临盘油田大斜度及复杂定向井钻井液工艺技术

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　　摘  要：针对临盘油田大斜度及复杂定向井钻井过程中易发生井下阻卡问题，研发出两套聚合物防塌润滑钻井液，并制定详细配套工艺技术。该技术已在临盘油田35口大斜度及复杂定向井现场应用，较好解决了大斜度及复杂定向井易出现的井下托压、井壁垮塌等技术难题，使得井下阻卡大幅降低，施工的大斜度及复杂定向井井径较规则，重点封固段平均井径扩大率≤10%，电测一次成功率达到94.29%，平均机械钻速达到22.64m/h，取得良好的经济效益，值得在该油田推广应用。
　　关键词：定向井;钻井液;工艺技术;防塌;润滑
　　中图分类号：TE254        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）18-0107-03
　　Abstract： In view of the downhole blocking problem which is easy to occur in the drilling process of high slope and complex directional wells in Linpan Oilfield， two sets of polymer anti-sloughing lubrication drilling fluid are developed， and the detailed matching technology is developed. This technology has been applied in 35 highly inclined and complex directional wells in Linpan Oilfield， which has solved the technical problems such as downhole pressure and wellbore collapse， easily to occur in high inclination and complex directional wells， and greatly reduce the downhole resistance. The construction of high slope and complex directional well diameter is more regular， the average diameter expansion rate of key sealing section is less than 10%， the success rate of electric measurement is 94.29%， the average penetration rate is 22.64m/h， and good economic benefits are obtained. So it is worth popularizing and applying in this oil field.
　　Keywords： directional well; drilling fluid; technology; anti-sloughing; lubrication
　　引言
　　臨盘油田是胜利油田主力油区之一，构造复杂，断块破碎，规律性差。随着勘探开发不断深入，由于受地质构造条件、地面环境及老区调整井等因素影响，近年来，部署的大斜度及复杂定向井（45°以上大斜度井、长斜井段、大位移井、水平井以及“直-增-稳-降-稳”、“直-增-稳-降-直”S型剖面井等）逐渐增多。此类井在钻井施工过程中存在较为严重的井壁失稳、润滑防卡、井眼净化和油气层保护等技术难题，发生各种井下阻卡（电测遇阻、划眼、卡钻、卡电缆或仪器导致的测井事故）概率较高。为解决这一难题，研制出了两套适用于不同地质录井要求的大斜度及复杂定向井钻井液体系，并制定了较为详细的配套工艺技术，成功在临盘油田35口大斜度及复杂定向井现场应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
　　1 室内研究
　　通过大量文献[1-6]调研和室内试验，对主要钻井液处理剂及其加量进行了优选，研制出两套适用于大斜度及复杂定向井的聚合物防塌润滑钻井液体系，配方如下：
　　无荧光聚合物防塌润滑钻井液体系（配方1）：5%钠膨润土+0.3%两性离子聚合物HRH+2%抗高温抗盐防塌降滤失剂KFT+1%防塌降粘降滤失剂DSFJ-2 +1%磺酸盐共聚物降滤失剂KJ-3 +3%～5%无荧光润滑剂HCR-108 +2%固体防塌润滑剂RH-2+2%～3%纳米乳液+2%低荧光磺化沥青粉GL-1+0.5%硅氟高温降粘剂DXH-2+0.5%NaOH+重晶石粉+其它;
　　有荧光聚合物防塌润滑钻井液体系（配方2）：5%钠膨润土+0.3%两性离子聚合物HRH+2%抗高温抗盐防塌降滤失剂KFT+1%防塌降粘降滤失剂DSFJ-2+1%抗盐抗温降失水剂DR-10+3%～5%油基润滑剂HY-1+2%固体防塌润滑剂RH-2+2%～3%纳米乳液+2%低荧光磺化沥青粉GL-1+0.5%硅氟高温降粘剂DXH-2+0.5%NaOH+重晶石粉+其它。
