儲氣庫鉆井液工藝技術(shù)

儲氣庫鉆井液工藝技術(shù)黃達全為了滿足北京天然氣用氣調(diào)峰的需要，北京華油天然氣有限公司從二000年開始在大港油田板橋地區(qū)利用枯竭氣田建設(shè)地下儲氣庫，我公司參加了地下儲氣庫建設(shè)鉆井工程服務(wù)中全過程的鉆井液技術(shù)服務(wù)工作。二00四年為了適應(yīng)江蘇鹽隙儲氣庫地質(zhì)條件和環(huán)保要求，我們還開展了欠飽和鹽水鉆井液體系的配方研究和完井后廢棄鉆井液無害化處理實驗研究，取得了研究成果。一、大港油田地下儲氣庫鉆井液技術(shù)總結(jié)從二000年到二00五年，我公司累計完成了25口井的鉆井液技術(shù)服務(wù)，分別位于四座儲氣庫，其中第一儲氣庫8口井，平均井深2778.38m，第二儲氣庫3口井，平均井深2365.67m，第三儲氣庫10口井，平均井深3052.6m，第四儲氣庫4口井，平均井深3316.5m。在所完成井中除庫6井為直井外，其余均為定向井，最大井斜達到43.63度，井底位移達到1843.78m，其綜合情況統(tǒng)計見下表。2000-2005年儲氣庫完成井綜合統(tǒng)計 表1井號井型井深m井斜度井底位移m鉆井周期事故復雜完成時間備注庫12定向井289028820.8028d無2000年三開庫11定向井279526.5488.9529d3h無三開庫5定向井275328468.3215d22h無二開庫7定向井277927428.2915d16h無二開庫6直井267518d12h無二開庫2定向井285029.2742.1828d10h無三開庫2-1定向井240524.92563.3223d無2001年三開庫2-2定向井236220.1937929d23h無三開庫2-4定向井233024142.9929d18h無三開庫3-2定向井291031.92315.823d8h無2003年二開庫3-3定向井294525.40557.4419d22h無二開庫3-1定向井290420.9238223d19h無二開庫13定向井271521.43139.3921d13無二開庫14定向井277032.97342.5720d17無二開庫3-8定向井299426.92664.5821d6h無2004年二開庫3-10定向井302226.781515d7h卡電纜二開庫3-9定向井288725.5243.3839d22h無二開庫3-7定向井309622.181153.9342d23h無二開庫4-1定向井339640.341657.4338d17.5h無2005三開庫4-3定向井344043.631843.7836d12.8h無三開庫4-4定向井328037.281604.7426d10.5h無三開庫4-2定向井315031.501245.0022d19h無三開庫3-13定向井336340.471582.8837d2h無三開庫3-14定向井333037.101560.9333d22.5h無三開庫3-15定向井307531.611001.1925d8h無三開1、地層特性大港油田地下儲氣庫位于大港油田板橋地區(qū)，是利用該地區(qū)枯竭天然氣構(gòu)造建設(shè)儲氣庫，從二000年至二00五年已建成四座地下儲氣庫，分別是板中斷塊大張坨儲氣庫、板876斷塊儲氣庫、板中區(qū)塊中北部儲氣庫和板中區(qū)塊南高點儲氣庫，其儲氣層位均為下第三系沙一下板II砂層，所鉆遇地層巖性及地層特性見下表。