高密度饱和盐水钻井液在胜利油区的应用探讨

2017-07-12王西峰叶勇刚魏文生王光华

中国石油大学胜利学院学报 2017年2期

关键词：井眼高密度盐水

赵晖,王西峰,叶勇刚,魏文生,王光华

(中石化胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司,山东东营 257000)

高密度饱和盐水钻井液在胜利油区的应用探讨

赵晖,王西峰,叶勇刚,魏文生,王光华

(中石化胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司,山东东营 257000)

利988井是胜利油田继利深1井、新利深1井、利深101、利深102井之后钻探盐下油气藏的一口重点评价井。针对该区块的地质特点,结合临井经验,决定选用高密度饱和盐水钻井液。通过配方优选和室内评价实验,优化了钻井液的转化工艺、处理剂的配伍及加量,现场应用时安全钻穿了复杂盐膏层,成功解决了井眼坍塌、缩径卡钻等复杂问题,为同类地层钻井液的施工积累了宝贵的经验。

氯化钠;饱和盐水钻井液;盐膏层;高密度;蠕变;盐卡

利988井位于济阳坳陷利津洼陷带低台阶利988砂体较高部位,在沙四段早期发育了多个滑塌浊积扇、近岸水下扇和陡坡深水浊积扇,扇体之上发育有膏盐层,膏盐层具有连片分布的特征,封盖条件良好。由于围绕产气中心,这些扇体是深层裂解气藏最有利的储集体。目的层是沙四段砂粒岩体,其上发育膏岩、盐岩、盐膏质泥岩,盐膏层塑性变形及以下的高压盐水层是比较突出的问题。

1 施工难点

(1)钻井液抗污染问题突出。利988井沙四段下膏岩层较发育,且主要为大段沉积。邻井聚合物防塌钻井液、聚合醇钻井液等体系,出现了不同程度的盐膏侵,导致划眼、卡钻等复杂情况。因此,在钻遇盐膏层时,应采用抗污染能力强的饱和盐水钻井液体系[1-2]。

(2)钻井液密度高且安全窗口窄。深部盐岩发生塑性流动易导致井眼缩径,钻井液密度对控制井眼缩径起着很重要的作用。盐岩的塑性流动主要受上覆岩层压力、构造应力和井下温度的影响。但密度偏高易发生井漏,密度过低则易引起塑变。

(3)井壁稳定性差。在含盐泥岩、膏岩地层钻进时,因盐岩溶解、石膏吸水膨胀和分散,井壁垮塌、井眼缩径,给钻井施工及完井作业带来困难。胜科1井三开盐膏层段井径扩大率高[3],部分地方井径仪器无法测量。因此,钻井液性能还应考虑井壁的稳定性。

(4)控制钻井液中膨润土含量。转换体系之前控制钻井液中膨润土含量并保持好的钻井液流型以便转盐成功;转盐之后由于饱和盐水钻井液的抑制能力强,合理控制钻井液中膨润土含量也是关键。

(5)钻井液流变性能的控制。密度高且窗口窄,严格控制钻井液的流型以免粘切过高或过低造成井下复杂。

(6)护胶能力。饱和盐水钻井液抑制能力强，选择合理的护胶剂提高钻井液的护胶能力尤为突出。

2 配方优选及性能评价

结合临井情况及利988井的实际地质特点选用氯化钠饱和盐水钻井液,并对配方进行实验优选。取利988井3 950 m的钻井液进行室内试验数据对比,所取钻井液性能为:ρ=2.05 g/cm3;FV=65 s;PV=42 mPa·s;YP=12 Pa;G=5/15 Pa;VAPI=3.0 mL;VHTHP(150 ℃)=11.2 mL。

2.1 配方优选

将3 950 m的井浆、盐和各种处理剂(KFT、NaCl、SMP、磺化沥青、磺酸盐降滤失剂、重结晶抑制剂等)按不同的加量形成几种配方,高温老化12 h后检测其综合性能[4-6],结果见表1。

表1 氯化钠高密度饱和盐水钻井液性能对比

从表1结果可知,配方1高温高压滤失量最小,塑性黏度、动切力等指标稳定,抗盐能力强,说明其综合性能较好。

2.2 热稳定性能

对各种配方进行热稳定性评价(150 ℃下滚动24 h),测其热稳定性能见表2。

通过实验看出,配方1的塑性黏度50 mPa·s,动切力16 Pa,静切力8/19 Pa,中压滤失量2.2 mL,高温高压滤失量9.4 mL,pH值9,综合表1和表2,配方1体现了良好的钻井液高温流变性能,能够适应利988井复杂盐膏层段的施工。

