厄瓜多尔tarapoa区块水平井钻井液关键技术

厄瓜多尔 TARAPOA 区块水平井钻井液关键技术 王长宁 崔贵涛 李宝军 曹辉 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 川庆钻探钻采工程技术研究院 摘 要： 厄瓜多尔 TARAPOA 区块大斜度井段经常出现高摩阻大扭矩、遇阻现象频发、卡钻时有发生, 并且在大斜度井段出现的卡钻, 没有成功解卡的先例;再加上井身结构的进一步简化和环保条款的硬性规定, 使得大斜度井段施工难度进一步加大。针对上述难题, 在厄瓜多尔政府环保要求的基础上, 选择有利于环保处理剂, 研制出了一种性能稳定、防塌能力突出、润滑性好、携砂能力强、环保性能理想等特点的 GAP 钻井液体系。现场应用结果表明, 该体系表现出良好的井壁稳定能力、润滑减阻和井眼净化能力, 有效解决了泥页岩和砾石层所带来的的缩径扩径、坍塌掉块、高摩阻大扭矩、钻头泥包等技术难题, 在整个斜井段施工过程中井壁稳定, 起下钻畅通无阻, 首次将 3 133 m 长的 Ø244.4 mm 技术套管一次性下到预定位置。关键词： 厄瓜多尔 TARAPOA; 水平井; GAP 钻井液体系; 防塌; 井眼净化; 润滑防卡; 作者简介：王长宁 (1963-) , 教授级高级工程师, 工学博士, 毕业于西南石油大学油气井工程, 主要从事石油工程新技术科研及管理工作。地址: (618300) 四川广汉中山大道南二段 88 号, 电话: (0838) 5151322;E-mail:wangcn_gcycnpc.com.cn。联系人:崔贵涛;地址: (710021) 陕西西安未央区凤城四路长庆科技大厦 820 室, 电话:18092016609。收稿日期：2017-07-05KEY DRILLING FLUID TECHNOLOGY FOR HORIZONTAL WELLS AT TARAPOA BLOCK IN ECUADORWANG Changning CUI Guitao LI Baojun CAO Hui National Engineering Lab for Low-permeability Oil/gas Field Exploration and Development; Abstract： There were lots of problems such as high friction& torque happened in the high deviated hole section at TARAPOA block in Ecuador. Pipe stuck happened without any successful sticking freeing experience. The request of simplification of well casing program and environmental protection make drilling operation even harder. To solve those above problems, on the basis of Ecuador government's environmental protection requirements, with environment friendly drilling fluid agents, the GAP drilling fluid system has been developed, with high stability, outstanding anti-caving capability, good lubricity, high sand-carrying capacity, and good environmental performance.Field application results show it performs well in borehole stabilizing, lubrication and hole cleaning, effectively having avoided the problems like borehole undergauging or enlargement, high friction and torque, bit balling and so on in shale and gravel layers. In the whole drilling process of the deviated section, the borehole was stable and no sticking during tripping, 3133 m of244. 4 mm casing string was run to the preset depth without any obstacles for the first time.Keyword： ECUADOR TARAPOA; horizontal well; GAP drill fluid; anti-caving; hole-cleaning; lubricate to avoid sticking; Received： 2017-07-05厄瓜多尔 TARAPOA 区块位于厄瓜多尔东部热带雨林带, 属于海相环境沉积, 主要地层为晚第三系、第三系、白垩系;由于地层比较新, 沉积时间短, 成岩性差, 极不稳定。水平井少, 并且施工难度大, 在大斜度井段经常出现高摩阻、大扭矩、遇阻现象频发、卡钻事故时有发生, 并且在大斜度井段出现的卡钻, 还没有成功解卡的先例。所以, 该区块水平井通常采用四开井身结构, 即斜井段就采用两层技术套管。因此, 如何将斜井段简化为一层技术套管并保证安全施工, 是该区块水平井提速提效的关键。