水基高效清洁钻井液技术在大位移水平井中的应用

水基高效清洁钻井液技术在大位移水平井中的应用水基高效清洁钻井液技术在大位移水平井中的应用/水基高效清洁钻井液技术在大位移水平井中的应用水基高效洁净钻井液技术在大位移水平井中的应用立项背景大位移水平井能够大幅提升勘探开发成效，扩大油田的有效开发面积，提升采收率，降低成本，进而带来巨大的社会和经济效益。当前生界上很多国家利用这项技术来勘探开发海上、滨海、岛屿和地面条件恶劣地域的油气田，减少建筑平台、人工岛和减少钻油气井数。老油气田也可利用该井型加快油田勘探和开发，缩短产油周期，扩大泄油半径，提升单井产量和延伸井的寿命；增添整个油田的产量和最后采收率，大幅节俭上游投资。为了知足中国日趋发展的勘探和开发需要，各油田再次鼎力发展水平井应用技术，特别是2005年此后各油田水平井数目显然增添。中国石化企业企业从上世纪80年月末对大位移钻井进行了踊跃探究，达成的指标井主要有：2000年3月达成了埕北21-平1井，完钻井深4837.40m，水平位移达到3l67.34m，位移/垂深为1，是当时国内地上油田达成的水平位移最大的一口井。2008年达成了金平1井，实钻位移1636m，垂深583.9m，位移/垂深达到1，是当时成功油田位垂比最大的一口大位移井。但我国的大位移井技术与外国先进水平对比，仍存在相当大的差距，需要在这方面进一步睁开攻关研究。为了知足水平井钻井和完井全过程的各样需要，保证水平井的钻成并保护好油气层，工程和地质双方面都对水平井钻井液完井液提出了特别要求，钻井液系统的选择需要综合考虑地层岩性、地层压力、储层特征、井身结构、钻井参数、设施条件、经济的合理性以及环境保护等要素。在钻井施工过程中 ,钻井液还必须解决井眼净化、井壁稳固、摩阻控制、防漏堵漏、储层保护等 5个技术难题。在钻进不一样地层时，这些难题有时是共存的，有时表现的严重程度不完好同样。从钻井液种类选择上看，大概分红油基钻井液和水基钻井液。油基钻井液主要用于最易出现井眼稳固问题的夹有裂痕性页岩的储层、易受伤害的砂岩储层以及大位移或超长水平段的水平井。水基钻井液在克制性、润滑性、保护储层等技术方面均不及油基钻井液。跟着钻井液技术的发展，现已研制成功一些新式办理剂和新式水基钻井液系统，新系统很大程度地战胜了原有水基钻井液的上述弱点，基本上能够知足水平井钻井的需要。 当前国内实行的水平井与外国有较大的差距，长水平段水平井对水基钻井液是一个考验，水基钻井液在技术上应早做贮备，以适应发展的需要。主要内容国内的大位移钻井液系统好多，有聚合物水包油乳化钻井液系统，正电胶聚合物钻井液系统，聚合醇润滑防塌钻井液系统，硅聚纳米润滑钻井液系统，低毒性油基钻井液系统等。大位移水平井钻井液的润滑问题是钻井液成败的技术关键，怎样解决钻井液系统的润滑、防塌、携岩问题是顺利实行浅层大位移水平井的要点技术，本项目从适合大位移水平井钻井液系统及工艺技术方面进行了创新研究。钻井液系统配伍性办理剂的研选絮凝剂的选择因为长水平段水平井的造斜、稳斜井段、长水平段都钻遇易造浆的砂泥岩地层，钻时快，一般的钻井液钻进时，黏土会迅速大批的入侵，简单造成钻井液性能变化较大；钻屑如不可以包被絮凝并经过固控设施实时除去，黏土等低密度固相很快侵入钻井液中，当黏土的侵入量达到黏土的容量先后，钻井液的粘度和切力急剧高升，洁净井眼的能力急剧降落，造成粘卡等复杂状况，甚至致使卡钻事故的发生。所以怎样克制地层水化膨胀和分别、实时除去钻屑、保持钻井液性能稳定是要点。由此一定采纳絮凝特征好的絮凝剂。当前广泛选择PAC141、HPAM、PAM、两性离子聚合物、天然高分子絮凝剂IND30等作为钻井液的絮凝剂，经过实验结果及该井的考虑，最后选择分子量较高的PAM、IND30作为该井的钻井液絮凝剂。