塔里木油田井深固控设备优化改进

塔里木油田井深固控设备优化改进

钻井液的固相分为有用固相和有害固相。有用固相是指维持钻井液性能所必须具有的固相物质,主要指膨润土和重晶石以及提供钻井液性能所必须的其它材料。其余为有害固相,主要指钻屑,在不加重的前提下,膨润土只要占到钻井液体积的2%~4%即可满足其流变性和失水等要求,加多了也会成为有害固相。钻井液中有害固相越多,钻井液的密度、黏度、动切力、失水、滤饼厚度、流动阻力等越大,不但会降低钻速,而且易引起黏附卡钻、井漏等,降低钻井效率一、固控设备高效使用难经过近年来不断优化该井固控设备,塔河工区(井深超过6000m)基本上形成了“3+2+2”(即三台振动筛+除砂除泥一体机+高、低速离心机)的固控设备组合模式,且固控设备品种繁多、使用效果差别大,对如何高效使用固控设备,每个钻井公司没有统一思路,亟待统一。通过对现场岩屑粒度分度测定,基本上符合表1钻屑粒度分布情况。表1中的重量百分比给出的是一个变化范围。这是因为钻井液中钻屑粒度的分布随地层、机械钻速、钻井液性能和其它因素的变化而变化。但不难看出,钻屑粒度呈中间大两头小的分布规律,大于74μm和小于2μm的钻屑颗粒分别占总钻屑的3.7%~25.9%和5.5%~6.5%,钻井液中的无用固相绝大部分是2~74μm的钻屑二、地层密度、固相含量和亚财产粒子含量(1)选取10区块A、B两井,两井相邻,两井井身结构、钻遇地层、各层位(组)井深一致,钻具组合和钻井参数、钻头选型大致相同。(2)将A、B两井按照地层各分16组(库车组为1组,康村组为2组,依次类推,东河塘组为16组),每组取三个点(该组上部、中部、底部),测试每组三个点钻井液入口密度、固相含量、亚微米粒子含量,取平均值做统计。(3)统计A、B井固控设备使用情况和每个组的机械钻速、钻井液维护处理情况,分析钻井液维护处理、固相控制对固相含量、亚微米粒子含量的影响,以及固相含量、亚微米粒子含量对机械钻速和井下安全的影响。(4)分析得出工区各层位固控设备优化使用方案及胶液维护处理注意事项。三、统计与分析试验数据1.两井或两井低离心分离固相颗粒的范围和特征表2、表3为A、B两井固控设备使用情况,其中A井使用高频振动筛,且配备转速1800~2200r/min的高速离心机(分离因数高达1200~2100,分离点可低达2~5μm,分离固相颗粒的范围是>5μm的固相颗粒),两井一体机型号一致且(一体机旋流器底流下部安装200目筛网,理论上分离的固相颗粒>74μm,两井低速离心机分离固相颗粒的范围是>20μm的固相颗粒。从两井现场使用反映来看,除砂器、除泥器是固控工艺中使用效率最低的固控设备(使用率占钻进时间的50%)。主要原因是除砂除泥器分离固相的范围不稳定,分离效果不如振动筛和离心机明显(除砂、除泥量很少),且其砂泵消耗功率大、底流经常“跑钻井液”、旋流器易堵塞,旋流器处理固相颗粒的曲线比较平缓,即使使用很小口径的旋流器也很难将很大直径的固相颗粒100%的清除干净2.磺化类处理剂加量A、B两井上部地层(侏罗系以浅10.5~4500m)使用聚合物钻井液,维护处理大致相同,转聚磺钻井液后,维护处理见表4。两者差别在于A井在转型后大分子包被剂(KPAM和FA-367复配)加量明显高于B井,且采用小分子抑制剂(硅醇抑制剂DS-302)、无机盐抑制剂结合包被剂抑制岩屑分散,A井磺化类处理剂加量明显小于B井。