一、钻井液技术难点厄瓜多尔 TARAPOA 区块水平井斜井段所钻遇地层为第三系的ORTEGUAZA、TIYUYACU、TENA 和白垩系的 NAPO 层位。1. 井壁稳定问题ORTEGUAZA 层位页岩和煤层防塌问题突出。由于页岩和煤层裂缝发育, 脆性大、强度低, 裂缝相互交叉切割, 形成复杂的裂缝系统使煤层有易碎的特点, 容易坍塌造成井下复杂事故。同区块前期 JOHANNA-11 井由于煤层坍塌, 造成卡钻, 被迫侧钻;同时入窗段 NAPO 层位存在硬脆性页岩坍塌的问题, 并且 TIYUYACU 砾石层本身结构松散, 井眼缩径严重, 易发生卡钻事故1-6。2. 砾石层问题该区块 TIYUYACU 砾石层硬度大, 分布不均, 可钻性差, 在进入砾石层后多采取相对保守的钻进参数, 把钻压、排量、钻具转速等适当降低, 防止钻头过度磨损。即使这样也不能保证一个钻头能钻穿, 严重影响建井周期。3. 起下钻下套管遇阻在钻穿砾石层后, 起下钻通井、下套管遇阻甚至卡钻是该段存在的主要问题, 同时也是全井段最难解决的问题, 因此, 解决砾石层遇阻问题成为该区块钻井液核心技术。4. 钻头泥包和托压问题由于入窗前井段 TIYUYACU、TENA 等层位都存在软泥岩, 易于水化分散, 使井眼内泥质或固相含量大增, 滑动钻进中易吸附于钻头表面造成钻头泥包。井壁上形成岩屑床, 或钻井液中劣质固相不能及时清除而引起的钻井液黏度过高、滤饼粗糙, 摩阻大所造成滑动托压问题7。5. 润滑性问题斜井段简化井身结构后, 斜井段长度达到 1 700 多米, 地层的多样性易造成摩阻高、大扭矩, 因此, 钻井液需有极高的润滑性。6. 环保问题厄瓜多尔环保苛刻, 废钻屑处理必须符合厄瓜多尔政府环保要求, 否则将受到严厉处罚。二、技术思路与对策研究1. 体系配方确定选用有机胺类抑制剂 (G319) 作为主抑制剂, 通过有机页岩抑制剂分子吸附在黏土的表面, 与水分子竞争黏土的活性来降低黏土膨胀;利用聚合醇类的浊点效应在地层孔隙形成一层高效的隔离膜;再复配不同粒径的封堵剂;在井壁外围形成一层保护层, 阻碍水或钻井液渗入地层中, 有效抑制地层水化膨胀, 封堵地层层理或微裂缝, 防止井壁坍塌8。利用有机胺类和聚合醇类处理剂为基本组分, 再选取对环境友好钻井液材料, 进行常温、高温条件下的一系列的配方优选试验, 最后得出了 GAP 钻井液体系的基本配方如下:0.2%0.3%提切剂+0.2%絮凝类抑制剂+0.3%0.5%降滤失剂+0.1%0.2%稀释剂+0.5%1.5%有机胺类抑制剂 (G319) +0.2%Na OH+0.3%0.5%聚合醇类抑制剂+0.5%钻头清洁剂+0.5%1%润滑剂 (DFL) +不同粒径的封堵剂, 基本配方性能范围见表 1。表 1 GAP 钻井液性能参数范围 下载原表 在上述配方基础上, 用如下配方做室内评价试验:0.3%提切剂+0.2%絮凝类抑制剂+0.4%降滤失剂+0.2%稀释剂+0.2%Na OH+1.0%有机胺类抑制剂 (G319) +0.5%聚合醇类抑制剂+0.5%钻头清洁剂+不同粒径的封堵剂。测得性能参数:密度 1.20 g/cm, 表观黏度 (AV) 27 m Pa·s, 塑性黏度为 (PV) 15 m Pa·s, 屈服值 12 Pa, API 失水为 5 m L, p H 值为 9, 初切/终切之比为3/5。2. 体系抑制性能评价由表 2 的结果可以看出, G319 加量到 1.5%以后如再继续提高加量, 岩屑的回收率提高幅度很低, 即加量过高后其效果不明显, 因此确定 G319 加量为 1%1.5%之间。表 2 体系抑制能力评价 下载原表 3. 钢棒黏附实验取当地 TUYUYACU 层位造浆性强的岩屑, 烘干, 碾碎, 备用。用基浆+1.5%G319和清水做钢棒黏附对比实验, 在这两种样品中各加入 8%的已制备好的岩屑, 充分搅拌后, 分别倒入两个高温陈化釜, 然后在陈化釜中再分别放入一个同样钢棒, 在 100的条件下热滚 16 h 候后取出。钢棒取出后发现, 在水样中的钢棒外表黏附了一层厚厚的滤饼, 而在基浆+1.5%G319 样中的钢棒外表清洁, 验证了 GAP 钻井液具有较强的页岩抑制能力。4. 体系润滑性评价采用上述钻井液配方, 改变润滑剂的加量, 使用极压润滑仪, 对体系的润滑性进行了评价。由实验结果看出, 摩阻系数随润滑剂 DFL 加量的增加而降低, 加量超过 1.5%后趋于稳定。摩阻系数低于 0.01, 能够满足大斜度井段润滑减阻的要求。三、现场应用1. JOHANNA10H 现场施工概况JOHANNA10H 是厄瓜多尔 TARAPOA 区块第一口三开井身结构水平井, 该井于 2016年 4 月 25 日采用311 mm 钻头从 1 505 m 开始二开斜井段钻进, 先后钻遇ORTEGUAZA、TIYUYACU、TENA、和 NAPO 层位, 于 5 月 1 日顺利入窗, 入窗井深3 133 m, 5 月 2 日将244.4 mm 技术套管顺利下到 3 133 m。在 TIYUYACU 砾石层、ORTEGUAZA 泥页岩和煤层、TENA 页岩层, 主要通过添加聚合醇类处理剂、30 目的石灰石、200 目的石灰石和 325 目的石灰石, 形成钻井液的封堵网状结构, 再通过添加 PAC-LV 降低失水, 改善滤饼质量, 进一步提高钻井液架桥和防塌能力;在 Tiyuyacu 和 TENA 泥岩层, 加大有机胺类抑制剂G319 和清洁剂 PPC 的加量, 增强钻井液的抑制能力, 改善钻井液流变性。同时, 定期使用超级纤维进行清扫井眼, 使得性能一直保持稳定:密度 1.101.21 g/cm, FV 4065 s, API FL46 m L, 滤饼 0.20.3 mm, p H 89, 含砂量小于0.3%, PV 1325 m Pa·s, YP 820 Pa, 滤饼摩阻系数小于 0.07。该井斜井段采用 1.2