防塌降滤失剂的选择钻井液的滤失与造壁性是钻井液的又一项重要性能。它关于松懈、破裂和遇水失稳地层（如水化膨胀性地层）的井壁稳固有侧重要的影响。水，作为水基钻井液的分别介质，在钻井液中以三种形式存在，即化学联合水、吸附水和自由水。在压力差的作用下，钻井液的自由水向井壁岩石的裂隙或缝隙中浸透，称为钻井液滤失作用。在滤失的过程中，跟着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁上形成泥饼，这即是钻井液的造壁性。井壁上形成泥饼此后，浸透性减少，阻挡或减慢了钻井液持续侵入地层。针对长水平段水平井的特色，为防备长水平段松懈砂层拥有较高的浸透能力，钻井过程中在必定液柱压差的作用下，极易形成虚厚的泥饼，有时会使井眼缩径，起下钻遇阻遇卡，甚至造成井下复杂或事故，同时，质量较差的泥饼使钻进的摩阻增添，影响滑动钻进，造成惯例钻井没法进行。保持钻井液低失水及优良的泥饼，由此对防塌剂应有特别的要求。当前油田广泛采纳的防塌剂有：硅甲基防塌降滤失剂SFY-0001、聚合醇防塌剂、防塌降滤失剂SD-201、防塌降滤失剂KFT、磺化酚醛树脂SMP-1、防塌降滤失剂JS-3等。我们以现场上部地层形成的钻井液为基浆，经过下述实验结果，我们最后选择降滤无成效好、又不提粘、较为经济的磺化酚醛树脂SMP-1、SD-201作为防塌降滤失剂。图1防塌降滤失剂精选流变性调整剂的选择针对长水平段水平井的特色，不只要求钻井液拥有优秀的防塌能力，更应拥有优秀的携岩性能。在保证钻井液合理流变性的基础上提升钻井液的护胶、造壁能力，配合高排量、工程短起下钻，以达到悬浮携带钻屑、洁净井眼的目的；经过室内试验流型调理剂选择：硅氟稀释剂SF-1、XC。润滑剂研选实验大位移井的井斜大、水平位移大、增斜稳斜段长，在钻井及其余作业中，摩擦阻力高升，扭矩增大，所以钻井液一定拥有优秀的润滑性能，防备粘附卡钻事故的发生，保证钻井完井作业的顺利施工。为解决这一大难题，我们对以下润滑剂进行研选。（1）BH-1高效润滑剂的研制经过室内研究,合成了一种润滑剂BH-1,较其余常用润滑剂拥有润滑成效好、配伍性强、无荧光、加量少，不提粘、提切的特征。用膨润土浆做基浆，图2列出了BH-1不一样加量条件下的润滑系数及系统的性能：图2BH-1不一样加量对系统性能及的润滑性的影响从实验看出：随润滑剂加量增添，润滑系数和粘附系数降落显然， 当其含量超出4%时，润滑系数和粘附系数变化不显然，其最正确加量不低于 4%时，其润滑成效最好。2）BH-1与其余润滑剂润滑性能对照图3列出了BH-1润滑剂与其余常用润滑剂的对照状况，同样条件加量下，BH-1润滑剂起润滑系数降低率和粘附系数降低率相对较好。图3BH-1润滑剂与其余润滑剂的对照克制剂的精选大位移井的造斜段、稳斜段甚至目的层都处在明化镇组、馆陶组和东营组 ,地层胶结松懈,蒙脱石含量高,再加上斜井段钻屑的频频研磨 ,惹起造浆严重,钻井液中的无用固相增添。所以，保持钻井液有强的克制性， 不只能有效地克制钻井液中钻屑和黏土分别，保持性能稳固，同时达到稳固井壁的目的。图4克制剂的精选图4为克制剂的挑选结果。实验结果表示：胺基克制剂是实验中克制性最好的办理剂，拥有很高的页岩回收率和较低的页岩膨胀率，表示其拥有优秀的克制页岩膨胀作用。高效洁净钻井液系统配方确实定在以上室内办理剂研究的基础上，确立了水基高效洁净钻井液的基本配方：现场土浆+%PAM+%KFT+1%SMP-1+%SF胺-基1+%克制剂+3%BH-1+5%BM。-辅1助剂:铵盐、XC、SD201表1钻井液性能密度AVPVYPGelFL粘附润滑岩屑回Pa/PpH系数收率%g/cm3PamL系数a142/3—从表中的性能能够看出，该钻井液系统拥有必定的动切力，而静切力也较好，说了然该系统的悬浮能力很强， 关于钻屑许多的井段，其优势是很显然的；并且其滤失量低，泥饼坚韧而致密；同时该系统还拥有较好的克制防塌成效及优秀的润滑成效，能知足长水平段水平井钻井的需要。