新疆探区复合盐层、纯盐层钻井液技术论文_樊营, 石慧利

新疆探区复合盐层、纯盐层钻井液技术论文_樊营, 石慧利

中原油田培训中心

1、新疆探区钻遇复合盐层特点

1.1复合盐层单层厚度较大,一般从几米至几十米,总厚度从几十米至1900米,盐间夹层为不易发生坍塌的白云岩、石灰岩及层理裂隙不发育不易坍塌的硬泥页岩等,粘土矿物分为两类,一类以伊利石为主、含少量的绿泥石,另一类以伊利石与伊蒙有序间层为主。

1.2盐、膏、泥复合盐层存在互层多且薄,岩性变化大,并含盐膏软泥盐、碎泥与盐结合物及以盐为胶结物的角砾岩中等,泥页岩层理、裂隙发育,软泥页岩含水高,泥页岩中粘土矿物可分为两类,一类以伊利石为主、并含绿泥石,另一类以伊利石为主、并含伊蒙有序间层、高岭石、绿泥石,含盐量高的泥页岩初始膨胀率高,随着测量过程中泥页岩中盐的溶解,可能出现负的膨胀率,泥页岩大多孔隙压力异常,部分地区的盐、膏、泥页岩处于地应力作用下。

2、钻遇复合盐层时出现复杂情况的原因

2.1盐岩的塑性变形

盐岩在井下处于应力平衡状态,当钻开盐层时,盐岩受力状态发生变化,当上覆岩层压力指向井内的侧压力大于液柱压力时,盐岩就会发生塑性变形,导致缩径,起下钻遇阻、卡钻等井下复杂情况。盐岩的塑性变形与井深、钻井液密度、井温、盐岩组分有关。

2.2盐的溶解

使用水基钻井液钻进复合盐层时,地层中盐会被钻井液部分溶解。对于第一类盐层,则造成井径扩大,形成糖葫芦井眼,给钻井、固井、电测工作造成困难。对于第二类盐层,盐岩与泥岩互层多且薄。盐溶造成泥岩失去支撑而坍塌,这类盐层的盐还以盐脉、大小不等的结晶块形式出现在泥岩中,或大小不等的盐结晶形式与碎泥结合在一起,或在盐岩中存在许多泥块,盐溶会引起泥岩坍塌。

2.3盐膏层的吸水膨胀

盐膏层中往往夹杂着其他盐类,如石膏、芒硝、氯化镁、氯化钙等,它们原始状态都含有结晶水。在上覆地层压力作用下失去结晶水,成为无水石膏、无水芒硝。当使用水基钻井液钻开此类地层时,无水石膏就会吸水变为二水石膏,体积增大26%,引起岩石强度下降,易发生坍塌、缩径。

2.4盐的重结晶

使用饱和盐水钻井液钻进深部盐层时,盐的溶解度随温度的增加而增加,在地面盐水处于饱和到井底变得不饱和,造成井底盐溶,井径扩大,当返至地面,钻井液温度下降,由饱和变为过饱和,在上部井段或地面重结晶。温度对复合盐溶解度的影响比纯盐大,钻复合盐时,重结晶现象比钻纯盐层严重。

3、钻井液技术对策

钻复合盐岩及盐下地层的最佳体系是油基钻井液或油包水钻井液,但由于其成本高,安全性较差,污染环境等缺点,其应用受到限制。钻探井时还存在荧光问题。因此,目前应用较多的还是欠饱和/饱和盐水钻井液。根据所钻地层特点,选择单一或复合盐,配成欠饱和/饱和盐水钻井液,可以有效地控制盐岩的溶解及泥页岩地层的膨胀与坍塌问题。至于是选择欠饱和还是饱和盐水钻井液体系,则要根据盐的溶解速度与蠕变速度哪一个更大来确定。盐的溶解速度小,则应选择欠饱和盐水钻井液体系,反之,则应选择饱和盐水钻井液体系。