地質(zhì)分層及巖性描述 表2地質(zhì)年代地層分層(m)大概分層厚度(m)主要巖性描述故障提示第四系平原組320黃色粘土及散砂防塌上第三系明化鎮(zhèn)1180-1280棕紅色泥巖與淺灰色細砂巖，夾淺灰色泥質(zhì)砂巖，棕紅色砂質(zhì)泥巖防縮徑館陶組220-340淺灰色細砂巖、含礫不等粒砂巖、灰綠色泥巖、底部為雜色礫巖、細礫巖防卡防掉下第三系東營組350-400灰色泥巖夾淺灰色粉砂巖、局部細砂巖防卡沙一上100-200灰色泥巖夾淺灰色細砂巖防卡沙一中250-400大段灰色泥巖夾淺灰色細砂巖防漏沙一下130-150深灰色泥石與淺灰色細砂石、災(zāi)光細砂石互層防卡上表表明：板橋儲氣庫所鉆遇的地層主要包括明化鎮(zhèn)、館陶組、東營組和沙河街地層，其中明化鎮(zhèn)地層存在大段泥巖，成巖性較差，地層粘土容易水化，造漿性較強，易發(fā)生井眼縮徑；館陶組地層底部存在含礫砂巖，施工中容易發(fā)生井漏；沙河街地層中沙一段泥巖容易發(fā)生水化掉塊、坍塌，目的層孔隙壓力低，容易發(fā)生壓差卡鉆。2、鉆井液工藝技術(shù)依據(jù)上述地層特點，我們在一開井段采用般土漿或聚合物鉆井液，二開上部井段采用聚合物鉆井液，下部井段采用硅基防塌鉆井液，三開井段采用硅基防塌鉆井液，各井段鉆井液工藝技術(shù)措施概括如下。一開井段對于井深小于300m的正常表層套管，采用般土漿，井深大于300m的深表層套管，采用聚合物鉆井液。開鉆前在3#、4#罐中打入清水，通過混合漏斗加入膨潤土5000kg、純堿400kg，充分預(yù)水化后稀釋開鉆。鉆井液性能為：密度1.05g/cm3、粘度38—45s。在鉆進過程中，用清水和稀釋劑調(diào)整鉆井液粘切。鉆穿平原組地層后逐漸補充大鉀、胺鹽等聚合物處理劑，抑制明化鎮(zhèn)地層粘土造漿，同時用好固控設(shè)備，清除有害固相，保證施工安全。鉆完進尺后，大排量充分循環(huán)，然后根據(jù)施工情況進行短起下鉆，起鉆前用CMC配制稠鉆井液并替入井內(nèi)，保證電測順利，下套管前仍采取同樣措施，保證套管順利下入。二開井段本井段技術(shù)難點概括為：抑制地層造漿、搞好井眼凈化、防止井壁坍塌，因此，館陶組以上井段采用聚合物鉆井液，館陶組以下井段采用硅基防塌鉆井液，技術(shù)措施概括為：二開前清除一號罐鉆井液及沉砂，加水補充鉆井液量，利用固控設(shè)備清除鉆井液中的有害固相，以降低鉆井液的固相含量。鉆井液的配制：基漿中按照配方加入足量大鉀、銨鹽進行預(yù)處理。然后在表套內(nèi)充分循環(huán)泥漿，控制性能為：密度1.05-1.08g/cm3、粘度35—38s、中壓失水20—10ml、泥餅＜1.0mm、切力0-0.5/0.5-1.0Pa、含砂0.2%、PH值8-10。二開鉆水泥塞時，加入適量純堿，清除鈣離子，防止水泥污染鉆井液。鉆進過程中，在平原組和明化鎮(zhèn)上部地層，加大K-PAM用量，保持鉆井液低粘度、低比重、低固相。根據(jù)鉆進情況及時補充聚合物，抑制地層造漿，保持鉆井液優(yōu)良的流變性能。聚合物以膠液的形式按1-2kg/m加入鉆井液，保證井下各種施工作業(yè)的正常進行。定向前混入原油，加入乳化劑，使鉆井液中的含油達到6%以上，以降低摩阻，提高鉆井液的潤滑性。為了預(yù)防井塌、改善泥餅質(zhì)量，適時補充KHm、SAS，保證井眼穩(wěn)定。隨著裸眼井段的增加，及時補充混入原油，降低泥餅?zāi)ψ柘禂?shù)，同時補充KHm、SAS，防止形成虛厚泥餅；根據(jù)井斜和位移調(diào)整鉆井液粘度、切力和流變參數(shù)，配合適時短起下鉆，保證泵排量等工程措施，防止卡鉆事故的發(fā)生。在館陶組地層中部或進入東營組地層后將鉆井液轉(zhuǎn)化為硅基防塌鉆井液，轉(zhuǎn)型前對鉆井液進行分析，做小型轉(zhuǎn)化實驗，依據(jù)實驗結(jié)果對井漿進行調(diào)整，然后按順序加入相應(yīng)的處理劑，調(diào)整好鉆井液性能。鉆進過程中及時補充處理劑，保證鉆井液性能穩(wěn)定。進入館陶組底部地層前加入單封等防漏材料，將鉆井液粘度提高到55-60s，從而提高鉆井液的防漏能力。