塔里木盆地bk气田钻井防漏堵漏技术

塔里木盆地bk气田钻井防漏堵漏技术

伊朗南部的塔纳克气田，海拔1120.125m，是从波斯湾附近的海岸暴露出来的。从山面到目的层，碳酸盐岩地层裂缝发育，连通性好。海战以上没有空隙，海战以下有生理盐水和气层。最大高差为0.85mpa.100m，气层压力系数为0.75.0.91mpa.100m。岩石层具有很强的水敏性，容易倒塌和收缩。因此,伊朗19+2项目是一个世界级的钻井难题,全井严重漏失与严重坍塌并存。显然,泥浆工艺技术成了钻井作业成败的关键。根据甲方设计,一开用高粘度钻井液,二开和四开在严重漏失地层用空气泡沫钻井液;三开严重垮塌地层用油基钻井液;五开盐水层用饱和盐水钻井液;六开气层压力低,用低密度淡水钻井液。由于高粘度钻井液漏失严重,油基钻井液和饱和盐水钻井液弊大于利,段塞堵漏效果差,一次性泡沫成本高,所以建议使用新的泥浆工艺技术进行钻井作业。通过实践,彻底甩掉了油基钻井液、饱和盐水钻井液和段塞堵漏。由于微泡沫钻井液技术成熟,一次性泡沫回收使用,水基钻井液代替油基钻井液,淡水钻井液代替饱和盐水钻井液,随钻堵漏技术代替段塞堵漏,使钻井液成本大幅度降低。据TBK-2井、TBK-3井和TBK-6井完井统计,实际钻井液材料费用比预算分别降低了67.4%、81.0%和76.3%。德石岩地层渐新统地层(0～715m),岩性主要以无水石膏、白云岩和石灰石为主,中间夹杂石灰石以及页岩。晚古新统地层(715～779m),岩性以石灰石及泥灰岩为主。白垩系地层(779～2106m),以石灰石为主,夹有泥灰岩、页岩和黄铁矿岩。在沿海FARS地区,存在薄层燧石。侏罗系地层(2106～2154m),由石灰石、粘土质微晶石灰石和白云质石灰石组成,没有微生物群落。三叠系地层(2154～2872m),由无水石膏、白云岩和页岩交替组成,同属蒸发岩系列;盐水层密度为1.17g/cm3。二叠系地层(2872m),为白色鲕状石灰石与白云岩交替。挖掘和技术对策1.井结构及井壁材料异常(1)井漏和井喷碳酸盐岩属孔洞裂缝性地层,连通性好,液体压力传递快。当钻井液和地层之间存在正压差时,海平面以上地层中的裂缝会发生严重漏失。低于海平面的地层,当钻井液密度偏高时,也有不同程度的漏失,而且会先漏后喷。(2)井塌白垩系地层中的页岩层理发育,水敏性极强,遇水后坍塌严重。如果钻井流体选择不当,可能发生严重的井壁坍塌。(3)缩径和盐膏污染地层中无水石膏和灰质泥岩夹层很多,钻井中缩径和钻井液污染问题将导致井眼卡钻。2.防止地层漏失井产(1)防漏当钻井液液柱压力大于地层孔隙压力时,会发生井漏。所以,必须采用低密度钻井液降低液柱压力和提高钻井液固相颗粒尺寸封堵孔隙和裂缝。低密度钻井液种类很多,如:水包油钻井液、油基钻井液、微泡沫钻井液、稳定微泡沫钻井液、硬胶泡沫钻井液、雾和空气钻井液。据井史资料表明,井漏问题非常严重,每个井段都有漏失现象发生。所不同的是海平面以上地层因无孔隙压力而发生漏失。海平面以下地层有孔隙压力,但井眼与地层裂缝连通性好,钻井液密度难以控制,偏高就漏,偏低就涌。所以,钻井过程中为防止井漏,一开使用微泡沫钻井液,二开无水干层使用稳定泡沫钻井液,四开盐水层使用硬胶泡沫钻井液,五开、六开使用聚磺钻井液。(2)防塌白垩系地层中有厚度为60～120m的页岩是井下垮塌的主要地层。