聚磺钻井液处理的关键在于把握“聚”和“磺”的平衡,实质就是把握分散与抑制的平衡,B井为了控制失水(实测API失水3mL,HTHP失水10mL),加入足量的磺化类处理剂,钻井液向着分散趋势发展,未及时加入足量包被剂、抑制剂,劣质固相分散严重,亚微米粒子含量、固相含量上升,流变性恶化,机械钻速明显降低,在卡拉沙依组地层出现严重泥包现象,后经稀释处理后流变性改善,固相含量和亚微米粒子含量降低,机械钻速提高。3.转聚磺钻井液体系内热控制图1为A、B两井全井段(各16组)机械钻速、固相含量、亚微米粒子含量数据对比图,通过图1分析发现:(1)转型前两井固相体积基本相同,两井亚微米粒子含量和机械钻速差别不大,机械钻速和亚微米粒子含量成正相关,即同一层位,亚微米粒子含量越低,机械钻速值越低(机械钻速越快),但影响不大,机械钻速主要与钻井参数和钻头选型有关,这是因为上部地层欠压实,成岩性较差,地层可钻性较强,表现为钻头加不上钻压,且地层岩屑粒径较大,A、B两井固控设备基本能满足快速钻井需要。(2)转聚磺钻井液体系后钻井液分散趋势明显,亚微米粒子含量逐渐上升,同一层位,亚微米粒子含量越高,机械钻速越慢,两井钻井参数一致、钻头型号一致,但机械钻速相差较大,说明亚微米粒子含量对机械钻速影响重大。(3)A井通过强化固控的物理方法和加入足量包被抑制剂的化学方法结合,很大程度上延缓亚微米粒子含量的上升;B井转型后未及时补充足量抑制剂和开启离心机,过度追求降低失水,钻井液分散严重,机械钻速较A井有明显下降。(4)A井在卡拉沙依组(14组),因地层成岩性较好,可钻性较差,机械钻速较低的情况下,适时开启高速离心机(此时PDC钻头产生的岩屑粒径较细),结合低速离心机和前三级固控,有效地避免了亚微米粒子含量的上升,高速离心机结合包被抑制剂能够降低钻井液中亚微米粒子含量,从而获得较高的机械钻速。四、固控设备在a公司的应用效果A井通过合理的固控设备使用,提速效果显著,仅15d就钻至二开中完井深(5641m),周期缩短率高达60%,创国内最好水平,钻井液每米成本仅为197元/m,其中加重剂消耗450t,较设计和临井高出200t,但综合成本较临井降低30%以上(较临井周期缩短20d,节约钻井成本200万以上),可见强化固控,尤其是提升下部井段离心机的使用率至关重要,即使离心机的开启会消耗部分重晶石粉,但综合利润远远大于重晶石粉的消耗。将A井的固控设备使用方法和转型后胶液维护处理方法在A公司全面推广后,提速效果十分显著,2014年该钻井公司无一起卡钻故障,起下钻阻卡明显减少,钻头无一起泥包现象。表5为推广应用效果。五、包被抑制剂控制及使用注意事项(1)A井各层位固控设备使用方案适合塔河主体区块,可以推广应用,但应注意密度1.15g/cm(2)下部地层,亚微米粒子含量对机械钻速的影响大,亚微米粒子含量越低机械钻速越快,转聚磺钻井液后,亚微米粒子含量逐步上升,除加入主要磺化类处理剂外,要加入足量的包被抑制剂,处理好分散与抑制的平衡,避免钻井液固相超细分散,当出现钻井液黏度切力上升时,要及时调整胶液配方和加强离心机开启或者稀释、置换部分钻井液。(3)PDC钻头钻进时,地层可钻性较差、研磨性强时,要及时开启高速离心机结合包被抑制剂控制固相分散。(4)下部地层高频振动筛目数为200目,除砂器除泥器底流筛网目数为200目,除砂器、除泥器使用效果很差,不能达到理