在需要提高鉆井液密度時，提前調(diào)整好泥漿性能，同時避免加重過猛和起鉆前加重，防止卡鉆事故的發(fā)生。加重后及時補充原油等潤滑劑，以降低泥餅?zāi)Σ料禂?shù)(Kf<0.08)，保證井下施工安全。鉆完二開進尺前，調(diào)整鉆井液性能，完鉆后大排量循環(huán)清洗井眼，短起下鉆刮拉井壁，再充分循環(huán)，然后用SAS配稠鉆井液30m3左右，配合加入1%的塑料小球封定向井段，保證電測順利。電測完通井時，仍然保持電測時的鉆井液性能，充分循環(huán)洗井，開啟全部固控設(shè)備，徹底清除鉆井液中劣質(zhì)固相，保證套管順利下入和固井施工的正常進行。三開井段本井段技術(shù)工作重點是防漏、防塌、保護儲層，采用硅基防塌鉆井液，技術(shù)措施概括為。三開前清除一號罐內(nèi)沉砂，放掉部分鉆井液，對井漿進行取樣化驗，根據(jù)分析結(jié)果和小型實驗結(jié)果，確定方案，啟動固控設(shè)備，清除有害固相，并加水稀釋，然后按配方順序加入處理劑，將其轉(zhuǎn)化為硅基防塌鉆井液，調(diào)整鉆井液性能，達到設(shè)計要求。鉆進時根據(jù)實際情況不定期地補充硅穩(wěn)定劑、硅稀釋劑、防塌劑、磺化瀝青等處理劑，用好固控設(shè)備，保持低固相含量。進入砂河街地層后，加大防塌劑用量，使鉆井液中KHm、SAS含量保持在2%以上。鉆進時按上述加量補充各種處理劑，保證鉆井液性能穩(wěn)定，以利于攜砂和井下安全。隨著井深的增加，適時補充原油和潤滑劑，控制摩阻系數(shù)小于0.08，以增強井壁的潤滑性能，確保起下鉆和定向施工的順利進行。井深3000m后，必須加入抗高溫材料(SMP)，降低鉆井液高溫高壓失水，防止鉆井液高溫增稠，提高其高溫穩(wěn)定性。在正常鉆進中，保證泵排量大于30l/s，配合短起下鉆，及時清除巖屑床，保證井眼暢通，確保井下安全。在進入油氣層前100m調(diào)整好鉆井液性能，嚴格控制鉆井液的API濾失量(<5ml)，HTHP濾失量(<12ml),降低鉆井液的有害固相含量，然后加入足量復合油溶暫堵劑，保護好油氣層。在進入油層后，加強坐崗，控制鉆井液密度走設(shè)計低限，如果需要提高密度，首先補充單封，控制加重速度，防止目的層井段發(fā)生井漏。完井電測前加入適量SAS，提前調(diào)整好了鉆井液性能，完鉆后起鉆通井，下鉆到底充分循環(huán)至振動篩無砂，再在4#罐配封閉液，加入1%塑料小球封閉斜井段后起鉆電測，保證電測順利。（10）電測完通井時，仍然保持電測時的鉆井液性能，充分循環(huán)洗井，開啟全部固控設(shè)備，徹底清除鉆井液中的劣質(zhì)固相，保證套管順利下入。4） 油氣層保護措施儲氣庫建設(shè)的目的是先注后采，儲層的保護就非常重要，要求鉆井液具有良好的儲層保護功能，阻止和減少固、液相侵入儲層孔隙通道，損害儲層，因此，在施工過程中我們主要采取以下措施保護儲層：（1） 進入目的層前50-100m，鉆井液中按設(shè)計加足儲層保護劑一復合油溶暫堵劑，達到保護目的層的要求。（2） 用SAS、SMP等改善濾餅質(zhì)量，嚴格控制鉆井液濾失量，減少濾液侵入儲層。（3） 使用好固控設(shè)備，尤其是高目震動篩和離心機，及時清除有害固相，控制含砂量，降低般土含量，保持低密度近平衡鉆進，盡量減少有害固相侵入目的層。（4） 保持良好的鉆井液性能，確保鉆進、起下鉆、電測、下套管、固井等各項施工作業(yè)順利進行，縮短鉆井液對目的層的浸泡時間。（5） 控制起下鉆速度，減少抽吸壓力和壓力激動，防止井漏污染目的層，從而達到保護目的層。5） 完井雙級固井措施由于儲氣庫井在其生產(chǎn)運行中需要進行頻繁的注采氣作業(yè)，對固井質(zhì)量要求非常高，加之封固井段長，因此，25口井均采用雙節(jié)注固井。