其坍塌原因:一是页岩吸水后,膨胀力以破碎掉块的形式释放出来。二是受构造应力的挤压,地层破碎;三是页岩性脆,受钻具碰撞而掉块。解决垮塌的方法为:使用干空气或油基钻井液钻井,不让地层接触水;用聚磺防塌钻井液形成优质泥饼,降低滤失量,减少滤液进入页岩地层。同时,控制起下钻速度,减少碰撞井壁。(3)防喷井喷的原因一是当地层孔隙压力高于钻井液液柱压力时,在钻进中或停止循环时发生井喷;二是当地层孔隙压力低于钻井液液柱压力时,发生先漏后喷。所以,钻井过程中要进行正压钻井。(4)防缩径和盐膏污染用淡水溶解防止石膏缩径,用低滤失量钻井液防止灰质泥岩缩径。用磺化处理剂或饱和盐水钻井液提高钻井液的抗盐和抗钙能力。钻井液方案论证根据地层特性、井身结构和井史资料,长城钻井公司中油钻井液公司对钻井液方案进行了反复论证,提出了钻井液设计。在施工过程中根据井下实际情况,对设计进行了修改。TBK-2井钻井液使用情况见表1。现场应用1.应用效果TABNAK气田表层主要是无压裂缝性碳酸盐岩地层,钻井过程中的主要困难是井漏和大井眼清洁。微泡沫钻井液是密度为0.6～1g/cm3的水基钻井液,在钻井过程中对低压易漏地层具有非常好的防漏作用和井眼清洗能力。但在注水泥浆固井时,由于“滞留层”被冲走,失去了防漏作用,造成固井水泥浆漏失。为了防止固井过程中水泥浆的漏失,采用了“微泡沫钻井粗泡沫堵漏工艺”,即用微泡沫钻井液钻完进尺,下钻通井时,先将井眼清洗干净,然后在上水罐中加入一定量的破胶剂和膨润土浆,缩短稳泡时间,并适当提高钻井液密度,故意让泡沫进入漏层,当微泡沫进入漏层后,在静止状态下,很快聚结变成“蜂窝”状而且强度很大的泡沫凝胶,对漏失通道产生“气锁”和凝胶封堵,解决了表层固井过程中的水泥浆漏失问题。TBK-2井使用正电胶钻井液一开,钻至井深47m时发生井漏,最大漏速为24m3/h,钻至井深48m,单泵有进无出,累计漏失钻井液317m3。将正电胶钻井液转化为微泡沫钻井液后,漏失现象消失,下套管固井,水泥浆返至地面。TBK-3井根据TBK-2井的经验,TBK-3井使用微泡沫钻井液一开。钻井液密度低,性能稳定,钻井过程中基本没有发生漏失,钻井施工顺利。注水泥浆固井,水泥浆返至地面,固井一次成功。TBK-6井和TBK-8井表层继续使用微泡沫钻井液开钻,钻井过程中不漏不卡,井眼清洁,固井水泥浆返至地面,施工顺利。实践证明,微泡沫钻井液密度低,粘度和切力高,成本低,具有较好的防漏堵漏作用和岩屑携带能力,解决了表层漏失和井眼清洁技术难题。2.堵漏效果TBK气田二开井深设计为钻至白垩系LAF-FAN层页岩顶部,岩性主要是无压裂缝性碳酸盐岩,钻井中主要问题仍是井漏。TBK-2井用微泡沫钻井液二开,钻至井深447m发生3次井漏。因地层裂缝发育,LCM段塞堵漏效果不佳。改用稳定泡沫钻井液,顺利钻至井深825m。稳定泡沫钻井液是由气-液组成的泡沫流体,密度小于0.2g/cm3。稳定泡沫钻井液适用于低压低含盐水层,最高抗盐达80000mg/L,环空返速一般为0.5～1.5m/s。稳定泡沫钻井液携砂性能强,钻速快(5.58m/h),不漏失,是低压裂缝性碳酸盐岩地层较好的防漏钻井液。TBK-3井二开井眼设计钻井液体系为空气泡沫。由于一次性泡沫材料消耗量大,成本高,希望通过干空气钻井,提高钻速,降低成本。