CN104047556A - 一种防止长7油页岩坍塌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油钻井技术领域，具体提供了适用于长庆油田宁定地区长8目的层井，长7油页岩的一种防止长7油页岩坍塌的方法，本发明的技术方案是这样实现的：降低排量，减轻大排量对易漏易塌地层井壁的冲刷，减小环空压耗，钻井液随钻堵漏，提高钻井液密度，减小油页岩交变应力，控制油页岩段井斜，控时钻进，防止憋漏地层。本发明有效的解决了石油钻井过程中油页岩坍塌问题，能够在现场应用中取得很好效果，有效的降低了井漏复杂情况，减少了生产时间，节约了钻井成本。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井技术领域，尤其是防止长7油页岩坍塌，本发明适用于长庆油田宁定地区长8目的层水平井，本发明具体提供了一种防止长7油页岩坍塌的方法。
背景技术
长庆油田宁定地区长8目的层水平井钻井施工过程中，长7油页岩段长、井斜大易垮塌；长4+5地层承压能力低，钻井液密度达不到平衡油页岩所需要的最小密度，上漏下塌导致井下复杂频发。如：黄平36-19井因井漏、油页岩垮塌施工2次未成功，黄平36-21井因井漏，密度达不到平衡地层压力，出水后油页岩垮塌，黄36-19、黄36-21两口井被迫改为三开结构，损失时间1125h。前期从承压堵漏方面着手，通过提高地层承压能力来提高钻井液密度对长7油页岩进行物理防塌，收效甚微。主要影响因素：
1）、油页岩易垮塌。油页岩碳化程度高、可塑性差，属脆裂岩石，发育较好，横向层理构造明显，水化程度弱，化学防塌效果差，主要通过力学方面来维持其稳定。
2）、长8目的层水平井在提高钻井液密度过程中，长4+5普遍存在漏失。前期完成的井中漏速大于3-5m3/h。多口井油页岩发生坍塌，被迫填井侧钻。
黄平36-19井失返性漏失后，光钻杆下至长4+5底部，注水泥8m3，关井共挤入4.2m3水泥浆，每次挤入最高压力逐步递增，由3.5MPa上升到4.2MPa，但是25min后均降为0，说明长4+5地层不承压，挤入情况见图1所示的黄平36-19井挤注水泥情况图。
3）、油页岩段长，井斜大。
长7油页岩为开发目的层的上覆层，段长85-200m，长7钻穿后即为目的层，导致出油页岩井斜大（72°-84°），坍塌应力增大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种防止长7油页岩坍塌的方法，其适用于长庆油田宁定地区长8目的层井，长7油页岩的防坍塌。
本发明的技术方案是：一种防止长7油页岩坍塌的方法，其特征是：具体包括如下步骤：
（1）在保障岩屑能随钻井液返出地面的前提下，降低排量，降低环空压耗，将泥浆泵缸套由180mm/170mm更换为160mm/150mm，排量由34L/s降低至26-30L/s之间，环空返速由1.51 m/s 降至1.33 m/s，环空压耗由1.19Mpa降到0.95Mpa；
（2）在钻入漏层的前50米，在降排量的同时开始进行随钻堵漏；
（3）控时钻进：漏层打开后控制机械钻速每单根的纯钻时间不少于30分钟，同时开启除砂除泥器以及离心机，钻井液经过固控设备，清除钻井液中有害固相。
（4）减小交变应力：主要措施是补偿循环压耗、避免抽吸形成负压、落实灌浆制度、减少钻柱与井壁碰撞。
上述步骤（1）中降低排量的具体做法为：将排量由34 L/s降到29 L/s。
上述步骤（2）中钻井时从油层中下部入窗，从而降低油页岩井斜角，确保最大井斜小于76°，降低油页岩坍塌压力。