　　分别在室温下老化24h及在100℃～150℃下滚动、老化16h后，测定了确定的配方1和2的钻井液性能（见表1），结果表明这两套配方钻井液体系均具有良好的流变性、滤失性、造壁性、润滑性和抗温性;室内还按行业标准SY/T6540-2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》测定了其污染岩心的渗透率恢复值，均在90%以上，说明这两套钻井液体系油气层保护效果均较好。
　　2 现场应用
　　2.1 现场钻井液工艺技术
　　2.1.1 沙河街组井壁稳定技术
　　（1）保持HRH含量达0.2%，提高钻井液滤液的抑制性，防止泥页岩水化分散与膨胀;（2）井深后使用1%KJ-3或DR-10等抗盐抗温降滤失剂，进入沙河街组后严格控制API滤失量≤4mL（垂深2500m后HTHP滤失量≤15mL），加强固相控制，以形成良好的泥饼，减少引起泥页岩水化的机会;（3）使用2%纳米乳液和沥青等加强封堵能力，减少钻井液中滤液侵入地层;（4）根据实际情况，选择适当钻井液密度，以提供正压差，防止井壁的物理坍塌;（5）尽可能减少起下钻及开泵压力激动，减小钻具对井壁扰动或撞击，采用合理流变参数和排量，避免水力冲蚀井壁。 　　2.1.2 润滑防卡技术
　　（1）定向过程中及时加入2%～3% HCR-108或HY-1，以保证定向施工顺利进行;（2）后期调整井斜和方位，根据井下摩阻和扭矩情况，及时补充HCR-108或HY-1，使其有效含量在3%～5%，配合加入2%RH-2提高润滑效果，保持全井Kf≤0.12;（3）尽量多使用离心机清除极细颗粒的有害固相，降低钻井液的固含，确保形成的泥饼薄而韧、致密、光滑、且强度高，泥饼厚度≤0.5mm，含砂量≤0.3%;（4）工程上优选钻头和优化钻具组合，井身轨迹应尽量沿设计曲线调整，保持井眼轨迹圆滑，防止狗腿度太大;加強长短起下钻配合，携带岩屑、破坏岩屑床，确保正常钻进。
　　2.1.3 井眼清洁技术
　　（1）强化四级固控设备的使用，降低固含和含砂量;
　　（2）进入斜井段后，使钻井液有适当高的粘度（45～60s）、切力（3～6/6～12 Pa/Pa）和动塑比（0.45～0.7）以悬浮和携带钻屑，粘切高时选用0.5%～1% DSFJ-2或DXH-2等调节流型;（3）优化水力参数，增大钻井液排量（Φ215.9mm井眼为30～32L/s、Φ241.3mm井眼为32～36L/s）、提高钻井液环空上返速度（1.2～1.4m/s），使之达到平板型层流，把沉向下井壁的岩屑有效携出井眼;（4）在钻井过程中及时采取短起下钻（斜井段每钻进100～150m短起一次，水平段每钻进50～100m短起下一次）、分段循环、机械搅动、技术划眼等措施破坏岩屑床;（5）勤观察振动筛返砂情况，井下携砂不好的情况下，可适当采取先低粘切轻浆段塞紊流清扫破坏岩屑床，而后高粘度、高切力、高密度稠浆段塞清扫携带岩屑。
　　2.1.4 油气层保护技术
　　（1）合理有效的使用好四级固控设备，严格控制固含及含砂量，减少固相侵入;（2）保持合理的钻井液密度，既保证井壁稳定和井控安全，又要防止压裂地层和损害油气层;（3）进入油层段前100m调整好钻井液性能，严格控制API滤失量≤4mL（垂深2500m后HTHP滤失量≤15mL），加入纳米乳液等油气层保护材料，补充保持其有效含量至完钻;（4）进入油层段后加强油气层保护、槽面观察及后效检测，防喷、防塌、防油气浸。
　　此外，对于特殊地质情况，还有相应的井控安全技术、防漏堵漏应急预案、防H2S应急预案等。
　　2.2 现场应用效果
　　该技术已在临盘油田35口大斜度及复杂定向井得到了现场应用，其中无荧光聚合物防塌润滑钻井液体系应用了14口井，有荧光聚合物防塌润滑钻井液体系应用了21口井。现场应用表明，这两套钻井液体系流变性能稳定，动塑比保持在0.45～0.70，API滤失量能达到3mL，HTHP（150℃、4.2MPa）滤失量能降至12mL，泥饼薄而韧、致密、光滑、且强度高，泥饼厚度≤0.5mm，含砂量≤0.3%，泥饼粘附系数在0.12以内，钻井过程中未出现剥落掉块现象，井眼畅通。完钻电测显示施工井的重点封固段井径较规则，平均井径扩大率≤10%（L55-X14井重点封固段1800m～3390m井段平均井径扩大率仅为2.29%，见图1），该技术较好地解决了大斜度及复杂定向井易存在的井下托压、井壁垮塌、携砂不好等技术难题，使得井下阻卡大幅降低，累计减少损失时间277.2h，完钻电测一次成功率提升至94.29%，平均机械钻速达到22.64m/h，累计创造直接经济效益132.31万元，该项目技术获得技术推广奖二等奖。
　　3 结束语
　　（1）研制的两套大斜度及复杂定向井钻井液体系具有良好的流变性、滤失性、造壁性、润滑性、抗温性和油气层保护效果，制定的配套工艺技术具有很强的针对性和可操作性，完全满足临盘油田大斜度及复杂定向井的钻井施工要求，值得在该地区推广应用。
　　（2）对于井深较深的大斜度、大位移定向井水平井，还需要优选出更好的抑制剂、封堵剂、降滤失剂和润滑剂等优质材料，并形成更合理的配套技术，这是保证该类井钻井成败的重要手段。
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