4、欠饱和盐水钻井液特点

4.1、稳定性好

对于欠饱和盐水高密度钻井液,如何保持钻井液的稳定性,保持适当的粘度、切力,是重要的。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这里取决于合适的粘土含量和足够有效的护胶材料,如果钻井液中的MBT含量和低密度固相含量太高,会造成钻井液性能失控,特别是在高密度钻井液体系中粘切很难控制,钻井液中的MBT含量和低密度固相含量太低,致使钻井液悬浮能力降低,钻井液稳定性差,会出现重晶石或铁矿粉沉淀。所以,控制好钻井液中的般土含量和适度分散至关重要,因此该体系采用了抗盐土,并保持般土含量10-25g/L之间。

4.2、抗温、抗污染能力强

体系选用抗温抗盐能力较强的钻井液处理剂,如SMP、SPNP、FT-1和浓度为0.1%-0.5%的抗盐聚合物胶液,如KPAM、AT-1、80A51、FA367。这样有效降低了欠饱和盐水的高温高压失水,改善高温高压泥饼质量。提高钻井液的滤液粘度,增强钻井液本身的结构力,改善钻井液热稳定性和抗盐、抗钙能力。

4.3、良好的润滑性

为保持钻井液有良好的润滑性,防止高密度钻井液下的压差卡钻,体系采用了润滑性较好的聚合醇防塌润滑剂和固体润滑剂。

4.4、良好的抑制盐结晶性能

由于盐的溶解度受钻井液温度的影响,在地面盐水处于饱和到井底变得不饱和,钻井液温度下降,由饱和变为过饱和,在上部井段或地面重结晶,加入盐抑制剂,抑制盐结晶析出。

5、欠饱和盐水钻井液的应用

5.1、聚合醇聚磺钻井液

我们在塔河区块二开使用聚合醇聚磺钻井液,其配方为0.5%-0.8%NaOH+0.2%PAM+0.5%AT-1+3%JT-1+4%SPNP+3%聚合醇防塌润滑剂+1-2%SMT。安全钻穿3200-3700m段的纯盐层、泥质膏盐、复合盐层。使用聚合醇聚磺钻井液有效克服了地层中的盐类大量溶入钻井液中,引起的复合盐层段的溶解,井壁趋向不稳定现象。

5.2、KCL欠饱和钻井液体系

我们在四开选用KCL欠饱和盐水钻井液体系后,对泥页岩的抑制性,尤其是盐溶的抑制作用得到了充分体现。转化后井径比转化前相对规则,但上部盐溶比较明显,造成井径较大。KCL欠饱和钻井液使用特点:降低MBT含量15-25g/L,增加抗盐抗钙降失水剂含量。加入KCL、NaCL,将钻井液转化为KCL欠饱和盐水钻井液,体系转化后,钻井液维护主要以7%KCL+25%NaCL为主的胶液维护。对泥页岩的抑制性,尤其是盐溶的抑制作用得到了充分体现。

五、结论

欠饱和盐水钻井液的室内研究和在新疆地区多口井的施工表明,该体系能有效的抑制泥岩、石膏层的吸水膨胀和盐岩层的溶解,防止因地层压力过高发生地层塑性蠕动,保证了井壁的稳定。该体系还具有良好的抗高温抗盐能力,保证了钻井液中适当的聚合物含量和足够的降失水剂和防塌剂,降低了钻井液的高温高压失水,改善和提高了泥饼质量,增强了钻井液的稳定性。该体系能有效的控制钻井液中的坂土含量,保证钻井液中有一定自由水分,同时提高钻井液的滤液粘度来增强钻井液本身的结构力,防止了固相含量过高而造成的性能不稳定。该体系具有良好的造壁和封堵性,聚合醇可在水中可以形成不同大小的颗粒,这些颗粒通过吸附、扩散等途径结合到井壁上,封堵地层孔喉。综上所述,欠饱和盐水钻井液成功的解决了深井钻进复合盐层的问题。

六、参考文献

[1] 孟庆生,江山红,石秉忠.塔河油田盐膏层钻井液技术.钻井液与完井液. 2018年19卷6期-74-76.

[2] 张锦荣,陈安明,周玉仓.塔里木深井盐膏层钻井技术石油钻探技术.2018年31卷6期-25-27.

论文作者:樊营, 石慧利

论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第6期

论文发表时间:2019/6/5

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