润滑剂加量对系统性能的影响（1）BH-1加量对系统性能的影响图5BH-1加量对系统性能的影响从上图的结果能够看出，跟着 BH-1润滑剂加量的增大，润滑系数、粘附系数均有降低，BH-1润滑剂总加量超出 5%后，润滑系数、粘附系数变化不显然，适合加量应在4%以上；跟着BH-1润滑剂加量的增大，表观粘度、塑性粘度、动切力变化不大，API滤失量略有减小。（2）BM-1润滑剂加量对系统性能的影响图6BM-1加量对系统性能的影响从上图的结果能够看出，跟着 BM-1润滑剂加量的增大，润滑系数、粘附系数均有降低，BM-1润滑剂总加量超出 10%后，润滑系数变化不显然，粘附系数最小，适合加量应在 10%以上；跟着BM-1润滑剂加量的增大，表观粘度、塑性粘度增大，API滤失量减小，适合的加量应控制在 20%之内，有益于流变性的控制。克制剂加量对系统性能的影响观察了胺基克制剂对系统性能及粒度散布的影响， 以便在保护过程中进行有效控制钻井液中的固相，使钻井液系统内保持合理的粒度既有益于控制钻井液性能，又有益于改良钻井液性能。图7胺基克制剂加量对系统性能及粒度散布的影响跟着胺基克制剂的加入，钻井液的塑性粘度、表观粘度高升，相对膨胀率降低，粒度中值增大，说明其有益于提升钻井的克制分别能力。地层土对配方性能的影响利用高101井地层土粉细后作为实验用土，观察它对系统性能的影响状况。图8地层土含量对系统性能的影响从上图的结果能够看出，跟着钻井液中膨润土加量的增大， 表观粘度、塑性粘度略有增添，API滤失量减小，在侵入土含量3%时对该系统性能影响不大；超过3%后，随其含量增添粘度上涨显然。配方的评论实验：1）克制性评论采纳岩屑回收率法评论该系统与矿物油基钻井液系统的克制性能对照，所用的岩屑上部地层的岩屑。该岩屑的清水回收率仅为%。在80℃/16h转动后，高效洁净钻井液系统回收率为%。用页岩膨胀仪测试对水的相对膨胀率16%。该钻井液系统拥有较好的页岩克制性能，有益于克制地层造浆。表2不一样钻井液系统克制性评论钻井液系统相对膨胀率转动回收率/16h、80℃%%水10019矿物油基钻井液聚合醇润滑防塌钻井液25高效洁净钻井液162）润滑性对照表3不一样系统润滑性对照钻井液系统润滑系数粘附系数矿物油基钻井液—不粘高效洁净钻井液—不粘高效洁净钻井液拥有优秀的润滑性能，其润滑系数率略低于油基钻井液系统的润滑系数，该钻井液系统中保持足量的BH-1及BM-1含量，其润滑性能知足现场钻井要求。高效洁净钻井液系统的特色1）拥有强克制作用，其相对膨胀率稍低于矿物油基钻井液2）拥有与矿物油基钻井液相当的润滑性能，有益于大位移水平井的安全钻进3）拥有优秀的携岩能力，有益于大位移水平井钻屑的实时除去，进而拥有洁净井眼的作用。4）该系统较矿物油基钻井液还拥有成本低、性能易于控制的特色。现场应用成效在金平1井的应用金平1井位于济阳坳陷东营凹陷金家－柳桥缓坡结构带中部，该地域下第三系地层由北向南渐渐抬升，层层遭到剥蚀，馆陶组地层直接覆盖其上。本井钻遇地层从上到下挨次为重生界第四系平原组，新近系明化镇组和馆陶组，下古近系沙河街组的沙四段。上部地层成岩性差，造浆严重；下部沙河街地层岩层松懈含有砾石易坍塌，且含有泥岩混层，也易造浆。工程简况金平1井于2008年3月29日一开钻进，井深112m。4月1日二开钻进，造斜点330m，一趟钻钻完好个斜井段，井深 774.7m，均匀造斜率在 20°/100m左右，套管下深 774.39m。4月11日开始三开水平段钻进，至 2008年5月1日21:30