上述步骤（2）中的随钻堵漏的堵漏剂配方及制备方法为：按质量百分比将1.5%膨润土粉、 1-1.5%云母、1%单向压力封堵剂DF-A、1%锯末，余量为水，在常温常压下进行混合搅拌均匀；利用所述堵漏剂和钻井液中的细小固相颗粒填堵微裂缝，逐步提高地层承压能力；步骤（2）中若漏速大于3方/小时，直接注水泥堵漏，缩短堵漏周期。
上述随钻堵漏的堵漏剂配方及制备方法具体为：按质量百分比将1.5%膨润土粉、 1.25%云母、1%单向压力封堵剂DF-A以及1%锯末，余量为水，在常温常压下进行混合搅拌均匀。
上述步骤（4）中的补偿循环压耗的方法为：中途起钻时，计算出环空压耗，根据P静=32MPa+ P环计算加重钻井液的方量和密度，配制重浆补偿环空循环压耗，防止起下钻或空井状态下油页岩坍塌；起钻前计算并配制好所需的重浆，采用排量18～20 l/s泵入并顶替到油页岩以上井段，下钻采用排量18～20 l/s分段循环出重浆，并开启一体机、离心机降低重浆至原密度，或采用稀释、补充胶液，控制钻井液达到起钻前性能。
上述步骤（4）中的落实钻具内灌浆制度的方法为：中途起钻连续向环空灌浆，下钻时按要求灌浆、分段循环。首先钻具接回压凡尔时每下20柱灌满泥浆一次，用井口灌浆装置灌浆，禁止接方钻杆直接灌浆；其次下钻距井底30米先灌满泥浆再接方钻杆边划眼边循环，循环一周后方可恢复正常钻进。
上述步骤（4）中为避免抽吸形成负压，应该在起钻时严格控制速度，以减小抽吸作用，抽吸作用能降低液柱压力导致井塌，同时单项压力封堵剂必须保持在正向压力下才能正常起封闭作用，如果造成负压则封闭解除，再次发生漏失。
上述步骤（4）中的减少钻柱与井壁碰撞的现场施工方法为：
1）杜绝在油页岩井段长时间定点循环；
2）严格控制下钻速度，速度范围控制在3-5分钟/立柱；
3）油页岩打开后，转盘转速控制在40-50rpm；
4）尽量减少在油页岩段滑动钻进。
本发明有效的解决了石油钻井过程中油页岩坍塌问题，能够在现场应用中取得很好效果。
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：黄平36-19井挤注水泥情况图；
图2：下靶区入窗示意图。
附图标记说明：1、油页岩；2、油层。
具体实施方式
本发明是通过如下技术方案实现的：本发明的技术方案是这样实现的：改变思路，降低排量，钻井液随钻堵漏，提高钻井液密度，减小油页岩交变应力，控制油页岩段井斜，控时钻进，防止憋漏地层。解决了坍塌问题，现场应用中能够取得很好的效果。
所述方法具体包括如下步骤：
（1）在保障岩屑能随钻井液返出地面的前提下，降低排量，降低环空压耗，将泥浆泵缸套由180mm/170mm更换为160mm/150mm，排量由原来的34L/s降低至现在的26-30L/s之间，环空返速由原来的1.51 m/s 降至现在的1.33 m/s，环空压耗由原来的1.19Mpa降到现在的0.95Mpa；在满足携砂的前提下，将循环压耗降低，从而提高环空密度防止油页岩坍塌；减轻大排量对易漏和易垮塌地层井壁的冲刷及循环压耗增大引起的井漏；
（2）在钻入漏层的前50米，在降排量的同时开始进行随钻堵漏；
（3）控时钻进：漏层打开后控制机械钻速每单根的纯钻时间不少于30分钟，同时开启除砂除泥器以及离心机，钻井液经过固控设备，清除钻井液中有害固相，力求环空钻屑浓度最低，防止憋漏地层；
（4）减小交变应力：主要措施是补偿循环压耗、避免抽吸形成负压、落实灌浆制度、减少钻柱与井壁碰撞。
步骤（1）中降低排量的具体做法为：将排量由34 L/s降到29 L/s。
