CN103965842B - 一种防垮塌钻井液及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油、天然气勘探开发过程中的钻井液技术领域，具体提供了一种防垮塌钻井液及其施工方法，每立方米该钻井液的组成为1‑3Kg的聚丙烯酸钾，1‑3Kg的抑制防塌剂，1‑3Kg的小阳离子泥页岩抑制剂，10‑30Kg的氯化钾，1‑2Kg的大阳离子抑制剂，余量为清水。本发明提供的钻井液适用于水敏性强，遇水后极易水化分散而易发生井壁失稳的地层，具有良好的抑制防塌效果。
Description
技术领域
本发明属于石油、天然气勘探开发过程中的钻井液技术领域，尤其涉及一种防垮塌钻井液及其施工方法。
背景技术
苏里格区块地质构造属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡，安定至直罗组埋藏深度约为650-1050米，以棕红色、灰绿色泥岩为主，延长组埋藏深度约为1300-2100米，以灰绿泥岩为主，棕红色与灰绿色泥岩的特性为水敏性强，遇水后极易水化分散，油田钻进遇此类地层容易发生井壁失稳现象，造成起钻和下钻遇阻，下钻大段划眼，此现象尤其是在安定组底部、直罗组、延长组底部200-300米表现最为明显。以苏里格苏36区块为例：2007年使用清水聚合物在该区块完成的20口井中有10口井在安定、直罗及延长底部发生不同程度的井塌，其中4口井发生严重井塌，导致下钻大段划眼、卡钻等，迫使提前转化钻井液体系；2008年完成的14口中，有4口井在此层位也同样发生井塌，占总井口数的的28.5%，其中1口井发生严重坍塌，导致大段划眼，3口井发生一般井塌，造成小段划眼及起钻和下钻遇阻；安定、直罗以及延长组井塌后使得清水聚合物使用井段较短，被迫提前转化钻井液体系，导致钻井施工周期加长。
另外，现有的清水聚合物体系钻井液成分是聚丙烯酰胺PAM、聚丙烯酸钾K-PAM和钻井液用抑制防塌剂ZNP-1，在施工使用过程中存在以下缺点：
(1)在使用大池子钻进时，如果加大钻井液含量，一方面使得全井段整体性能发生变化，特别是钻进遇延长组上部时，起钻容易发生缩径阻卡，另一方面钻井液成本也相对增加；
(2)作用单一，由于现有的清水聚合物体系钻井液中化工品种单一，使得在钻进过程中，钻井液对钻屑仅起包被絮凝作用，而防塌抑制性较低；
(3)使用现有的清水聚合物体系钻井液，在发生井塌时，井壁容易形成大肚子及糖葫芦经验，掉块很难被带出，造成起钻、下钻及电测遇阻，处理相对困难。
发明内容
本发明针对上述不足，提供了一种防垮塌钻井液，该钻井液适用于水敏性强，遇水后极易水化分散而易发生井壁失稳的地层，同时具备抑制防塌效果。
本发明还提供了一种防垮塌钻井液的施工方法，该施工方法适用于水敏性强，遇水后极易水化分散而易发生井壁失稳的地层，同时具备抑制防塌效果。
为实现上述目的，本发明提供了一种防垮塌钻井液，每立方米该钻井液的组成为：1-3Kg的聚丙烯酸钾，1-3Kg的抑制防塌剂，1-3Kg的小阳离子泥页岩抑制剂，10-30Kg的氯化钾，1-2Kg的大阳离子抑制剂，余量为清水。
本发明还提供了一种防垮塌钻井液的施工方法，该施工方法包括以下步骤：
步骤1)：在地面容器中加入1-3Kg/m3的聚丙烯酸钾和1-3Kg/m3的抑制防塌剂，加入清水搅拌配置成聚合物体系，聚合物体系在使用前12小时预配好；