完钻，完钻井深

2128m，井斜°，方向°，垂深

592.9m，位移

1636.43m，水平段长

1356.55m，位垂比。该井井身结构见表

4.表

4

金平

1井井深结构开次

井眼直径

/mm×深度

/m

套管直径

/mm×深度

/m一开

×112

Φ508×二开

×三开

×2128现场施工状况1）一开井段（0～112m）：该井段平原组地层以棕黄色黏土及松懈砂层为主，地层可钻性好、易坍塌。钻井液配浆开钻，钻进时期采纳低浓度聚合物溶液进行保护，保持钻井液粘度在40～45s，完钻后加入%的生物聚合物，循环30分钟后将井内钻井液粘度提至60s以上，顺利下入表层套管。（2）二开井段（112m～）：二开为造斜稳斜井段，针对地层易水化膨胀和井眼大、钻时快，钻井液性能难控制的特色，利用水基高效洁净钻井液系统的克制和润滑性能，配合高分子聚合物包被克制作用，增强了钻井液的克制能力，提升了钻井液的润滑性，保证了钻井施工的顺利进行。在详细施工过程中，将一开钻井液用%的聚合物胶液冲稀，用纯碱除去水泥塞污染后，进行二开钻进。钻井过程中大批跟入浓度为～%的聚合物胶液提升钻井液克制能力以克制地层造浆，利用铵盐调理钻井液流型，采纳大排量、低粘切钻进。进入造斜点后，进一步控制地层造浆，渐渐加入润滑剂，增添钻井液的润滑性；加入降滤失剂控制钻井液滤失量，改良泥饼质量，保持钻井液性能稳固。随井深增添，井斜增大，实时增补润滑剂量。合理地使用固控设施，减罕有害固相在钻井液中的含量，最大限度地除去钻井液中的无用固相。 增强工程举措，依井下状况，准时定进步行短起下作业，防止岩屑床的形成，保证井下安全。二开结束提升粘切，充足循环，保证套管顺利下入。3）三开井段（～）：三开为水平段，水平位移大。跟着井深增添，岩屑携带难度增添，摩阻、扭矩逐渐增大，所以保持井底洁净、提升钻井液润滑能力，降低钻井过程中的摩阻和扭矩是施工的要点。在室内实验的基础上采纳乳化润滑钻井液系统。详细施工过程以下。①～1450m调整二开钻井液，控制粘度40s左右，进行三开钻进。钻进30m此后，逐渐增补防塌剂、降失水剂，严格控制在失水5mL之内。井深钻进至1036m后开始出现大段紫红色泥岩，造浆及缩径严重，再加长进尺较快，低质固相来不及除去，钻井液粘度、切力上涨，流型差，给钻井液办理保护带来很大难度，我们加入高浓度高分子聚合物及高分子絮凝剂增强钻井液克制性克制地层造浆，加入铵盐调理钻井液流型对井壁进行有效冲洗，并开启四级固控设施除去固相，保证正常钻进。1450～2128m跟着水平段长渐渐增添，我们逐渐提升乳化润滑剂 BH-1含量至3%以上，进一步提升钻井液的润滑性，适合控制钻井液的粘度、切力和流变参数，使钻井液拥有较强的携砂能力。钻进时坚持做好短程起下钻，配合工程采纳 2柱一短起，柱一长起的举措，除去岩屑床，保持井眼洁净。跟着水平段的进一步增添，润滑问题显得更为突出，钻井液保持润滑剂 BH-1的含量达到5%，提升钻井液的润滑性能，降低摩阻和扭矩，控制极压润滑系数<，保证起下钻作业摩阻在设计范围内，保证每一次起下钻能够顺利进行。增强一级固控，充足使用三级固控设施，振动筛使孔径为 （100目）的筛网，保持固相在设计范围内。为保证测井成功率，通太短程起下钻除去水平段岩屑床，保持井眼洁净。顺利达成了该井的施工。