因第一節(jié)固井水泥環(huán)必須與第二節(jié)固井水泥環(huán)相連，要求第一節(jié)固井時水泥漿返到分級箍之上的環(huán)空內(nèi)，然后打開分節(jié)箍將這部分水泥漿替出，這必然造成水泥漿對鉆井液的接觸污染。為了配合搞好固井施工，我們采取了以下措施。（1） 套管下入后對鉆井液進行處理，降低粘度和固相，提高其抗水泥污染能力。在注水泥漿過程中對循環(huán)罐內(nèi)鉆井液進行特別處理，進一步增強其抗水泥污染能力。（2） 第一節(jié)固井注水泥漿完成后，在頂替作業(yè)時，在分節(jié)箍附近注入6m3具有除鈣功能的無固相膠液，用于打開循環(huán)孔后隔離鉆井液和水泥漿，同時清洗井壁殘留水泥漿。（3） 循環(huán)頂替水泥漿時，在振動篩處加密測量密度，及時排放水泥漿和受污染的鉆井液。（4） 完成第一節(jié)固井后，立即調(diào)整鉆井液性能，做好二節(jié)固井準備，并在一節(jié)固井候凝時罐準備密度為1.50g/cm3的鉆井液40m3，以降低二節(jié)固井時的頂替壓力。3、實施效果分析針對不同的地層井段選用了與地層特性相適應(yīng)的鉆井液體系，采取了針對性的技術(shù)措施，較好地解決了井眼凈化、井壁穩(wěn)定和潤滑防卡等問題，有效地保證了各種施工作業(yè)的順利進行，在25口井的施工中，除庫3-10井在完井電測時發(fā)生一次卡電纜事故外，其余井均沒有發(fā)生任何事故和復雜。這說明所選鉆井液體系適合該地區(qū)地層特性，所采取措施具有較強的針對性。1）抑制防塌效果在上部井段施工中采用聚合物鉆井液體系，由于大小分子聚合物配比合理，有效地抑制了明化鎮(zhèn)地層造漿，在該井段鉆進中鉆井液粘度變化不大，起下鉆無阻卡，拉力正常，說明該鉆井液體系較好地解決了明化鎮(zhèn)泥巖縮徑問題。在下部地層井段采用了具有良好的穩(wěn)定性和剪切稀釋性的硅基防塌鉆井液，能夠在粘度較低的情況下懸浮巖屑，確保了定向、電測、下套管等各項施工的順利進行，每次下鉆能順利到底，循環(huán)返出巖屑代表性強，無掉塊，這說明了該鉆井液體系具有良好的井壁穩(wěn)定效果，適合于該地層。25口井平均井徑擴大率僅為8.74%，這表明我們所選擇的鉆井液體系抑制防塌效果好。2） 井眼凈化效果在鉆井施工中，根據(jù)實際情況及時調(diào)整鉆井液的粘度、切力和流變性能，在井斜大于30度的井施工中控制動塑比為0.35-0.50Pa/mPa.s，下部井段粘度大于45s；控制泵排量，在鉆頭直徑大于等于①374.6mm的井眼中，保證泵排量大于55l/s，在鉆頭直徑為①241.3mm井段，控制泵排量大于30l/s，實現(xiàn)紊流攜砂。鉆進時適時進行短起下作業(yè)，及時破壞巖屑床，開啟全部固控設(shè)備，及時清除鉆井液中的有害固相，保證入井鉆井液清潔。通過上述措施的綜合應(yīng)用，保持了鉆井液性能的穩(wěn)定，始終控制鉆井液含砂量小于0.3%，起下鉆和下套管無阻卡現(xiàn)象，中完電測成功率為84%，完井電測成功率達到92%，這說明井眼凈化效果較好。3） 潤滑防卡效果在我們所服務(wù)的25口儲氣庫井中，24口為定向井，最大井斜達到43.63度，井底位移達到1843.78m，因此，在鉆進中及時混入原油，加入潤滑劑，補充磺化瀝青，以改善泥餅質(zhì)量，嚴格控制泥餅?zāi)ψ柘禂?shù)小于0.08，保證了定向、電測、下套管等各項施工的正常進行，25口井在鉆井施工過程中未發(fā)生任何事故與復雜。這表明鉆井液潤滑性滿足了鉆井施工的需要，具有較強的潤滑防卡特性。二、欠飽和鉆井液體系及固化實驗研究1、欠飽和鉆井液體系研究為了滿足江蘇鹽隙儲氣庫鉆井施工需要，我們于2004年開展了用于鹽層鉆井的鉆井液體系研究。