层后于钻井液体系中混入 5 1 0 柴油增强体系润 滑性能 严格控制钻井液钻井液润滑性能 并控制钻 进 起下钻速度 禁止定点循环 提前预防由地层原 因引起的压差卡钻 王权 阳等 抗 高温 KC 1 聚磺钻井液体 系在伊 朗F X井 中的应用 5 3 3 3 应用效果分析 根据 F X井全井完井数据分析 KC 1 聚磺体系在 该井的应用情况好 能够满足 Y AD A区块 As ma r i 层 位至下部 F a h l i y a n 地层安全 快速钻进需求 具体表 现为如下方面 1 该井 As ma r i 1 5 8 3 m 至 F a h l i y a n 4 5 8 8 m 层 位采用K C 1 聚磺体系钻进 钻井液各方面性能良好 性能稳定 上部井段贯穿 Ag h a j a r i G a c h s a r a n As ma r i 地层 主要为泥岩 夹杂石膏 泥岩易水化分散 使用 抑制性的强 KC 1 体系顺利钻进 井径规则 井壁稳定 起下钻顺利 钻井液受石膏污染少 抗钙能力强 下部 井段在 L a f a n 2 7 4 3 3 9 1 m 和 G a d v a n 3 9 5 0 4 0 5 6 m 有大量灰色页岩 硬脆性强 易产生掉块 临井 K K1 H OS 一 1 在此井段 采用欠饱和盐水钻井液进行钻进 均 出现不同程度 的掉块 H OS 一 1 井使用欠饱和盐水钻井 液在 4 3 6 0 m发生掉块卡钻 第一次侧钻使用欠饱和 盐水钻井液在 4 2 3 6 m又发生掉块卡钻 而 F X井下 部井段使用K C 1 钻井液体系进行钻进 成功解决了下 部井段井壁失稳的技术难题 保证 了安全 陕速钻进 2 钻进至 F a h l i y a n低压层后 提前加入适量微 裂缝封堵剂 增强钻井液体系润滑性能 同时调整钻 井液密度至设计下限 1 6 8 g c m 做好 了该井段的卡 钻预防措施 于此层位作业期间共发生 2 次压差卡 钻 第 1 次压差卡钻发生于钻进至设计井深 4 5 6 7 m F a h l i y a n低压层 测斜时 静止钻具后发生卡钻 卡 钻时钻井液性能见表 6 第 2次压差卡钻发 生于钻 进至完钻井深 4 5 8 8 m F a h l i y a n 低压层后短起时发 生卡钻 卡钻时钻井液性能见表 7 2次卡钻均属于 压差卡钻 表 6及表 7的数据表 明该井发生卡钻时 钻