于培志-2009年泥浆会--中石化钻井液技术难题

中国石化石油工程技术研究院中国石化主要探区技术难题及钻井液技术新进展中国石化集团石油工程技术研究院2009.11汇报人:于培志中国石化石油工程技术研究院2009年度，为了进一步推进科技进步和管理创新，中石化加大机构改革力度，成立了”石油工程技术研究院”,科研能力和技术水平不断提高，勘探开发保障能力得到加强。随着勘探程度的逐步加深，石油工程技术还面临着诸多的难题与挑战，特别是西南和西部探区的优快钻井技术已经成为制约勘探效率的瓶颈，进一步提高钻井液技术水平、满足勘探需求是我们努力的方向。前言中国石化石油工程技术研究院汇报内容中石化主要探区技术难题2009年度钻井液技术新进展主要技术需求及攻关方向中国石化石油工程技术研究院中国石化在全国占有探矿权区块334个，面积96.5万平方千米，占全国设置探矿权面积的22.8%。主要分布在东部、西部和南方三大区域。一、中国石化主要探区技术难题中国石化石油工程技术研究院中石化探区分为三大块,其地质特点如下：地区类别探明（亿吨/亿方）占中石化比例（%）08年产量（万吨/亿方）占中石化比例（%）备注东部石油61.4486.2348683.4西部石油9.513.469416.6年均增产60万吨天然气4261.53231.3537.7南方天然气670850.52732.5“十一五”末年产量76亿方东部探区主要为陆相断陷盆地，以石油为主；西部探区为中古生界大型叠合盆地，油气均比较丰富；南方探区为中古生界大型叠合盆地，以气为主。中国石化石油工程技术研究院（一）西部技术难题1、地质特性主要包括：塔里木盆地、准噶尔盆地和河西走廊地区。目的层埋藏深,含油气层系多，地层层系多，同一裸眼段孔隙压力、破裂压力相近，高低压并存地质条件极为复杂，泥页岩含量高，溶洞、裂缝发育山前构造倾角大，且变化无常复杂情况下油层保护困难中国石化石油工程技术研究院2、技术难题董1井三开的地层压力系数高达1.96，而钻井液密度设计为1.19g/cm3，导致钻进到4871.16m，发生严重井涌。地层压力分布规律性差，预测、监测、检测困难；同一井眼内存在多套压力体系，并且变化幅度大，低压地层压力系数小于1.0，高压地层压力系数高达2.0以上。很难确定合理的井身结构。探井更增加难度。(1)地层复杂，压力预测不准确，井身结构难以合理确定BK1BK2巴楚组压力系数1.97多套压力系统并存中国石化石油工程技术研究院YQ6井在钻至7021m时井斜超标达到15.98°塔深1井五开7358m已钻井眼最大井斜达到了13.21°(2)山前高陡构造、地层倾角大、易井斜，防斜打直困难大地层倾角大，倾角高达30°～80°之间，易发生井斜，井身质量控制困难如在新疆的桑株1井，最大地层倾角达到83°，历时734天才钻至完钻井深6820m。桑参1井钻至井深1000m时最大井斜已达24°，被迫两次填井侧钻，最后报废。中国石化石油工程技术研究院(3)部分地区上部大尺寸井眼和深部小井眼机械钻速偏低在上部大尺寸井眼和深部小尺寸井眼，受设备、钻头、井下工具等限制，钻井速度偏低。桑株1井全井机械钻速0.69m/h,秋南1井全井机械钻速0.95m/h.中国石化石油工程技术研究院(4)巨厚复合盐层，欠压实含盐泥岩，存在高压、超高压盐水层深层盐膏层钻井是深井钻井的难题之一，塔里木寒武系的盐膏层，埋藏深、厚度大、层间变化大，变形蠕变严重，易造成缩径卡钻。和田1盐膏层6444～6760m蠕变速度很快。钻井时，下钻在盐膏层划眼到底，12小时后起钻时，仍然要倒划眼；五开用Ф149.2mm钻头从钻至6444米由于盐膏层的蠕动缩径，起下钻异常艰难，盐膏层蠕变速率难以掌握。中国石化石油工程技术研究院(5)井壁稳定性差，容易造成井下复杂地层泥页岩含量高，微裂缝发育，易水化分散造成井壁失稳和井下复杂，火成岩层段井壁稳定性更差。