logo
专注油气领域
与独立思考者同行

教你一招:在衰竭严重井中减少井壁失稳与钻井液漏失

 教你一招:在衰竭严重井中减少井壁失稳与钻井液漏失

在衰竭严重井中减少井壁失稳与钻井液漏失

来自丨JPT
作者丨大安

中国南海油气井的特点是衰竭严重以及窄密度窗口,这会造成严重漏失风险。足以维持井控要求的钻井液密度,通常会超过碎屑岩与煤层的破裂压力。因此,作业者面临着两难选择,究竟是控制钻井液密度(MW)低于破裂压力以防止漏失,还是提供足够的密度以防止溢流。

Alpha油田位于马来西亚近海Sarawak盆地,水深约26米(85英尺)。由于存在碎屑沉积与不稳定煤层,该地区历来被列为“高风险”钻井环境。

本文描述了一种方法,能够稳住“麻烦”区域,并使钻进时的钻井液密度可高于地漏实验或地层完整性实验预测的最大当量密度。在钻进作业中稳定了微裂缝,缓解了许多与井壁失稳相关的问题。利用井壁“护盾”可使用更高的钻井液密度,从而消除井中溢流风险,同时实现没有钻井液漏失进入地层。

此外,该技术还为低压地层提供了更高的井壁强度,使钻井作业能够按计划完成。因此,作业者显著减少了循环漏失、卡钻以及井壁失稳相关挑战,从而有助于降低测井难度,提供质量更好、成本更低的生产井。

问题解决过程

邻井分析。为了知晓钻井风险与过去存在的问题,由马来西亚国家石油公司领导的团队分析了邻井卡钻的根源。对于邻井1,卡钻与井筒失稳造成了570万美元的损失。该分析确定了煤层段发生卡钻事故有三个主要因素:
1、 钻井前未能了解煤层与低压层位的构造;
2、 钻煤层时裂缝桥堵材料不足;
3、 缺乏煤夹层钻进与起下钻的经验,导致底部钻具组合卡住。

钻进前的地质力学分析。通过地质力学分析,研究了邻井事故案例,确定出低压层与煤层的最低钻井液密度要求。面临的挑战:过高的钻井液密度会导致煤层失稳,而过低的钻井液密度会导致井壁坍塌。

利用地质力学模型与邻井实际钻进时的钻井液密度,来预测井壁崩落。12.25寸井眼中预测出的大多数井壁崩落都与低压煤层相关。一份内部地质力学报告还指出,钻井事故经常发生于钻至中完井深之后,这可能是基于时间的破坏机制与/或泥岩相互作用的结果。

协同设计井。利用三维可视化,确定潜在钻井风险,包括断层、碎石带、层理面以及原生裂缝地层,使协作团队能够制定策略以最大限度地降低作业风险。将潜在煤层与低压层的深度记录在钻井标准规程中,以便钻井作业期间加强关注。
其中,失稳问题最严重的两口井为邻井1与邻井3,这是研究的重点。失稳的可能原因是煤层以及平行于断层的井眼轨迹。根据本研究的结果,对设计的井眼轨迹进行了调整,以降低节理面破裂的风险。

然而,由于碎石带仍存在井壁失稳的潜在风险,并且V型走向的断层可能会导致天然裂缝,因此必须设计钻井液配方,以尽量减少井壁失稳问题。

钻井液配方设计

量身定制的钻井液。在对煤层岩心进行一系列室内试验的基础上,优化了含有桥堵颗粒与井筒屏蔽添加剂(WSA)的钻井液配方。在实际钻井作业中,进一步提高了设计钻井液密度与WSA浓度。

开展的大量实验室工作是基于钻进煤层相关实验的文献调研。钻井液设计的关键要素包括:保持井壁稳定的钻井液密度,阻止煤层失稳的钻井液体系。基于邻井分析与文献综述,设计的实验旨在满足以下目标:
1、 配制出密度为10.8 lb/gal的合成基钻井液,拥有特殊桥堵材料与理想的流变性;
2、 根据渗透率封堵实验(PPT)的结果,最大限度的减少煤层的流体侵入。

