淺談鉆井液技術(shù)的安全管理

淺談鉆井液技術(shù)的安全管理

近年來，塔河油氣勘探開發(fā)的推進進程顯著加快。每年建設(shè)井位越高，鉆井設(shè)計周期越短，技術(shù)井服務(wù)合同成本逐年下降。在這種新形式下,鉆井液作為為鉆井服務(wù)的一種工藝,必須既保證井下安全,又要滿足快速鉆進的要求,最終也要獲取一定的利潤。因此鉆井液技術(shù)必須在總結(jié)以前經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化,抓住施工重點,有的放矢,以適應(yīng)新的形式。1地層及井液塔河油田鉆遇地層依次為第四系、上第三系、下第三系、白堊系、侏羅系和三迭系。一開鉆遇第四系、上第三系庫車組地層,地層特點是成巖性差,滲透性好,可鉆性好,機械鉆速快,極易造成固相污染,易形成厚泥餅而出現(xiàn)縮徑阻卡。二開鉆遇的地層包括上第三系、下第三系和白堊系,泥巖段和砂巖段交替,泥巖段易吸水膨脹,砂巖段易失水縮徑。自3000m左右有幾段粗砂巖和砂礫巖,下伏地層假整合接觸,有一定的漏失現(xiàn)象。三開鉆遇侏羅系、三迭系,侏羅系煤層、碳質(zhì)泥巖及三迭系上油組硬脆性泥巖易垮塌掉塊。分析塔河油田地層特點及實鉆情況,筆者認為要實現(xiàn)該地區(qū)安全快速鉆進,鉆井液施工中必須有針對性地解決5個問題:①解決二開長裸眼段阻卡問題;②客觀認識侏羅系及三迭系泥巖掉塊,保證井下安全;③解決二開以及三開直導(dǎo)眼電測遇阻問題;④鉆井液要滿足快速鉆進的要求;⑤優(yōu)化技術(shù)措施,控制施工成本。2阻止卡的原因和解決方案2.1井壁與井壁的地層關(guān)系二開長裸眼段阻卡主要有3方面的原因:①井眼大、機械鉆速高,鉆屑量大,軟鉆屑在環(huán)空上返過程中不斷與井壁碰撞,在鉆具的甩打下粘附于井壁,如果排量不足,井眼巖屑濃度大,鉆屑更容易粘附到井壁上,造成起下鉆阻卡;②地層滲透性好,特別是在砂巖井段,如果鉆井液固相過高,易形成較厚的虛泥餅造成縮徑,引起阻卡;③部分泥巖縮徑,特別是吉迪克組地層泥巖吸水膨脹縮徑,造成阻卡,不同的區(qū)塊在吉迪克地層遇阻的嚴(yán)重程度也不盡相同,如6區(qū)比2區(qū)、3區(qū)、4區(qū)遇阻就嚴(yán)重得多。2.2抵制卡的處理對策針對阻卡原因,提出了4種處理對策。1包被劑吸附水化層包被劑能加強鉆井液的包被和抑制性能,使鉆屑一經(jīng)形成就處于包被劑的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。包被劑吸附在鉆屑及新井壁的表面,形成包被吸附水化層,這種包被吸附層起著3方面的作用:①它能延緩或阻止粘土礦物的水化膨脹;②阻止巖屑的物理分散;③在上返過程中能阻止巖屑與巖屑之間、鉆屑與井壁之間的粘結(jié)。2地層開孔時間和地層壓井壁接觸頻率,有利于固控設(shè)備清除大排量鉆進是一個非常重要的工程措施,大排量對解決井下阻卡的作用表現(xiàn)在:①減少了鉆屑從井底返到地面的時間,減少了浸泡時間長而造成的分散,有利于固控設(shè)備清除;②在相同的機械鉆速下,排量越大井眼巖屑濃度越低,鉆屑與井壁接觸頻率小;③排量大,對井壁的沖刷大,同時鉆屑在鉆具旋轉(zhuǎn)的過程中越不容易摔到井壁上。