表2 氯化钠高密度饱和盐水钻井液热稳定性能

2.3 抗污染性能

对配方1进行抗污染能力评价,实验数据见表3。由表3可以看出, 在加入各种污染物之后,钻井液性能稳定,抗污染能力强。

表3 抗污染实验钻井液性能

3 现场应用

本井三开考虑到地层特点及欠饱和盐水钻井液性能的不稳定性,决定三开不提前转换成欠饱和盐水钻井液,继续使用强抑制聚合物润滑防塌钻井液,进入盐膏层之前一次性转换成高密度饱和盐水钻井液[7-10]。钻至3 950 m,起钻至技套内转为高密度饱和盐水钻井液体系,满足井下安全施工的需要。转换前调整钻井液的流型,严格控制膨润土含量在25 g/L之内,按配方1加入各种处理剂充分循环,调整好流型后加入氯化钠,保证钻井液中Cl-的浓度在180 000 mg/L左右,同时加入重结晶抑制剂,防止盐析造成盐卡。

由于本井钻井液密度窗口窄，密度高达2.05 g/cm3方能平衡地层压力，然密度偏高发生井漏，密度过低则地层出水并发生油气侵，所以转盐成功后调整钻井液的密度达2.05 g/cm3恢复钻进，以免造成井下复杂情况的发生。4 255 m 后开始进入盐膏层井段,每钻进2～3 m划眼一次,以避免盐膏层井段塑性蠕动;为避免钻遇大段盐膏层时钻井液受污染、滤失量增大,加大KFT、SMP的用量,保证钻井液的中压失水低于3.0 mL、高温高压失水不超过10 mL;钻进过程中加强钻井液性能的监测,保证钻井液各处理剂的有效含量,Cl-的浓度高于180 000 mg/L;控制钻井液的流变性,使钻井液有充分的携岩能力。施工中配好高浓度的预水化膨润土浆，并提前用井浆污染，根据钻井液性能变化情况，间歇式混入，防止钻井液出现滤失量变大，黏切变低，性能恶化的现象；同时根据施工情况，补充天然高分子等钻井液处理剂，对钻井液进行护胶，提高钻井液的稳定性能。利988井三开钻井液性能见表4。

表4 利988井三开饱和盐水钻井液性能

利988井设计井深4 500 m,由于实钻岩层厚度大纯度高,实际完钻井深4 705 m,技套下深3 140 m,取心进尺14.56 m,岩心收获率100%,成功钻穿膏盐及岩盐层450 m,是继胜科1井和利97井之后又钻遇大段盐膏层的一口复杂井,由于技术措施合理,施工中没有发生任何井下复杂情况。

4 结论

(1)大多数盐膏层压力系数具有不确定性，而盐膏层的塑性蠕动必须依靠井筒压力来平衡。所以，在现场施工过程中必须密切观察钻井工程参数的变化，根据井下情况随时调整钻井液密度，以平衡地层压力，确保安全钻井。

(2)通常盐膏层为异常高压层,需要平衡地层压力的钻井液密度很高,这对饱和盐水钻井液的流变性控制提出了更高的要求。利988井岩层压力系数大,施工中密度高达2.05 g/cm3,前期严格控制膨润土含量(4%以内)和固相含量,保证高密度下饱和盐水钻井液拥有较好的流动性,克服了利97井施工中由于固相含量太高,加入大量稀释剂效果仍不明显的情况。

(3)盐膏层之间夹杂着不同厚度的泥岩段,施工中岩盐层较纯,厚度大,钻井液必须能有效地抑制泥岩水化和分散,提高防塌能力。

(4)盐膏层井段的井眼规则度和扩大率难以控制,钻进过程中必须严格控制钻井液的含盐量。如果盐含量过低,地层中的盐会溶解,从而形成大肚子井眼或严重井塌;如果盐含量过饱和,则会发生卡钻事故。

(5)控制高密度饱和盐水钻井液体系中的聚合物和护胶剂的加量,保证钻井液具有适当的液相黏度及合理的自由水含量,为后期钻井液性能处理和维护留有充足的调整空间。

[1] 周建东,李在均,邹盛礼,等.有机盐钻井液在塔里木东河油田DH1-8-6井的应用[J].钻井液与完井液,2002,19(4):21-23.

[2] 钱殿存,孙明波,杜素珍,等.深层盐膏层钻井液技术研究与应用[J].钻采工艺,2001,31(4):66-70.

[3] 张新旭,刘天科,裴建忠,等.胜科1井大井眼及盐膏层钻井技术[J].石油钻探技术,2007,35(6):14-17.

[4] 何立成,宫艳波,胡清富.塔河油田盐膏层钻井技术[J].石油钻探技术,2006,34(4):85-87.

[5] 宋明全,王悦坚,江山红.塔河油田深井超深井钻井液技术难点与对策[J].石油钻探技术,2005,33(5):80- 82.

[6] 江山红,席建勇,方彬,等.塔河地区深层盐膏层钻井液技术[J].石油钻探技术,2004,32(3):12-14.

[7] 江山红，席建勇，方彬，等．塔河地区深层盐膏层钻井液技术[J].石油钻探技术,2004,32(3):12-14.

[8] 邓小刚．肯基亚克盐下油田的钻井液技术研究[J]．西南石油学院学报，2004，26(4)：28-30．

[9] 蒲晓林，黄林基，罗兴树，等．深井高密度水基钻井液流变性、造壁性控制原理[J].天然气工业，2001，21(6)：48-51．