但实践表明,φ660mm井眼尺寸太大,环空返速低,钻屑带不出来。所以在井深167m又改为用稳定泡沫继续钻进,井下恢复正常,顺利钻到井深825m,下套管固井。3.井内地质地认定TBK-2井在φ444.5mm井眼(白垩系)有两个垮塌严重的页岩层。TBK-1井在该地层曾两次因垮塌,埋钻具而侧钻,最后只好使用油基钻井液。TBK-2井三开采用水基聚磺钻井液,由于地质卡层不准,三开地层被提前揭开,导致φ508mm套管下在泥岩地层中部,74m口袋被垮塌物填满。划眼至底后,用水基聚磺钻井液顺利钻穿三开井段。新、老井眼均无垮塌,钻井、电测、单双扶正器通井、下套管顺利,水泥浆返至地面,固井一次成功。实践表明,泥页岩地层水敏性极强,垮塌严重。聚磺钻井液不但防塌效果好,而且成本低。4.tbk-3井空气钻至井底的应用硬胶泡沫钻井液是由固-液-气组成的泡沫流体,密度小于0.2g/cm3,适用于低压盐水层。它与稳定泡沫钻井液的主要区别在于抗盐能力强,抗盐Cl-可达150000mg/L,抗钙为4000mg/L,稳泡剂和发泡剂用量少,成本较低。该钻井液上返速度为0.5～1.1m/s。TBK-2井四开用稳定泡沫钻井液钻至井深1176m遇石膏层,泡沫质量下降,携砂效果变差。改用低浓度硬胶泡沫钻井液后,钻进恢复正常。钻至井深1967m,因地层出盐水,用高浓度硬胶泡沫钻井液钻至井深2130m,地层出水严重,用膨润土浆强钻至井深2300m,下套管,固井,水泥浆返高1228m。TBK-3井在φ311.15mm井眼用纯空气钻至井深1430m,地层第一次出盐水,Cl-含量为41987mg/L,增大空气排量,继续钻至井深1824m,起钻发现钻具腐蚀十分严重。为了保护钻具,决定配制高pH值稳定泡沫液进行空气泡沫钻井。钻至井深2054m,地层第二次出盐水,Cl-含量为54455mg/L,将稳定泡沫钻井液转换为硬胶泡沫钻井液。钻至井深2420m,地层第三次出水,Cl-含量达152000mg/L、密度为1.16g/cm3,接近饱和盐水,但硬胶泡沫钻井液仍能很好地携带钻屑。5.控制密度放线从伽马射线、声波时差和电阻率曲线可知,三叠系和二叠系地层裂缝十分发育。裂缝中有盐水和天然气,盐水矿化度从海水至欠饱和盐水。最高盐水层压力系数为0.85MPa/100m,气层压力系数为0.75～0.91MPa/100m。钻井过程中的复杂情况主要是井漏和井涌。TBK-2井、TBK-3井和TBK-6井五开采用密度为1.05～1.07g/cm3的淡水聚磺钻井液,六开采用密度为1.00～1.03g/cm3的水包油钻井液,控制密度,降低压差,同时用5%～8%的中细颗粒LCM随钻堵漏,顺利钻达目的层。实践表明,对低压裂缝性地层,控制密度,只能减轻漏失的程度,而不能阻止漏失。用LCM段塞或水泥浆段塞堵漏有效期短,堵漏时间长,成本高。随钻堵漏效果好,即漏即堵,漏失量小,施工简单,节省堵漏时间,降低成本。低密度水包油钻井液防漏技术1.一开采用微泡沫钻井粗泡沫堵漏工艺,基本解决了TBK气田表层钻井和固井漏失问题。而且在环空返速极低的情况下,仍能保持井底干净,解决了特大井眼的清洁问题。2.二开采用稳定泡沫钻井液,密度低,防漏效果好,携砂能力强,机械钻速快,回收使用后,泡沫材料用量减少一半。3.三开LAFFA