创当时陆上石油位垂比最大纪录。在高平1井的应用高平1井是成功油田2009年所布的一口要点预探井，该井为浅层大位移超长水平段水平预探井，该井自2009年11月29日一开至2010年3月15日完钻，历时108天，采纳水基高效洁净钻井液系统，最后钻至加深井段4353米井深，创国内地上水平钻井三项指标： 1).技术套管下深水平段最长记录：米。 2).水平段最长记录：米。3).位垂比最大记录：技术难点1）高平1井为浅层大位移水平井，水平段长、位垂比大，携岩问题是本井的难点之一；2）润滑问题是该井的又一技术难题，怎样保证钻井液系统的润滑性，保证井下安全，成为本井的技术难点；3）流变性控制技术。本井上部地层易于造浆，邻井资料显示，该井地层松软，极易分别，不利于钻井液流变性的控制。要求钻井液拥有优秀的克制性，有效克制黏土的水化分别，有益于固相除去。现场钻井液施工状况（1）一开一开次钻穿的地层：平原组。一开钻井液主要技术举措：一开采纳混浆开钻，井深超出200m后用纯碱促进黏土水化分别，控制流型，使用好固控设施,搞好钻井液净化。钻完一开井深，充足循环洗井，起钻前可加入%的LV-CMC增粘剂提升钻井液粘切，使钻井液粘度保持在45s以上，保证了表层套管顺利下入井底。性能：密度～1.08g/cm3，漏斗粘度：40～50s。2）二开二开次钻穿的地层有：平原组、明化镇、馆陶组、中生界二开钻井液主要技术举措：该井段钻遇明化镇组、馆陶组、青山组。地层成岩性差，泥岩较软且砂层发育，易缩径，易粘卡；钻井液主要以克制地层造浆、携带岩屑、润滑为主，保证安全钻进为目的。井眼大，岩屑携带困难，简单形成岩屑床。高平1井二开施工时期，采纳高性能洁净钻井液系统，钻井液办理本着低固相、强克制、优秀润滑性、合理流变参数的原则，以小型试验为先导，以工程工况表象及所钻地层岩性为依照， 在全效使用现场固控设施的前提下， 确立钻井液各项性能参数，钻井液办理立足于上部 30°从前井段低粘低切，中后期井段立足于低粘、适合切力及优秀的润滑性，下部井段在进一步提升润滑性的基础上适合控制失水以保证井壁稳固。施工时期钻井液办理实时、适合，注意钻井液办理剂的合理搭配，保持钻井液各样办理剂的有效含量并实时增补，钻井液各项性能均稳固，战胜了长水平段携岩、润滑及井壁稳固问题，上部井段中间起下钻前采纳较高浓度膨润土浆、生物聚合物XC、LV-CMC及烧碱封井提升钻井液粘切的方法以利悬浮钻屑，保证起下钻通畅。在工程举措的配合下，战胜了斜井段及以上井段缩径、键槽现象，保证了起下钻通畅，目的层中生界井段部分岩性含有硅铝酸盐及硫化氢，经过有针对性的办理，保证了钻井液优秀的流变性能。钻完进尺后，经过调整钻井液性能，适合降低钻井液粘切、提升钻井液润滑性等工作保证了中完电测的顺利，下套管前通井时调整钻井液性能，采纳 1%润滑剂、2%塑料大球封水平段的方法，保证大尺寸技术套管的顺利下入。实行的详细举措为：1）二开上部井段采纳不一样分子量聚合物合理搭配，保持聚丙烯酰胺、天然高分子絮凝剂、胺基聚醇及有机胺等高效克制剂在钻井液中的有效含量，全面提升钻井液的整体克制性及抗黏土能力，跟着井深增添，适合提升钻井液中聚合物的有效含量，提升钻井液的抗污染能力及协助润滑能力。