步骤2)：在油田钻进二开阶段，进入安定组前50米时，将上述步骤1)中配置好的聚合物体系上罐钻进，上罐后控制井筒和循环罐中聚合物体系的总量，一次性向循环罐中加入1-3Kg/m3的小阳离子泥页岩抑制剂，10-30Kg/m3的氯化钾和1-2Kg/m3的大阳离子抑制剂；然后，每钻进150米再向循环罐中补充1-3Kg/m3的小阳离子泥页岩抑制剂和1-2Kg/m3的大阳离子抑制剂一次；钻进过程中保持钻井液粘度≥32S，当钻井液粘度低于32S时，将聚丙烯酸钾与抑制防塌剂按照质量百分比1:1的比例加入到循环罐中，钻穿直罗组100米后将钻井液下罐；
步骤3）：钻进进入延长组底部300米时，将步骤1)中配置好的聚合物体系再次上罐钻进，上罐后同样控制井筒和循环罐中聚合物体系总量，一次性向循环罐中加入1-3Kg/m3的小阳离子泥页岩抑制剂，10-30Kg/m3的氯化钾和1-2Kg/m3的大阳离子抑制剂；然后，每钻进150米再向循环罐中补充1-3Kg/m3的小阳离子泥页岩抑制剂和1-2Kg/m3的大阳离子抑制剂一次；钻进过程中保持钻井液粘度≥32S，当钻井液粘度低于32S时，将聚丙烯酸钾与抑制防塌剂按照质量百分比1:1的比例加入到循环罐中，钻穿延长组50米后将钻井液下罐；
步骤4）在油田二开阶段钻进过程中，每钻进50-70米，清理一次循环罐。
本发明的有益效果是：
（1）钻进进入安定组、直罗组，延长组底部300米时，钻井液两次上罐，通过干加钻井液处理剂的方式使钻井液中抑制剂的含量增加，有效地减少了大池子循环时处理剂的化工加量；
（2）对安定组、直罗组和延长组底部易塌地层进行有目的的处理，降低了由于全井段整体性能改变而造成起钻下钻缩径或大段划眼的风险；
（3）通过每钻进50-70米清理一次循环罐的方式除去钻井液中的有害固相。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是钻井液未上罐的安定直罗组井径图。
图2是钻井液未上罐的延长组底部井径图。
图3是钻井液上罐的安定直罗组井径图。
图4是钻井液上罐的延长组底部井径图。
具体实施方式
实施例1：
本发明针对水敏性强，遇水后极易水化分散的棕红色与灰绿色泥岩地层易发生井壁失稳的缺点，提供了一种防垮塌钻井液，每立方米该钻井液的组成为：1-3Kg的聚丙烯酸钾K-PAM，1-3Kg的抑制防塌剂，1-3Kg的小阳离子泥页岩抑制剂，10-30Kg的氯化钾，1-2Kg的大阳离子抑制剂，余量为清水。
在本发明中，上述的抑制防塌剂为钻井液用抑制防塌剂ZNP-1或钻井液用两性离子聚合物FA367；小阳离子泥页岩抑制剂为钻井液用小阳离子泥页岩抑制剂CWD-1或钻井液用小阳离子抑制剂CSW-1；大阳离子抑制剂为钻井液用大阳离子抑制剂XL-007；其中，上述化学试剂均为商品名，其生产厂家如表1所示。
表1 化工试剂具体生产厂家
| 试剂名称 | 产品代号 | 生产厂家 |
| 钻井液用聚丙烯酸钾 | K-PAM | 西安长庆化工集团 |
| 钻井液用聚丙烯酰胺 | PAM | 西安长庆化工集团 |
| 钻井液用抑制防塌剂 | ZNP-1 | 河南新乡振华钻井液材料有限公司 |
| 钻井液用小阳离子泥页岩抑制剂 | CWD-1 | 西安长庆化工集团 |
| 氯化钾 | KCL | 北京昆龙伟业格尔木有限公司 |
| 钻井液用大阳离子抑制剂 | XL-007 | 湖北荆州宇龙化工有限公司 |
| 钻井液用小阳离子抑制剂 | CSW-1 | 河北固安恒科信石油化工有限公司 |
| 钻井液用两性离子聚合物 | FA367 | 西安长庆化工集团 |