精心设计的钻井液配方,能够以极具竞争优势的价格来满足最佳性能要求。实验室实验表明需要定制配方,利用PPT与砂层实验来优化WSA与两种等级石墨的组合。在钻井设计中明确规定需要进行WSA浓度测试,并且每天都要检查。

井眼屏蔽添加剂。获得专利的WSA能够形成有效的封堵,减缓流体与压力的侵入(图1)。该技术与所有常见钻井液兼容。一旦添加到钻井液体系中,这些组分可在地层表面形成一层薄的、可变形但坚固的屏蔽或低渗透性屏障,暂时性的封堵孔喉(Herdes等人,2017)。

教你一招:在衰竭严重井中减少井壁失稳与钻井液漏失

图1(a)最初,井眼屏蔽添加剂(WSA)颗粒在流体中自由浮动。(b)随着压差的增加,WSA向地层迁移并形成保护层。(c)在最大压差下,WSA形成一个几乎不可穿透的屏障,防止流体与压力侵入地层。

一旦形成这种低渗透屏障,井眼“护盾”就可为衰竭的低压地层(包括煤)提供机械性保护。该屏障有效地增加了起裂压力,阻止了地层裂缝的产生与扩展。WSA显著降低了压差卡钻的风险。稳定井壁的同时还可减少非生产时间(NPT),避免了钻井液漏失至地层的风险,从而降低建井成本,节约作业时间(Zeilinger等,2010)。

实践与随钻钻井液维护

煤层钻进实践。针对煤层与低压层钻进的挑战,设计出一套专用于煤层钻进实践的分析与升级方案,并通过“纸上钻井”、钻井常用指令等多种活动与团队成员进行沟通。这些活动确保整个团队了解煤层以及低压层的钻进与起下钻实践。为避免机械干扰,在低压层减少了钻具的旋转与倒划作业。

钻井液维护。在钻入煤层之前12.25寸井段的钻井液密度从10.2lb/gal涨至10.8lb/gal。钻井液密度的增加可将煤层崩落的可能性降至最低,改善了井壁稳定性。该井段钻进期间未发生漏失。钻离煤层后,钻井液密度降至10.4lb/gal。同时,作为预防措施,泵入了一种堵漏材料。该材料效果明显,在风险区域继续钻进,并没有造成严重的作业时间损失。

在整个煤层段中,WSA材料浓度维持在8lb/bbl。通过定期将基油缓慢注入活性体系来维持水/油比。活性体系中过量石灰的含量保持在3lb/bbl以上,以保持钻井液碱度,并防止二氧化碳或硫化氢气体的侵蚀。氯化钙(CaCl2)浓度保持在25至27wt%之间,并定期添加CaCl2,以提供240000至255000mg / L的水相盐度以及0.75至0.76的水活度。

采用防失水材料,可将高温/高压钻井液失水量维持在4毫升以下,同时通过适当添加初级与次级乳化剂,可将乳化稳定性保持在600v以上。在高温/高压钻井液失水实验中,滤液中没有游离水,这很好的证明了两种乳化剂的有效性。利用90微米陶瓷板每天进行PPT测试。

钻井表现

Alpha 1与Alpha 2井比计划提前23天成功完钻,其中钻进了329英尺的煤层,没有发生井壁失稳,没有造成非生产时间,创造了该区域的记录。

将WSA浓度维持在最优值,以避免煤或低压地层发生钻井液侵入。根据邻井卡钻事故分析,防风险培训以及量身定制的钻井液有助于成功避免卡钻事故的发生。
成功钻探Alpha 2与Alpha 1井,为即将开展的项目设立了新的基准:
1、 提前交付;
2、 无钻井事故(包括无井壁失稳,无卡钻);
3、 无非生产时间。

钻井液配方中,特别是WSA,提供了关键的稳定性。WSA封堵了低压煤夹层,在钻穿危险层位时,可增加钻井液密度至超过破裂压力梯度,且不会发生漏失。
有效的监测可实现在钻入低压煤层之前,尽早调整钻井液性能,以确保优化钻井液,并且整个井队都将注意力集中于避免发生钻井问题上。

For English, Please click here (展开/收缩)

未经允许,不得转载本站任何文章:

评论 抢沙发