秋南1井在钻至井深6405米，井壁缩经严重蹩停顶驱，重复划眼无效果，将钻井液密度提到2.25g/cm3，井内恢复正常；准噶尔盆地的新1井,凝灰岩破碎带地层坍塌严重，多次发生卡钻事故，损失时间2813.67h，占全部钻井时间的44.07%。在2077.33m处实施第二次侧钻，全井采用粘度200s以上钻井液钻进，才钻完进尺。中国石化石油工程技术研究院准噶尔盆地腹部中部3区块，地层不稳定，故障多发：永2、永3、永7、永9等多口深井在白垩系吐谷鲁群因为井壁坍塌而出现过卡钻事故。永3井在井深5448m～5746.60m，发生三次卡钻，永2井在井深5012.20m～5080.88m发生两次卡钻，且均在钻头位置附近。中国石化石油工程技术研究院(6)碳酸盐岩裂缝、溶洞发育，漏失严重塔深1井6194-6337m，发生严重井漏，平均漏速由24.51m3/h↗72.4m3/h↗有进无出.组织4次强钻8次堵漏，实现了顶漏钻进；固井前进行承压堵漏四次,获得成功.累计漏失泥浆5648m3.S88井，钻至井深5623.53-5625.56m发生井漏，漏速20.0m3/h，停泵观察，漏速18m3/h，先后进行11次堵漏，均未能达到预计的堵漏效果，堵漏以失败而告终；最后采取强行钻进，下套管封闭溶洞性漏失层；共计漏失钻井液及堵漏剂2740m3.中国石化石油工程技术研究院多层系气藏叠置：蓬莱镇组、遂宁组、沙溪庙组(400～2800m）、须家河组（4000～6000m)低孔低渗（孔隙度：2～13%渗透率：0.004～4×10-3um2），岩性多变气藏类型：浅层以孔隙气藏为主，深层以裂缝气藏为主；气水关系复杂，无统一气水界面地层非均质性强，敏感性强多压力系统，存在异常高压段（中浅层压力系数：0.9～1.7须家河压力系数：1.6～2.15）须家河厚度大（＞2000m），超致密，可钻性差；破裂压力高1、地质特征（二）四川盆地及周缘技术难题川西地区—新场、洛带、马井、大邑等中国石化石油工程技术研究院2、技术难题尤其是川西和元坝地区，地层研磨性强，可钻性差，可钻性级值5-8级岩性多变，岩石坚硬，软硬交错，裸眼段长，易造成键槽钻井速度低川西北地区红参1井、川东北地区河坝1井等井机械钻速均在1.0m/h以下，钻井周期均在一年以上；(1)钻井速度低川西地区5000米左右的井深，钻井周期均在288天左右3393372882.31.801.5606年07年08年机械钻速(m/h)钻井周期(天)川西地区深井钻井速度、钻井周期统计图中国石化石油工程技术研究院陆相地层特点是砂泥岩交错变化大，砂岩石英含量高，胶结致密、硬度大、研磨性强，地层可钻性低，跳钻严重，不适应PDC钻头，钻井液密度高，机械钻速很低（须家河组平均只有0.54m/h），施工时间需要160天左右井号泥浆钻井段、/米段长/米机械钻速/米/小时泥浆钻施工时间/天元坝13419.56-5067.671648.110.94133.19元坝23791.50-4790.001291.300.68121.17元坝33521.24-4924.501403.260.57184.50元坝1013300.00-5186.001886.000.63269.14元坝1023308.39-4849.001540.610.72151.09元坝2043174.80-4836.801662.000.61225.19元坝273026.00-4500.001474.000.82105.10平均1557.900.69167.05陆相地层气体钻后泥浆钻数据中国石化石油工程技术研究院(2)地层压力体系多，压力异常在元坝1井预计地层压力系数在2.0左右。而实际完钻钻井液密度也没有超过1.75g/m3。官7井在二叠系阳新统钻遇了国内罕见的超高压气层和盐水层，气层压力系数高达2.80，盐水层的压力系数达2.67，钻井液密度达到3.0g/cm3以上才能压稳。元坝101井在钻进至井深4238m（自流井组）和4751m（须家河组）时，处理喷漏复杂时间达46天。