KCL聚合物钻井液在储气库井的应用

KCL聚合物钻井液在储气库井的应用

胡围焱 

中国石油集团渤海钻探第二钻井工程分公司

摘要：苏桥储气库井采用四开井身结构，钻遇地层多，地质复杂。针对苏4储气库井不同地层特点以及二、三开难点，采用KCL聚合物钻井液体系的配方，有效的解决了二开井段地层易造浆、缩径；三开井段井壁不稳定，易出现剥落破碎性垮塌的难题。现场施工对比发现，通过优化钻具组合，提高钻头转速，优选KCL聚合物钻井液机械钻速较同井聚合物钻井液提速30%以上。

关键词：KCL聚合物钻井液；维护减排；开次一趟钻；

前言：加快苏4储气库扩容达产工程建设，提高工作气量，增强调峰保供能力。

1．地层特点

1.1 地层构造

位于冀中坳陷霸县凹陷东侧，苏桥潜山带中段。此间断裂极为发育，北东向主断裂将基底构造层切割成三个潜山带和两个地堑带。苏 4 潜山钻遇地层自上而下为新生界第四系和第三系、中生界侏罗系、上古生界石炭 系~二叠系、下古生界奥陶系。其中下古生界奥陶系为该潜山气藏的产层，上古生界石炭系~二叠系为气藏的盖层。

1.2地层压力系数：根据邻井实钻情况分析

表1.苏4K-9X井压力预测表

1.3工程概况

苏4断块已钻储气库定向井，均为四开完井。井身结构为一开用D660mm钻头，钻深215~354m，下入508mm套管；二开用D374.6mm钻头，苏4储气库定向井钻深3402m，下入273.1mm套管；三开用D241.3mm钻头，钻至进潜山2~3m，下入177.8mm套管；四开用D149.2mm钻头，下入114.3mm尾管+筛管完井。

2．施工难点

2.1一开井眼尺寸大，上部流沙层易坍塌，环空返速低，携岩困难。

2.2二开374.6mm井眼尺寸大，环空返速低，携砂困难，常规聚合物钻井液体系抗膏泥岩污染能力弱，性能不易控制，排放量大。在大井眼斜井段下大尺寸技术套管，管串刚性强，下入难度大，且套管扶正器加入数量多，循环阻力增大，薄弱地层承压能力低，固井风险高。

2.4三开井段地层压实性好，砂砾岩可钻性差，致使钻井速度上不去。同时存在断层、断点多泥岩、泥页岩易垮塌、易漏。石炭二叠系：下部以煤层为主夹灰色泥岩灰白色砂岩及灰色灰岩、底部少量灰岩及铝土岩，易发生漏失、掉块、垮塌，易卡。

    2.5 四开（Ф149.2mm）小井眼特点是环空间隙小，压耗大。灰岩裂缝发育，易发生井下漏失。奥陶系地层灰岩、白云岩地层复杂，卡钻风险高。进入潜山奥陶系有漏喷转换的风险。同时四开裸眼段地层易出现不规则井眼，造成完井电测易出现遇阻卡复杂。

3.KCL聚合物钻井液体系在储气库井的应用

一开采用膨润土浆开钻，二、三开采用KCL聚合物钻井液体系，四开采用抗高温低固相钻井液体系。

4.1 二开维护过程

4.1.1二开钻水泥塞前，地面预留60～80m³一开老浆，使用原井浆钻塞。

4.1.2二开采用KCL钻井液体系配方为：4%膨润土+8%KCL+0.3～0.6%FA367+0.6～1%铵盐+0.3～0.7%PAC-LV+1～2%KJAN+1～1.5%SMP-2+1～2%DRF（或低荧光润滑剂），用重晶石粉提密度至设计要求。