3儲層的細胞性降低鉆井液的固相能明顯地減輕井下的阻卡。如果鉆井液固相低,形成的泥餅薄,在滲透性好的砂巖地層不會因滲漏和濾失而形成較厚的泥餅。因此要加強固相設(shè)備的使用,特別是離心機的使用,盡可能地保持鉆井液的低固相。4井壁“雜質(zhì)”所鉆新井眼越長,經(jīng)歷的時間越長,井壁上的堆積物越多而且越堅實,如果不及時短起下,井壁上的“雜物”,會越積越多造成提下鉆阻卡。在機械鉆速高時,每鉆300m短起下一次,鉆速慢時,如果24h進尺也不到300m,就每天短起下一次。3井壁不穩(wěn)定的解決方案3.1井壁不穩(wěn)定的原因事故原因分析表明,井壁不穩(wěn)定主要有4方面的原因。1地層剝蝕、解決塊機理侏羅系和三迭系泥巖微裂隙、層理較發(fā)育。當(dāng)?shù)貙颖汇@開時,鉆井液濾液沿層理、微裂隙滲入地層內(nèi)部,由于地層內(nèi)部粘土與非粘土礦物水化能力不同,使各晶層的水化速度、膨脹程度不一致,導(dǎo)致地層剝蝕、掉塊。2降低鉆井液密度在鉆井過程中,如果一味強調(diào)加強油氣層保護而降低鉆井液密度,鉆井液液柱壓力不能有效地平衡地層坍塌壓力,就會造成所鉆地層處于力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài),引起井壁失穩(wěn),導(dǎo)致掉塊和坍塌。3地層水不當(dāng)導(dǎo)致地層坍固結(jié)果鉆井過程中,如果所采用的鉆井液失水過高,會導(dǎo)致大量鉆井液濾液進入地層,加劇地層中粘土礦物水化,降低地層巖石強度,導(dǎo)致地層坍塌。41在開挖過程中，改變井底壓力平衡在起鉆過程中,如果不及時灌漿、鉆井液粘切過高,以及起鉆速度過快均會改變井底的壓力平衡而導(dǎo)致井壁失去穩(wěn)定性。3.2提高鉆井液性能多口井的實踐表明,侏羅系及三迭系泥巖掉塊是客觀存在的,強化鉆井液性能只能減輕掉塊的程度,不能杜絕掉塊。同時,適當(dāng)?shù)木畯綌U大不會影響井下安全。因此具體操作中要分別從經(jīng)濟和安全的角度出發(fā),找到鉆井液性能指標(biāo)控制的最佳結(jié)合點。1塌壓力確定為了保持井壁穩(wěn)定,必須依據(jù)地層的坍塌壓力來確定鉆井液密度,保持井壁處于力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)。實鉆表明鉆井液密度控制在1.18～1.22g/cm3比較合適。2瀝青產(chǎn)品的選擇用物理化學(xué)方法封堵地層的層理和裂隙,減少鉆井液濾液進入地層。目前對付硬脆性地層的防塌劑主要是瀝青類產(chǎn)品。在塔河油田使用的瀝青類產(chǎn)品主要是陽離子瀝青和磺化瀝青。陽離子瀝青瀝青質(zhì)含量高,軟化點相對較高較難溶;磺化瀝青瀝青質(zhì)含量低,軟化點較低易溶解?，F(xiàn)場應(yīng)用中為了增強防塌效果主要選用陽離子瀝青,同時加入乳化劑加速其乳化分散,減少其乳化分散的時間。瀝青在鉆至易塌地層前三天加入,給其充分的乳化時間。3控制失水處理能力濾液進入井壁淺層引起地層的適當(dāng)剝落掉塊是可以接受的,只要鉆井液具有足夠的攜帶能力不會影響井下安全。但應(yīng)避免失水過大,泥漿和濾液進入地層深處而引起地層的垮塌。根據(jù)經(jīng)驗,鉆井液API失水控制在6ml左右,HTHP失水控制在16ml左右即可。