步骤（2）中钻井时从油层中下部入窗，从而降低油页岩井斜角，确保最大井斜小于76°，降低油页岩坍塌压力。
步骤（2）中的随钻堵漏的堵漏剂配方及制备方法为：按质量百分比将1.5%膨润土粉、 1-1.5%云母、1%单向压力封堵剂DF-A、1%锯末，余量为水，在常温常压下进行混合搅拌均匀；利用所述堵漏剂和钻井液中的细小固相颗粒填堵微裂缝，逐步提高地层承压能力；步骤（2）中若漏速大于3方/小时，直接注水泥堵漏，缩短堵漏周期。随钻堵漏的堵漏剂配方及制备方法具体为：按质量百分比将1.5%膨润土粉、 1.25%云母、1%单向压力封堵剂DF-A以及1%锯末，余量为水，在常温常压下进行混合搅拌均匀。其中DF-A主要用作渗透性漏失地层的堵漏，可从西安长庆化工集团有限公司购买到。
步骤（4）中的补偿循环压耗的方法为：中途起钻时，计算出环空压耗，根据P静=32MPa+ P环计算加重钻井液的方量和密度，配制重浆补偿环空循环压耗，防止起下钻或空井状态下油页岩坍塌；起钻前计算并配制好所需的重浆，采用排量18～20 l/s泵入并顶替到油页岩以上井段，下钻采用排量18～20 l/s分段循环出重浆，并开启一体机、离心机降低重浆至原密度，或采用稀释、补充胶液，控制钻井液达到起钻前性能。
步骤（4）中的落实钻具内灌浆制度的方法为：中途起钻连续向环空灌浆，下钻时按要求灌浆、分段循环。首先钻具接回压凡尔（钻井过程中的一种内防喷工具，是一个单流阀，井喷的时候可以防止地层流体通过钻头水眼进入钻具内。通常在压井、钻进接单根和下钻过程中可以起到防止泥浆反喷的作用）时每下20柱灌满泥浆一次，用井口灌浆装置灌浆，禁止接方钻杆直接灌浆；其次下钻距井底30米先灌满泥浆再接方钻杆边划眼边循环，循环一周后方可恢复正常钻进。
步骤（4）中为避免抽吸形成负压，应该在起钻时严格控制速度，以减小抽吸作用，抽吸作用能降低液柱压力导致井塌，同时单项压力封堵剂必须保持在正向压力下才能正常起封闭作用，如果造成负压则封闭解除，再次发生漏失。井眼的稳定性与钻柱的震动有明显的联系，钻柱剧烈震动、撞击井壁，使井壁处形成裂缝，从而导致钻井液侵入，引发井壁剥落、垮塌。
步骤（4）中的减少钻柱与井壁碰撞的现场施工方法为：
1. 杜绝在油页岩井段长时间定点循环；
2. 严格控制下钻速度，速度范围控制在3-5分钟/立柱；
3. 油页岩打开后，转盘转速控制在40-50rpm；
4. 尽量减少在油页岩段滑动钻进。
图2为下靶区入窗示意图，由图可知，从油层中下部入窗，油页岩最大井斜角∠α明显小于从油层上部入窗时的最大井斜角∠β，同时缩短了油页岩的井段。
该区块长8目的层水平井平均油层厚度为10-12m，前期施工井在进入油层3-4m入窗，油页岩最大井斜角超过80°。通过下调靶点垂深，从进入油层8-9m入窗，油页岩最大井斜角可控制在75°以内。靶点垂深与油页岩最大井斜角对应关系见表1。
表1：靶点垂深与油页岩最大井斜角关系
| 进入油层深度（m） | 3.5 | 4.5 | 5.5 | 6.5 | 7.5 | 8.5 |
| 油页岩段井斜（°） | 80.36 | 78.85 | 77.54 | 76.34 | 75.24 | 74.21 |
本发明有效的解决了石油钻井过程中油页岩坍塌问题，能够在现场应用中取得很好效果，有效的降低了井漏复杂情况，减少了生产时间，节约了钻井成本。
本发明相对于传统方法的技术指标对比如下：
平均钻井周期缩短了5.54天，平均建井周期缩短6.93天，平均机械钻速提高了17%，钻机月速提高27.84%，大幅度降低了井漏，未出现如卡钻、井塌等复杂故障，见表2所示。