实施例2：
对钻井液试剂进行抗盐能力评价：
试验采取如表2中3种不同试剂配方的基浆1、基浆2和基浆3de n，在常温下老化24h后，通过六速旋转粘度计测定其表观粘度AV、塑性粘度PV，动切力YP、静切力Ge(初切/终切)情况，然后在上述不同配方的基浆1、基浆2和基浆3中加入1.5%KCl得到配方1、配方2和配方3，在60℃温度下滚动16h，再次测定其表观粘度AV、塑性粘度PV，动切力YP、静切力Ge(初切/终切)变化情况，得到3种不同配方的抗盐性能如表2所示。
表2钻井液复配抗盐能力评价
| 钻井液配方 | AV（mPa） | PV（mPa） | YP（Pa） | Ge（Pa/Pa) |
| 基浆:0.20%ZNP-1+0.2%K-PAM | 8 | 5 | 3 | 0.5/1 |
| 配方1:0.20%ZNP-1+0.2%K-PAM+1.5%KCL | 8 | 5 | 3 | 0.5/1 |
| 基浆:0.2%ZNP-1+0.2% PAM | 7 | 5 | 2 | 0.5/1 |
| 配方2:0.2%ZNP-1+0.2% PAM+1.5%KCL | 6 | 5 | 1 | 0/0 |
| 基浆:0.2%K-PAM +0.2%PAM | 7 | 5 | 2 | 0.5/1 |
| 配方3:0.2%K-PAM +0.2%PAM+1.5%KCL | 6 | 4 | 2 | 0/1 |
由表2可以看出，ZNP-1与K-PAM复配后加入1.5%KCl，钻井液的表观粘度AV、塑性粘度PV，动切力YP和静切力Ge几乎没变化，说明其复配后抗盐效果较好，对钻井液整个体系影响较小，钻井液性能稳定。
实施例3：
在实施例2的基础上，选用ZNP-1与K-PAM，并在其基础上增加不同的处理剂的到不同配方的钻井液，对这些不同钻井液进行抑制性评价。
取一定量的泥岩地层的钻屑，其中棕红色与灰绿色泥岩各50%，向钻屑中分别加入如表3中的四中不同配方的钻井液，在60℃的温度下，滚动16h，滚动后溶液过18目筛，并用自来水自然冲洗，冲洗后的钻屑进行干燥处理，称重，计算过18目筛后的钻屑量与原钻屑量的质量百分比作为一次回收率；之后，将回收后的钻屑再次加入钻井液，同样在60℃的温度下，滚动16h，滚动后溶液过18目筛，并用自来水自然冲洗，冲洗后的钻屑进行干燥处理，称重，计算经第二次过18目筛后的钻屑量与原钻屑量的质量百分比作为二次回收率；四种不同配方钻井液的一次回收率和二次回收率结果如表3所示。
表3 不同配方抑制性评价
| 钻井液配方 | 一次回收率（%） | 二次回收率（%） |
| 配方1：0.2%ZNP-1+0.2%K-PAM | 79.23 | 80.21 |
| 配方2：0.2%ZNP-1+0.2%K-PAM+0.3%CWD-1 | 82.48 | 81.76 |
| 配方3:0.2%ZNP-1+0.2%K-PAM+0.3%CWD-1+1.5%KCL | 86.52 | 84.36 |
| 配方4：0.2%ZNP-1+0.2%K-PAM+0.3%CWD-1+1.5%KCL+0.15%XL_007 | 94.21 | 92.01 |
从表3可以看出，配方4一次回收率最高，达94.12%,二次回收率也最高达92%，具有较好的抑制防塌性能。
由实施例2和实施例3可以得出，钻井液由ZNP-1、K-PAM、CWD-1、KCL和XL-007组成时具有较好的抗盐和抑制防塌效果。
实施例4：