鉆井液的粘度不能太低,應(yīng)控制在60～80s之間,以保證井眼的干凈。41施工中的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制起下鉆速度,減小壓力激動,在起鉆過程中及時灌漿。4電測一次成功率低提高電測一次成功率一直是塔河油田所須解決的問題。據(jù)統(tǒng)計塔河油田電測一次成功率只有50%左右,特別是三開鉆完導(dǎo)眼電測成功率更低,有時二到三次都不成功。因此電測成功率直接影響鉆井周期,也是甲方考核鉆井液服務(wù)質(zhì)量的重要指標(biāo)。1井眼砂子攜帶不牢固二開和三開電測遇阻的根本原因是相同的,即井眼不暢通,但形成的原因有所不同。二開由于裸眼段長,地層縮徑或鉆屑糊到井壁上,完鉆后井眼砂子攜帶不干凈而造成井眼不暢通;三開主要是地層掉塊形成“糖葫蘆”井眼,鉆屑上返困難,停泵后下沉堆積而造成井眼不暢通。2井壁和井壁的管理二開措施主要有:①二開完鉆前應(yīng)適當(dāng)提高鉆井液的粘度,提高鉆井液的攜帶能力;②加入適量的潤滑劑,減少鉆屑在井壁上的扒糊;③加強通井措施,大排量洗井,洗井時應(yīng)大幅度活動鉆具保證井眼暢通。三開措施主要有:①三開完鉆后適當(dāng)提高鉆井液的粘度,提高鉆井液的攜帶能力和懸浮能力;②通完井提鉆打入高粘度的段塞清洗井眼;③電測前在裸眼段干通井一次,只要有輕微的遇阻(3噸左右)都應(yīng)在遇阻處反復(fù)提拉,破壞“糖葫蘆”井眼的砂橋。5快速鉆探的鉆頭性能優(yōu)化方案在保證井眼安全的前提下鉆井液也要滿足快速鉆井的要求,鉆井液方面應(yīng)控制好如下幾方面。1進中密度控制二開快速鉆進中鉆井液密度控制在1.10～1.18g/cm3。鉆進中密度控制在1.15g/cm3完全能滿足安全鉆井的要求,完鉆前密度逐漸提高到1.18g/cm3左右,以滿足完鉆安全作業(yè)要求。在鉆井中盡量以低粘切鉆進,粘度控制在40～45s比較合適。2適當(dāng)放大鉆井液的出水在二開鉆進中只要保證了高排量、低固相,適當(dāng)放大鉆井液的失水并不影響井下安全,反而有利于機械鉆速的提高。二開API失水控制在8ml左右比較合適。3亞微膠片粒子含量鉆井液的固項對機械鉆速有較大的影響,降低固相含量,特別是亞微膠體粒子的含量有利于機械鉆速的提高。因此應(yīng)利用好固控設(shè)備,發(fā)揮聚合物鉆井液的優(yōu)點,保持鉆井液粗分散狀態(tài),提高機械鉆速。6鉆井液性能設(shè)計TK244H井是2005年西北石油局布置在塔河2號構(gòu)造的一口水平井。設(shè)計井深4956.16m,完鉆井深4853.59m。該井在設(shè)計中對聚合物包被劑、聚合物降失水劑、防塌劑等核心處理劑進行了優(yōu)選,選用KPAM為聚合物包被劑,MAN101為聚合物降失水劑,YK-H為瀝青防塌劑。在性能設(shè)計中對二開密度和粘度設(shè)計較低,失水設(shè)計相對較大。一開到三開依次采用土般土——CMC鉆井液、聚合物鉆井液、聚磺混油鉆井液,各體系間依次轉(zhuǎn)化。二開充分發(fā)揮聚合物鉆井液的優(yōu)點,采用強抑制、低粘切鉆井液鉆進,適當(dāng)放大鉆井液的失水,減少潤滑劑的用量,主要強調(diào)低固相