表2：本发明相对于传统方法的技术方案指标对比
| 口数 | 平均井 深（m） | 平均钻井周期（d） | 平均建井周期（d） | 平均机械钻速（m/h） | 钻机月速（m/台月） | 复杂率(%) | |
| 本方案 | 9 | 3709.33 | 17.78 | 23.97 | 19.75 | 4900 | 0.5 |
| 传统方案 | 9 | 3717.86 | 23.32 | 30.9 | 16.88 | 3833 | 15.16 |
| 对比 | -8.53 | -5.54 | -6.93 | 2.87 | 1067 | -14.66 | |
| 对比(%) | -23.76 | -22.43 | 17.00 | 27.84 | -96.7 |
本发明的创新点总结如下：
1）降低排量，减小环空压耗
降低泵排量，减小环空压耗，减轻大排量对易漏易塌地层井壁的冲刷，有效预防了压差性漏失。将排量由34 L/s降到29 L/s，经理论计算环空返速能满足携砂要求。
2）钻井液随钻堵漏
进入漏层前在钻井液中加入堵漏材料，在压差作用下，进入漏层封堵近井筒漏失通道，提高地层承压能力，起到防漏作用。同时钻井液中加入1-2%膨润土随钻堵漏效果明显。
3）控时钻进
漏层打开后，控制机械钻速，每个单根的纯钻时间不少于30分钟，同时加强固相控制，改善钻井液净化条件，及时清除钻井液中有害固相，力求环空钻屑浓度最低，防止憋漏地层。
4）优化井眼轨迹，控制油页岩段井斜
根据靶点垂深与油页岩的距离（垂深），将靶点垂深下调，从油层中下部入窗，从而降低油页岩井斜角，确保最大井斜小于76°，降低油页岩坍塌压力。
5）减小交变应力
（1）环空压耗补偿
油页岩打开后，中途起钻时，计算出环空压耗，根据环空压耗计算出所需加重钻井液的密度，配制一定量的重浆补偿环空循环压耗，防止起下钻或空井状态下油页岩坍塌。
① 计算出32MPa当量密度下环空压耗 ② P静≥32MPa+P环，不需要补偿。
③ P静<32MPa+ P环，按下述方法进行处理。
起钻前计算并配制好所需的重浆，采用排量18～20 l/s泵入并顶替到油页岩以上井段，下钻采用排量18～20 l/s分段循环出重浆，并开启一体机、离心机降低重浆至原密度，或采用稀释、补充胶液控制好密度。
（2）避免抽吸形成负压
抽吸作用能降低液柱压力导致井塌，同时单项压力封堵剂必须保持在正向压力下才能正常起封闭作用，如果造成负压则封闭解除，再次发生漏失。因此，起钻时严格控制速度，减小抽吸作用。
（3）落实灌浆制度
采用井口灌浆装置灌浆，禁止用方钻杆直接灌浆，①排除钻具水眼内的空气，避免空气循环至环空，造成液柱压力下降，导致井壁垮塌；②预防钻井液气柱循环至井口体积迅速膨胀形成假性井喷。
（4）减少钻柱与井壁碰撞
井眼的稳定性与钻柱的震动有明显的联系，钻柱剧烈震动、撞击井壁，使井壁处形成裂缝，从而导致钻井液侵入，引发井壁剥落、垮塌。现场施工要点：
① 杜绝在油页岩井段长时间定点循环。
② 控制油页岩井段起下钻速度。
③ 油页岩打开后，转盘转速控制在40-50rpm。
④ 尽量减少在油页岩段滑动钻进。
本实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知常识和公知技术，如有需要我们可提供参考资料！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 (9)
