浅谈钻井液技术的安全管理

浅谈钻井液技术的安全管理

近年来，塔河油气勘探开发的推进进程显著加快。每年建设井位越高，钻井设计周期越短，技术井服务合同成本逐年下降。在这种新形式下,钻井液作为为钻井服务的一种工艺,必须既保证井下安全,又要满足快速钻进的要求,最终也要获取一定的利润。因此钻井液技术必须在总结以前经验的基础上进行优化,抓住施工重点,有的放矢,以适应新的形式。1地层及井液塔河油田钻遇地层依次为第四系、上第三系、下第三系、白垩系、侏罗系和三迭系。一开钻遇第四系、上第三系库车组地层,地层特点是成岩性差,渗透性好,可钻性好,机械钻速快,极易造成固相污染,易形成厚泥饼而出现缩径阻卡。二开钻遇的地层包括上第三系、下第三系和白垩系,泥岩段和砂岩段交替,泥岩段易吸水膨胀,砂岩段易失水缩径。自3000m左右有几段粗砂岩和砂砾岩,下伏地层假整合接触,有一定的漏失现象。三开钻遇侏罗系、三迭系,侏罗系煤层、碳质泥岩及三迭系上油组硬脆性泥岩易垮塌掉块。分析塔河油田地层特点及实钻情况,笔者认为要实现该地区安全快速钻进,钻井液施工中必须有针对性地解决5个问题:①解决二开长裸眼段阻卡问题;②客观认识侏罗系及三迭系泥岩掉块,保证井下安全;③解决二开以及三开直导眼电测遇阻问题;④钻井液要满足快速钻进的要求;⑤优化技术措施,控制施工成本。2阻止卡的原因和解决方案2.1井壁与井壁的地层关系二开长裸眼段阻卡主要有3方面的原因:①井眼大、机械钻速高,钻屑量大,软钻屑在环空上返过程中不断与井壁碰撞,在钻具的甩打下粘附于井壁,如果排量不足,井眼岩屑浓度大,钻屑更容易粘附到井壁上,造成起下钻阻卡;②地层渗透性好,特别是在砂岩井段,如果钻井液固相过高,易形成较厚的虚泥饼造成缩径,引起阻卡;③部分泥岩缩径,特别是吉迪克组地层泥岩吸水膨胀缩径,造成阻卡,不同的区块在吉迪克地层遇阻的严重程度也不尽相同,如6区比2区、3区、4区遇阻就严重得多。2.2抵制卡的处理对策针对阻卡原因,提出了4种处理对策。1包被剂吸附水化层包被剂能加强钻井液的包被和抑制性能,使钻屑一经形成就处于包被剂的网状结构中。包被剂吸附在钻屑及新井壁的表面,形成包被吸附水化层,这种包被吸附层起着3方面的作用:①它能延缓或阻止粘土矿物的水化膨胀;②阻止岩屑的物理分散;③在上返过程中能阻止岩屑与岩屑之间、钻屑与井壁之间的粘结。2地层开孔时间和地层压井壁接触频率,有利于固控设备清除大排量钻进是一个非常重要的工程措施,大排量对解决井下阻卡的作用表现在:①减少了钻屑从井底返到地面的时间,减少了浸泡时间长而造成的分散,有利于固控设备清除;②在相同的机械钻速下,排量越大井眼岩屑浓度越低,钻屑与井壁接触频率小;③排量大,对井壁的冲刷大,同时钻屑在钻具旋转的过程中越不容易摔到井壁上。3储层的细胞性降低钻井液的固相能明显地减轻井下的阻卡。如果钻井液固相低,形成的泥饼薄,在渗透性好的砂岩地层不会因渗漏和滤失而形成较厚的泥饼。因此要加强固相设备的使用,特别是离心机的使用,尽可能地保持钻井液的低固相。4井壁“杂质”所钻新井眼越长,经历的时间越长,井壁上的堆积物越多而且越坚实,如果不及时短起下,井壁上的“杂物”,会越积越多造成提下钻阻卡。在机械钻速高时,每钻300m短起下一次,钻速慢时,如果24h进尺也不到300m,就每天短起下一次。3井壁不稳定的解决方案3.1井壁不稳定的原因事故原因分析表明,井壁不稳定主要有4方面的原因。1地层剥蚀、解决块机理侏罗系和三迭系泥岩微裂隙、层理较发育。当地层被钻开时,钻井液滤液沿层理、微裂隙渗入地层内部,由于地层内部粘土与非粘土矿物水化能力不同,使各晶层的水化速度、膨胀程度不一致,导致地层剥蚀、掉块。2降低钻井液密度在钻井过程中,如果一味强调加强油气层保护而降低钻井液密度,钻井液液柱压力不能有效地平衡地层坍塌压力,就会造成所钻地层处于力学不稳定状态,引起井壁失稳,导致掉块和坍塌。3地层水不当导致地层坍固结果钻井过程中,如果所采用的钻井液失水过高,会导致大量钻井液滤液进入地层,加剧地层中粘土矿物水化,降低地层岩石强度,导致地层坍塌。