2）、高效使用四级固控设施，振动筛采纳120到150目筛布，至二开后期采用180目筛布，配合聚合物的包被絮凝以达到严格控制钻井液固相含量的目的；二开井段所钻地层钻时快，钻屑侵入量大，中后期跟着水平段的不停增添，钻屑重复研磨，增添了钻井液固相控制的困难，在现有的固控设施没法知足施工需要时，采纳适合置换部分钻井液的方式保证了钻井液性能保持强克制条件下的低粘低切。3）二开钻井液流变性的控制立足在合理聚合物浓度、较低土相含量基础上，采纳铵盐、硅氟稀释剂等办理剂使二开上部钻井液保持低粘、低切，中后期适合增添钻井液切力，配合高排量、工程短起下以达到洁净井眼、悬浮携带钻屑的目的；跟着水平段的延伸，钻井液注意了提升铵盐、KFT、磺化酚醛树脂等防塌降失水剂的合时加入，保持钻井液低失水及优良的泥饼，在保证钻井液合理流变性的基础上提升钻井液的护胶、造壁能力，并配合各样润滑剂以降低摩阻。上部井段中间起下钻前采纳生物聚合物XC及烧碱封井提升钻井液粘切的方法以利悬浮钻屑，保证起下钻通畅。4）二开钻井液润滑性的控制是该井钻井液施工的要点，在施工先期调研及室内实验的基础上，联合现场施工实质状况，该井段的钻井液润滑性控制立足在合理流变性基础上，以较高液相粘度、高质量泥饼配合足量高效润滑剂BM-1（加量在5%至15%）得以实现，全井段钻井液粘附系数控制在左右，完好知足了该井的施工。保证了大井眼长水平段套管的顺利下入。（3）三开三开钻穿的地层有：中生界（青山组、王氏组）三开钻井液主要技术举措：本井三开水平井段主要位于青山组和王氏组：为灰色、棕色、棕红色含砾砂岩、细砂岩、凝灰质砂岩与紫红色泥岩、砂质泥岩夹紫红色泥岩、紫红色泥质砂岩为主。因为该段是水平段，要求钻井液拥有优秀的克制、润滑、防塌、携岩能力。三开于2010年1月23日开始，依照施工方案将二开钻井液逐渐转变为高效洁净钻井液系统。因为该井水平段长，摩阻大，钻屑遇水易于分别，对钻井液质量提出了较高要求，解决钻井液润滑防卡、强克制和井壁稳固是技术要点。现场施工采纳以下钻井液技术：一是采纳高效洁净钻井液系统较好的知足了施工井段的克制防塌性能；二是采纳高效复合润滑技术有效地解决了长水平段水平井的润滑问题；三是采纳钻井液与工程举措配合的短起下井眼修复技术，保证了起下钻通畅；四是钻井液粒度级配与固相控制技术，保证了遇水易分别柔软地层的井壁稳固和钻井液性能稳固问题；五是室内与现场有机联合的钻井液性能检测追踪控制技术，使钻井液性能知足了水平井的钻井要求。经过以上技术的实行，保证了该井的顺利达成。详细现场钻井液施工举措为：1）经过聚丙烯酰胺、胺基聚醇等不一样分子量的聚合物在钻井液中的合理加量以提升钻井液的整体克制性，保持聚胺的含量在%以上，胺基聚醇含量在%以上，并跟着水平段的不停增添，相应聚合物浓度适合提升来提升钻井液的克制性， 减少所钻钻屑的过分分别，配合稳固的 pH值，以保证钻井液的稳固性。2）、配合固控设施将钻井液固相控制在 10%以下。钻井液密度控制在1.15g/cm3以保证钻井液性能的稳固，防备地层流体侵入钻井液，保持现场钻井液漏斗粘度在60S左右，保持较高的切力，依据现场振动筛返砂状况及摩阻变化，进一步提升钻井液的切力，以达到悬浮携带钻屑、减少岩屑床形成的目的，进而降低摩阻。3）、在保证钻井液拥有强克制性的前提下，经过预水化膨润土浆、铵盐、硅氟稀释剂、GHM、磺化酚醛树脂等办理剂的合理使用，保证钻井液的胶体稳固性及防塌、造壁能力，调整钻井液漏斗粘度在