1.一种防止长7油页岩坍塌的方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：
（1）在保障岩屑能随钻井液返出地面的前提下，降低排量，降低环空压耗，将泥浆泵缸套由180mm/170mm更换为160mm/150mm，排量由34L/s降低至26-30L/s之间，环空返速由1.51 m/s 降至1.33 m/s，环空压耗由1.19Mpa降到0.95Mpa；
（2）在钻入漏层的前50米，在降排量的同时开始进行随钻堵漏；
（3）控时钻进：漏层打开后控制机械钻速每单根的纯钻时间不少于30分钟，同时开启除砂除泥器以及离心机，钻井液经过固控设备，清除钻井液中有害固相；
（4）减小交变应力：措施是补偿循环压耗、避免抽吸形成负压、落实灌浆制度、减少钻柱与井壁碰撞。
2.根据权利要求1所述的一种防止长7油页岩坍塌的方法，其特征在于：步骤（1）中降低排量的具体做法为：将排量由34 L/s降到29 L/s。
3.根据权利要求1所述的一种防止长7油页岩坍塌的方法，其特征在于：步骤（2）中钻井时从油层中下部入窗，从而降低油页岩井斜角，确保最大井斜小于76°，降低油页岩坍塌压力。
4.根据权利要求1所述的一种防止长7油页岩坍塌的方法，其特征在于：步骤（2）中的随钻堵漏的堵漏剂配方及制备方法为：按质量百分比将1.5%膨润土粉、 1-1.5%云母、1%单向压力封堵剂DF-A、1%锯末，余量为水，在常温常压下进行混合搅拌均匀；利用所述堵漏剂和钻井液中的细小固相颗粒填堵微裂缝，步骤（2）中若漏速大于3方/小时，直接注水泥堵漏，缩短堵漏周期。
5.根据权利要求4所述的一种防止长7油页岩坍塌的方法，其特征在于：所述随钻堵漏的堵漏剂配方及制备方法具体为：按质量百分比，将1.5%膨润土粉、 1.25%云母、1%单向压力封堵剂DF-A以及1%锯末，余量为水，在常温常压下进行混合搅拌均匀。
6.根据权利要求1所述的一种防止长7油页岩坍塌的方法，其特征在于：步骤（4）中的补偿循环压耗的方法为：中途起钻时，计算出环空压耗，根据P静=32MPa+ P环计算加重钻井液的方量和密度，配制重浆补偿环空循环压耗，防止起下钻或空井状态下油页岩坍塌；起钻前计算并配制好所需的重浆，采用排量18～20 l/s泵入并顶替到油页岩以上井段，下钻采用排量18～20 l/s分段循环出重浆，并开启一体机、离心机降低重浆至原密度，或采用稀释、补充胶液，控制钻井液达到起钻前性能。
7. 根据权利要求1所述的一种防止长7油页岩坍塌的方法，其特征在于：步骤（4）中的落实钻具内灌浆制度的方法为：中途起钻连续向环空灌浆，下钻时按要求灌浆、分段循环；首先钻具接回压凡尔时每下20柱灌满泥浆一次，禁止接方钻杆直接灌浆；其次下钻距井底30米先灌满泥浆再接方钻杆边划眼边循环，循环一周后方可恢复正常钻进。
8.根据权利要求1所述的一种防止长7油页岩坍塌的方法，其特征在于：步骤（4）中为避免抽吸形成负压，应该在起钻时严格控制速度，以减小抽吸作用，抽吸作用能降低液柱压力导致井塌，同时单项压力封堵剂必须保持在正向压力下才能正常起封闭作用，如果造成负压则封闭解除，再次发生漏失。
9.根据权利要求1所述的一种防止长7油页岩坍塌的方法，其特征在于：步骤（4）中的减少钻柱与井壁碰撞的现场施工方法为：
1）杜绝在油页岩井段长时间定点循环；
2）严格控制下钻速度，速度范围控制在3-5分钟/立柱；
3）油页岩打开后，转盘转速控制在40-50rpm；
4）减少在油页岩段滑动钻进。
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