41在开挖过程中，改变井底压力平衡在起钻过程中,如果不及时灌浆、钻井液粘切过高,以及起钻速度过快均会改变井底的压力平衡而导致井壁失去稳定性。3.2提高钻井液性能多口井的实践表明,侏罗系及三迭系泥岩掉块是客观存在的,强化钻井液性能只能减轻掉块的程度,不能杜绝掉块。同时,适当的井径扩大不会影响井下安全。因此具体操作中要分别从经济和安全的角度出发,找到钻井液性能指标控制的最佳结合点。1塌压力确定为了保持井壁稳定,必须依据地层的坍塌压力来确定钻井液密度,保持井壁处于力学稳定状态。实钻表明钻井液密度控制在1.18～1.22g/cm3比较合适。2沥青产品的选择用物理化学方法封堵地层的层理和裂隙,减少钻井液滤液进入地层。目前对付硬脆性地层的防塌剂主要是沥青类产品。在塔河油田使用的沥青类产品主要是阳离子沥青和磺化沥青。阳离子沥青沥青质含量高,软化点相对较高较难溶;磺化沥青沥青质含量低,软化点较低易溶解。现场应用中为了增强防塌效果主要选用阳离子沥青,同时加入乳化剂加速其乳化分散,减少其乳化分散的时间。沥青在钻至易塌地层前三天加入,给其充分的乳化时间。3控制失水处理能力滤液进入井壁浅层引起地层的适当剥落掉块是可以接受的,只要钻井液具有足够的携带能力不会影响井下安全。但应避免失水过大,泥浆和滤液进入地层深处而引起地层的垮塌。根据经验,钻井液API失水控制在6ml左右,HTHP失水控制在16ml左右即可。钻井液的粘度不能太低,应控制在60～80s之间,以保证井眼的干净。41施工中的标准严格控制起下钻速度,减小压力激动,在起钻过程中及时灌浆。4电测一次成功率低提高电测一次成功率一直是塔河油田所须解决的问题。据统计塔河油田电测一次成功率只有50%左右,特别是三开钻完导眼电测成功率更低,有时二到三次都不成功。因此电测成功率直接影响钻井周期,也是甲方考核钻井液服务质量的重要指标。1井眼砂子携带不牢固二开和三开电测遇阻的根本原因是相同的,即井眼不畅通,但形成的原因有所不同。二开由于裸眼段长,地层缩径或钻屑糊到井壁上,完钻后井眼砂子携带不干净而造成井眼不畅通;三开主要是地层掉块形成“糖葫芦”井眼,钻屑上返困难,停泵后下沉堆积而造成井眼不畅通。2井壁和井壁的管理二开措施主要有:①二开完钻前应适当提高钻井液的粘度,提高钻井液的携带能力;②加入适量的润滑剂,减少钻屑在井壁上的扒糊;③加强通井措施,大排量洗井,洗井时应大幅度活动钻具保证井眼畅通。三开措施主要有:①三开完钻后适当提高钻井液的粘度,提高钻井液的携带能力和悬浮能力;②通完井提钻打入高粘度的段塞清洗井眼;③电测前在裸眼段干通井一次,只要有轻微的遇阻(3吨左右)都应在遇阻处反复提拉,破坏“糖葫芦”井眼的砂桥。5快速钻探的钻头性能优化方案在保证井眼安全的前提下钻井液也要满足快速钻井的要求,钻井液方面应控制好如下几方面。1进中密度控制二开快速钻进中钻井液密度控制在1.10～1.18g/cm3。钻进中密度控制在1.15g/cm3完全能满足安全钻井的要求,完钻前密度逐渐提高到1.18g/cm3左右,以满足完钻安全作业要求。在钻井中尽量以低粘切钻进,粘度控制在40～45s比较合适。2适当放大钻井液的出水在二开钻进中只要保证了高排量、低固相,适当放大钻井液的失水并不影响井下安全,反而有利于机械钻速的提高。二开API失水控制在8ml左右比较合适。3亚微胶片粒子含量钻井液的固项对机械钻速有较大的影响,降低固相含量,特别是亚微胶体粒子的含量有利于机械钻速的提高。因此应利用好固控设备,发挥聚合物钻井液的优点,保持钻井液粗分散状态,提高机械钻速。6钻井液性能设计TK244H井是2005年西北石油局布置在塔河2号构造的一口水平井。设计井深4956.16m,完钻井深4853.59m。该井在设计中对聚合物包被剂、聚合物降失水剂、防塌剂等核心处理剂进行了优选,选用KPAM为聚合物包被剂,MAN101为聚合物降失水剂,YK-H为沥青防塌剂。在性能设计中对二开密度和粘度设计较低,失水设计相对较大。一开到三开依次采用土般土——CMC钻井液、聚合物钻井液、聚磺混油钻井液,各体系间依次转化。二开充分发挥聚合物钻井液的优点,采用强抑制、低粘切钻井液钻进,适当放大钻井液的失水,减少润滑剂的用量,主要强调低固相