中国石化石油工程技术研究院(3)裂缝发育，承压能力差，漏层多，漏失严重金鸡1井，在89～2000m井段，曾先后采用桥浆堵漏、随钻堵漏、水泥浆堵漏及泡沫泥浆防漏等方法施工103次，未达到封堵住漏层的目的，共漏失泥浆23383.8m3；清水53008.2m3。黑池1井，从井深2360～3401.5m，钻遇41个漏层，发生漏失79次，漏失钻井液3340m3。川东地区地下断层、裂缝、溶洞发育，井漏频繁，恶性漏失多，处理周期长，经济损失大。海相碳酸盐地层垂直型、大倾角型裂缝漏失、裂缝-孔隙漏失、溶洞漏失是川东地区钻井中常见问题，几乎每井必遇，堵漏频繁。中国石化石油工程技术研究院(4)井壁失稳、掉块严重川东地区上部地层多为砂泥岩剖面，砂泥岩中夹薄层页岩，钻进中容易发生水化膨胀，上部地层倾角普遍大，井眼容易发生力学不稳定，因此，该地区上部地层井眼容易失稳。河坝1井φ444.5mm，φ311.1mm井眼，井壁严重垮塌造成卡钻，处理过程中事故套事故，本起事故损失时间达105天之久。元坝3井掉块最大的达150mm×55mm×2.5mm中国石化石油工程技术研究院(5)深井高温、高压、高含硫的恶劣井况，影响钻井速度东地区的井大多数都比较深、气层压力都比较高、气层硫化氢含量都比较高，测量仪器难以使用，给钻井施工增加了难度，一定程度上影响了钻井速度。元坝2侧平1井先后由国内几家定向服务队伍进行定向服务，井深达到5950米后仪器都难以保证正常工作，造成井下复杂中国石化石油工程技术研究院汇报内容中石化主要探区技术难题2009年度钻井液技术新进展主要技术需求及攻关方向中国石化石油工程技术研究院一、2009年度钻井液技术新进展阳离子聚合物悬乳液体系氮气泡末钻井液技术无粘土相钻井液体系高温钻井液技术缅甸地区堵漏技术的应用中国石化石油工程技术研究院（一）阳离子聚合物悬乳液体系2008年，该体系在江苏油田的闵40-21、闵40-22、闵23-10、闵20-34、闵20-33、闵20-32等多口定向井开展了现场实验，均取得了较好的储层保护效果。2009年又针对三叠系、石炭系、二叠系易坍塌地层开展配方优选研究，并进一步在塔河油田TK141H，AT1-14X，AT11-7H，AT11-8H，TK7217H，GK8H，TK7-638H等水平井推广应用试验，取得了较好的应用效果。中国石化石油工程技术研究院（一）阳离子聚合物悬乳液体系TK141H井TK141H井是塔河油田第一口不混油水平井，该井设计井深4886.16m，完钻井深4906.01m，水平位移418.62m，水平段长165m。阳离子聚合物悬乳液体系在本水平井成功应用并顺利完钻。中国石化石油工程技术研究院水平段井径扩大率数据表序号井号水平段井径扩大率%1TK131H12.942TK133H11.983TK136H13.014TK137H11.65TK140H9.06平均扩大率11.72试验井TK141H9.60TK141H井（一）阳离子聚合物悬乳液体系中国石化石油工程技术研究院TK140H井和TK141H井钻井液使用效果对比井号TK140HTK141H钻井液体系聚磺混油阳离子悬乳液钻井液性能能够满足施工要求流变性更好摩阻系数0.04~0.060.03~0.05水平段钻具摩阻12-16吨6-10吨下套管最大摩阻15吨11吨水平段全烃背景值2-8%0.1-0.4%水平段荧光背景值8-10级3-4级水平段段井径扩大率6.7%5.8%试采情况清水诱喷无效，气举见产清水诱喷随即见产TK141H井（一）阳离子聚合物悬乳液体系中国石化石油工程技术研究院AT1-14X井AT1-14X井是目前塔河地区水平位移最长的定向井。该井三开定向段采用阳离子聚合物悬乳液钻井液体系，应用效果良好，同时创多项指标。⑴完成水平位移1100米，创塔河油田定向井水平位移最长纪录。⑵中靶精度最高：A点水平位移935.03米，靶心距6.85米；B点水平位移1100米，靶心距5.55米。⑶同类型井钻井周期最短，从355