在实施例2和3选定的钻井液组分的基础上，对苏36-16-18井进行钻井施工，在地面大池子中加入2Kg/m3的聚丙烯酸钾K-PAM和2Kg/m3的抑制防塌剂ZNP-1，加入清水搅拌配置成300m3的聚合物体系，聚合物体系在使用钱12小时预配好；
安定组井深658米，当油田钻进二开后将上述配置好的聚合物体系上罐，上罐后控制井筒和循环罐中聚合物体系总量为200m3，在预水化的聚合物体系中加入600Kg的CWD-1，3000Kg的KCL和300Kg的XL-007；然后，每钻进150米再向聚合物体系中补充600Kg的CWD-1和300Kg的XL-007一次；钻进过程中保持钻井液粘度≥32S，当钻井液粘度低于32S时，将ZNP-1与K-PAM按照质量百分比1:1的比例，加入200Kg到循环罐中进行提粘；当钻穿直罗组（1092米）进入延长组100米后将钻井液下罐，采用大池子循环钻进；
延长组深度为1302-2101米，当进入延长组底部300米（1800米）时，将上述配置好的聚合物体系再次上罐钻进，上罐后同样控制井筒和循环罐中聚合物体系总量为200m3，一次性向聚合物体系中加入600Kg的CWD-1，3000Kg的KCL和300Kg的XL-007；然后，每钻进150米再向聚合物体系中补充600Kg的CWD-1和300Kg的XL-007一次；钻进过程中保持钻井液粘度≥32S，当钻井液粘度低于32S时，将ZNP-1与K-PAM按照质量百分比1:1的比例，加入200Kg到循环罐中进行提粘，钻穿延长组50米后钻井液下罐改为大池子循环；钻穿延长组进入纸坊组50米（2151米）后将钻井液下罐下罐，采用大池子循环钻进；
每钻进50-70米，清一次循环罐，使得最大限度除去钻井液中的有害固相。在完井后进行电测，安定、直罗组井径曲线图如图3所示，延长组井径曲线图如图4所示，从图3和图4可以看出，采用钻井液两次上罐后，在安定、直罗及延长底部起下钻均正常。
同时，对苏36-16-15井钻井液进行未上罐钻进，在完井后进行电测，其安定、直罗组井径曲线图如图1所示，延长组井径曲线图如图2所示；从图1和图2可以看出，苏36-16-15井钻井液未上罐，导致在安定直罗以及延长组底部都发生了坍塌，该井完井后电测遇阻，多趟通井，划眼。
另外，自从2010年开始试验并全面推广苏里格地区安定、直罗组以及延长组钻井液两次上罐的钻井液技术后，其井塌造成的复杂时效缩短了25%，同时延长了聚合物使用井段300-500米，机械钻速也大幅提高。
综上所述，本发明提供的防垮塌钻井液，其化工品种多样，具有良好的抗盐和抑制防塌效果，同时，在该钻井液施工工程中，通过对钻井液前期预水化，并采用两次上罐干加处理剂的方式对安定、直罗、延长组底部进行针对性处理，满足该特性地层钻井液施工的要求。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1. 一种防垮塌钻井液的施工方法，其特征在于: 包括如下步骤：
步骤1)：在地面容器中加入1-3Kg/m3的聚丙烯酸钾和1-3Kg/m3的抑制防塌剂，加入清水搅拌配置成聚合物体系，聚合物体系在使用前12 小时预配好；
步骤2)：在油田钻进二开阶段，进入安定组前50米时，将上述步骤1)中配置好的聚合物体系上罐钻进，上罐后控制井筒和循环罐中聚合物体系的总量，一次性向循环罐中加入1-3Kg/m3 的小阳离子泥页岩抑制剂，10-30Kg/ m3 的氯化钾和1-2Kg/ m3的大阳离子抑制剂；然后，每钻进150 米再向循环罐中补充1-3Kg/ m3 的小阳离子泥页岩抑制剂和1-2Kg/ m3的大阳离子抑制剂一次；钻进过程中保持钻井液粘度≥ 32S，当钻井液粘度低于32S 时，将聚丙烯酸钾与抑制防塌剂按照质量百分比1:1 的比例加入到循环罐中，钻穿直罗组100 米后将钻井液下罐；