4.1.3维护配方：0.3%NaOH+0.5%铵盐+ 0.5%大分子+8～10%KCL。

5.1.4馆陶组棕红色泥岩里含有大量石膏，要监测钙离子，并在胶液中加入适量纯碱。

4.1.5东营组前，维护粘度40s左右,密度1.13～1.15g/cm³,  pH值＞9。

4.1.6进入东营组，保持钻井液大分子含量在0.5%以上，防紫红色泥岩分散造浆。开始加入PAC-LV降滤失剂，逐渐控制失水。

4.1.7进入沙河街之前提高密度，同时加入1%KJAN和1%SMP-2防塌降滤失剂，提高泥浆的防塌能力，改善泥饼质量，确保井眼稳定。

4.1.8在定向过程中，加入适量液体润滑剂和石墨。

4.1.9沙河街底部，底砾岩以及玄武岩都有可能出现，加入KJAN，LK-4，SMP-2增加泥浆的防塌防垮能力，同时可以跟入定量的DSP-2，提高泥浆的抗高温性。

4.1.10用好固控设备，振动筛筛布目数不低于200目。

4.2三开：KCL聚合物体系

4.2.1三开主要目的是揭开潜山，并将Φ177.8mm套管准确的坐入潜山2～3m进行固井，封住上部地层，为采用低密度钻井液钻进潜山地层打下基础。

4.2.2预计沙河街组下部钻遇灰黑色玄武岩夹少量泥质粉砂岩、含砾砂岩、砾岩地层，可钻性差，机速低，注意防垮塌、防漏。石炭二叠系：下部以煤层为主夹灰色泥岩灰白色砂岩及灰色灰岩、底部少量灰岩及铝土岩，易发生漏失、掉块、垮塌，易卡。三开钻井液体系配方为：4%膨润土+6-8%KCL+0.3～0.6%FA-367/IND30+0.6-1%NPAN+0.3-0.5%SO-1+0.5-1%DSP-2+1%PAC-LV+2%SMP-2+1%SN树脂+1.5%KJAN+2%液体润滑剂，用重晶石粉提密度至设计要求。

4.2.3沙河街中下部地层主要为硬脆性泥岩，以防垮塌为主。防垮主要有两方面的措施，第一，提高密度到设计值，保证液柱测压力对井壁的支撑作用；第二，保证API失水控制在3ml以内，控制高温高压在10ml以内，使用SMP-2、KJAN等防塌剂增强钻井液的封堵造壁能力，确保井壁稳定。

4.2.4在定向时，随着井斜的增加，钻井液中的固相颗粒因偏心力的作用而向下井壁沉降产生岩屑床，给清洁井眼和钻屑输送带来困难，应该保证以下几点来提高井眼的清洁效率：

1）尽可能提高流速，有利于改善钻屑的清除效率。

2)在层流条件下，提高动速比有利于清除钻屑；紊流加短程起下钻也有利于清洁井眼和携岩。

3)纤维携屑剂携岩，客服或减缓岩屑的沉降速度。

4.2.5在煤层钻进时，采取打一退二原则，维持泥浆性能粘度高于120s，密度不低于1.39g/cm3,加入随钻堵漏单封一吨。

4.3 四开：低固相钻井液体系

4.3.1四开的主要难点就是小井眼特点是环空间隙小，压耗大。灰岩裂缝发育，易发生井下漏失。对井下工具及钻井液材料抗温要求高，由于环空间隙小，钻井液悬浮屑岩，润滑防卡能力要求高。

4.3.2在侯凝期间，彻底清理泥浆罐及管线，配置四开低固相钻井液，配方：   2～4%膨润土+ 0.1～0.2%NaOH+0.08%Na2CO3+1～2% DSP-2+ 1～2% SO-1+0.3～0.8%IND30+ 0.5～1%NPAN + 1%LK-4+1～2%PAC-HV+0.1～0.3%BH-HFL-1 在地面循环罐中按以上比例配制好钻井液，将井内三开替出，循环均匀。配制 30～50m3预水化膨润土浆备用。

4.3.3钻进过程中，选择合适钻井液密度，将四级固控设备全部运转起来，最大限度除去有害固相，清洁钻井液。钻至设计井深后，充分循环将钻屑循环干净，电测起钻前在井底位置泵入防塌和润滑性较好的封闭浆，保证电测等完井作业顺利进行。

4. KCl聚合物钻井液体系在储气库井的应用效果

1）KCl聚合物钻井液体系中的高矿化度有效抑制了地层造浆；优良的造壁、封堵能力，抑制了地层的水敏性垮塌，井壁稳定；滤失小，滤饼质量好，摩阻小，稳斜钻进时托压现象少；井径规则，糖葫芦井眼少，起下钻、电测顺利。

2）邻井使用聚合物钻井液体系时排放量巨大，当使用了KCl聚合物钻井液体系后，几乎达到了零排放。避免了二开三开之间的体系转换，节约了时效。

5.结论与认识

1.苏4K储气库井应用KCL聚合物钻井液保证了钻井液的清洁干净，加足大分子抑制剂，使钻井液含砂量控制在0.3%以内，坂土含量控制在设计范围内。

2.按照地层岩性特征合理的选择钻井液体系是本井能高效、高质的完成前提。有效地解决了苏桥储气库井地层易缩径、易垮塌、易漏井段高温下钻井液变性导致井眼携岩困难，易垮塌现象，保障了潜山深井的安全施工，有效解决了储气库井抗温、防塌难，高温稳定能力差的技术瓶颈，为提高市场竞争力打下夯实的基础。

4.通过苏4断块井漏风险评估与对策研究，保障了潜山界面井壁稳定，预防控制煤层垮塌井漏、奥陶系井漏、漏溢转换等问题，是该区块提速增效的关键。

5.储气库盖层保障措施技术优化，有效提升了三开盖层固井质量和优质率的提高。