由于對當?shù)氐貙忧闆r不了解，我們初步設(shè)計了兩套鉆井液方案，如果技套下到巖層頂部，則上部地層井段采用普通聚合物鉆井液，下入技套后再轉(zhuǎn)化為欠飽和鹽水鉆井液;如果僅下深表層套管，然后直接鉆進到目的層完井，則用抗鹽般土直接配制欠飽和鹽水鉆井液。1）聚合物鉆井液轉(zhuǎn)化為欠飽和鹽水鉆井液研究為了模擬現(xiàn)場井漿，我們首先配制密度為1.05g/cm3的般土漿，然后在般土漿中加入PAC141、SMP-II、提粘降濾失劑等處理劑，調(diào)整鉆井液性能，再與飽和鹽水按2：3進行混合稀釋后，最后以石灰石粉加重，補充相應(yīng)處理劑，調(diào)整鉆井液性能。實驗結(jié)果如下表。轉(zhuǎn)化欠飽和鹽水鉆井液配方實驗 表3密度g/cm3漏斗粘度sAPI失水ml/mmGELPaAVmPa.sPVmPa.sYPPa備注1#：般土漿：飽和鹽水=2：3+0.4%PAC141+1.5%PAC+3%SMP-II+3%CaCO。1.17314.8/0.21/1.5403552#：般土漿：飽和鹽水=2：3+0.5%PAC141+1.5%PAC+3%KHm+3%CaCO。1.17358/0.21/1.546.5406.53#：般土漿：飽和鹽水=2：3+0.8%CMC+1%抗鹽II型降失水劑+3%KHm+3%CaCO。1.17478.2/0.21/2.56751164#：般土漿：飽和鹽水=2：3+1.5%淀粉+0.3%XC+4%KHm+3%CaCOo1.17286.4/0.24/5362412上表中1#配方鉆井液綜合性能最優(yōu)，4#配方抗溫性能較差，2#配方濾失量偏高，但能滿足鉆井施工的需要，綜合考慮成本因素，確定現(xiàn)場施工時采用2#配方。2）抗鹽般土配欠飽和鹽水鉆井液研究在欠飽和鹽水中加入4%的抗鹽般土，高速攪拌20分鐘后形成實驗基漿，然后再加入不同的處理劑，調(diào)整鉆井液性能，實驗結(jié)果見下表。

抗鹽般土欠飽和鹽水鉆井液配方實驗 表4密度g/cm3漏斗粘度sAPI失水ml/mmGELPaAVmPa.sPVmPa.sYPPa備注1#：4%抗鹽般土漿+0.4%PAC141+1%PAC+3%SMP-II+3%CaCO。1.16476.4/0.21.5/36146152#：4%抗鹽般土漿+0.8%CMC+1%抗鹽II型降失水劑+3%KHm+3%CaCO 2 1.16438/0.21.5/25339143#：4%抗鹽般土漿+2.0%改性淀粉+0.3%XC+4%KHm+3%CaCO 2 1.16409.2/0.24/7514110上表表明：1#配方粘度偏高，其它性能最優(yōu)，3#配方抗溫性較差，2#配方性能較好。如果井溫低于100°C，建議采用2#配方；如果井溫高于100°C，則選用1#配方。2、廢鉆井液固化實驗研究由于沒有現(xiàn)場井漿，因此，實驗用漿為室內(nèi)配制。按前述實驗配方配制欠飽和鉆井液，使鉆井液性能達到要求后，為了模擬現(xiàn)場廢棄鉆井液條件，加入巖心粉污染，其性能見下表。欠飽和鹽水漿及加入巖心粉污染后井漿性能 表5密度g/cm3漏斗粘度sAPI失水ml/mmPH值e600e300切力Pa固相％般含％1#基漿1.22336.4/1.0880542/4162.111#+10%Nm巖心粉1.284715.6/1.082#1.2340.28.0/1.09114632/3.52#+10%Nm巖心粉1.284811.8/1.093#1.2435.510/1.0690501/1.53#+10%Nm巖心粉1.28378.4/1.063#+15%Nm巖心粉448.8/1.063.1由上表可以判斷，體系加入15%巖心粉后，般含達到3.1%，固相含量基本達到20%，且失水基本保持不變，滿足固化條件要求。因此，固化用欠飽和鹽水漿配方為：1.05g/cm3般土漿+0.4%PAC141+30%NaCL+1.5%CMC+3%KHm+15%血巖心粉。在15%Nm巖心粉污染后的鹽水漿（以下由A