步骤3）：钻进进入延长组底部300米时，将步骤1)中配置好的聚合物体系再次上罐钻进，上罐后同样控制井筒和循环罐中聚合物体系总量，一次性向循环罐中加入1-3Kg/ m3的小阳离子泥页岩抑制剂，10-30Kg/ m3 的氯化钾和1-2Kg/ m3的大阳离子抑制剂；然后，每钻进150米再向循环罐中补充1-3Kg/ m3 的小阳离子泥页岩抑制剂和1-2Kg/ m3 的大阳离子抑制剂一次；钻进过程中保持钻井液粘度≥ 32S，当钻井液粘度低于32S 时，将聚丙烯酸钾与抑制防塌剂按照质量百分比1:1 的比例加入到循环罐中，钻穿延长组50 米后将钻井液下罐；
步骤4）在油田二开阶段钻进过程中，每钻进50-70米，清理一次循环罐；
该方法采用的防垮塌钻井液是：每立方米该钻井液的组成为：1-3Kg的聚丙烯酸钾，1-3Kg 的抑制防塌剂，1-3Kg 的小阳离子泥页岩抑制剂，10-30Kg 的氯化钾，1-2Kg 的大阳离子抑制剂，余量为清水；所述抑制防塌剂为钻井液用两性离子聚合物FA367；所述小阳离子泥页岩抑制剂为钻液用小阳离子泥页岩抑制剂CWD-1 或钻井液用小阳离子抑制剂CSW-1；所述大阳离子抑制剂为钻井液用阳离子抑制剂XL-007。
2. 如权利要求1 的一种防垮塌钻井液的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1) ：在地面大池子中加入2Kg/ m3 的聚丙烯酸钾和2Kg/ m3的抑制防塌剂，加入清水搅拌配置成300 m3 的聚合物体系，聚合物体系在使用前12 小时预配好；
步骤2) ：在油田钻进二开阶段，进入安定组前50 米时，将上述步骤1) 中配置好的聚合物体系上罐钻进，上罐后控制井筒和循环罐中聚合物体系总量为200 m3，一次性向循环罐中加入3Kg/ m3 的小阳离子泥页岩抑制剂，15Kg/ m3的氯化钾和1.5Kg/ m3的大阳离子抑制剂；然后，每钻进150 米再向循环罐中补充3Kg/ m3 的小阳离子泥页岩抑制剂和1.5Kg/m3 的大阳离子抑制剂一次；钻进过程中保持钻井液粘度≥ 32S，当钻井液粘度低于32S时，将聚丙烯酸钾与抑制防塌剂按照质量百分比1:1 的比例加入到循环罐中，钻穿直罗组100 米后将钻井液下罐改用大池子循环；
步骤3）：钻进进入延长组底部300 米时，将步骤1) 中配置好的聚合物体系再次上罐钻进，上罐后同样控制井筒和循环罐中聚合物体系总量为200 m3，一次性向循环罐中加入3Kg/ m3 的小阳离子泥页岩抑制剂，15Kg/ m3 的氯化钾和1.5Kg/ m3的大阳离子抑制剂；然后，每钻进150 米再向循环罐中补充3Kg/ m3的小阳离子泥页岩抑制剂和1.5Kg/ m3 的大阳离子抑制剂一次；钻进过程中保持钻井液粘度≥ 32S，当钻井液粘度低于32S 时，将聚丙烯酸钾与抑制防塌剂按照质量百分比1:1 的比例加入到循环罐中，钻穿延长组50 米后钻井液下罐改为大池子循环；
步骤4）：在油田二开阶段钻进过程中，每钻进60 米，清理一次循环罐。
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