一種防pdc鑽頭泥包的鑽井液配製工藝的製作方法

2023-09-18 06:21:30

專利名稱：一種防pdc鑽頭泥包的鑽井液配製工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種鑽井液配製工藝，特別是一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液配製 工藝，該工藝適用於蘇裡格氣田「雙石層」地層的鑽頭泥包的預防，屬於石油鑽井領域。
背景技術：
蘇裡格氣田「雙石層」屬二疊系，地層埋藏深度約為3000m 3600m，地層中泥巖含 量高，易於水化分散，使井眼內泥質或固相含量大增，吸附於鑽頭表面造成鑽頭泥包；同時 此井段正好處於清水聚合物向完井液的轉化，剛轉化後鑽井液性能差，如失水大、濾餅厚、 抑制性差、潤滑性能差等都對鑽時造成影響。長慶鑽井總公司針對目前蘇裡格氣田「雙石 層」的特點，結合豐富的鑽井現場經驗，成功地摸索出了一套以「膨潤土、磺化浙青粉、磺化 酚醛樹脂、大分子聚合物」等為主的聚磺鑽井液工藝技術，並在近兩年來的實踐中發揮了十 分重要的作用。但聚磺鑽井液體系本身存在局限性，抑制性差、固相含量高、比重上升快、鑽 井液抑制性差，無法控制泥頁巖的水化分散；固相含量和粘切過高，鑽出的巖屑難於清除， 易吸附在鑽頭表面；鑽井液比重偏高，失水大，易形成過厚的粗糙泥餅；潤滑性能差、鑽頭 表面無法形成有效的保護膜，鑽井液中的劣質固相易吸附在鑽頭上，從而導致PDC鑽頭的 泥包，嚴重影響了蘇裡格氣田的提速，成為制約提速的技術瓶頸。尤其是在水平井的施工中 泥包問題表現的更加突出，曾出現過多口井因「雙石層」鑽頭泥包嚴重導致的PDC鑽頭無法 使用及牙輪鑽頭掉牙輪的井下事故。PDC是Polycrystalline Diamond Compact的縮寫，它是聚晶金剛石複合片鑽頭的 簡稱。是石油鑽井行業常用的一種鑽井破巖工具。

發明內容
本發明的目的是提供一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液配製工藝，它通過在原聚合物 原漿的基礎上加入大分子包被劑PAC、降失水劑CMS、抗鹽抗高溫降失水劑SMP-2、防塌潤滑 劑SFT-1、強封堵劑QS-4、強抑制劑有機鹽WT-I和無機鹽NaCL等高效處理劑，通過體系的 強抑制、低失水、強封堵、低固相、高密度、抗鹽鈣、抗汙染的能力，有效的防止在斜井段的粘 卡和PDC鑽頭的泥包，降低摩阻和扭矩，消除粘卡現象；提高了機械鑽速，保證了井下安全。本發明的技術方案是這樣實現的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液配製工藝，包括 施工工藝及處理劑加量配方，其特徵在於處理劑加量配方是由以下組分按下述質量比 進行配製清水聚合物原漿PAC QS-4 CMS SMP-2 SFT-I NaCL WT-1 = 1000 2 3 30 40 20 30 2 3 1. 5 2 50 100 20，性能控制密 度 P = 1.06-1. 10g/cm3、漏鬥粘度 T = 38_45s、API 失水 FL = 4_6ml ；其中，PAC 為聚陰離 子纖維素，QS-4為1250目碳酸鈣，CMS為羧甲級澱粉，SMP-2為磺化酚醛樹脂，SFT-I為水 分散陽離子乳化浙青粉，NaCL為氯化鈉，WT-I為甲酸鈉，清水聚合物原漿是由PAM、K-PAM組 分按下述質量比進行配製PAM K-PAM 清水=1. 5 2. 5 2 3 1000，所述的PAM 為聚丙烯醯胺，K-PAM為聚丙烯酸鉀；上述配方中試劑市場均有售。
所述的處理劑的加量優選配方是由以下組分按下述質量比進行配製 清水聚合物原菜PAC QS-4 CMS SMP-2 SFT-1 NaCL WT-I = 1000 3 30 20 2 2 50 20，性能控制密度 P = 1. 06-1. 10g/cm3、漏鬥粘度 T = 38-45s、API失水FL = 4_6ml ；其中清水聚合物原漿是由PAM、K-PAM組分按下述質量 比進行配製PAM K-PAM 清水=2:3: 1000。所述的羧甲級澱粉CMS為羧甲級澱粉CMS-I型。所述的施工工藝為防泥包鑽井液配製工藝，它是按循環周先加入包被劑PAC、降失 水劑CMS、抗鹽抗高溫降失水劑SMP-2、防塌潤滑劑SFT-I充分均勻12小時後，再加入QS-4、 NaCL、WT-l循環均勻後測量性能，並將性能調整在密度P = 1.06-1. lOg/cm3、漏鬥粘度T = 38-45s、API失水FL = 4_6ml的範圍之內。所述的處理劑在混合時，使用高壓混合漏鬥加藥，柴油機轉速為800-1000轉，排 量為 24-28L/S。本發明的作用機理是1、本發明的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液採用物理防塌和化學防塌的綜合防塌 技術措施。在進入該井段前，維持鑽井液密度在1. 28g/cm3以上，用高的液柱壓力去平衡地 層坍塌壓力，降低濾失量，增強抑制性，適當提高粘度，控制鑽井液中的自由水向地層滲透， 同時優選重量百分比為1. 5%的SFT-I為主防塌劑，配合使用1250目碳酸鈣粉QS-4，鑽進 過程中控制API濾失量在4-6ml，採用屏蔽封堵防塌技術，提高易坍塌地層井壁的完整性和 鑽井液的防塌能力。API濾失量表示濾失性的強弱，評價鑽井液濾液進入地層的速率及鑽井 液對地層可能造成的影響，它的單位是ml、符號是FL。2、本發明的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液通過固/液體潤滑劑的複合使用配合強 封堵劑的提高體系的潤滑性。斜井段鑽進過程中，以液體潤滑劑為主，配合固體潤滑劑，增 強鑽井液的潤滑性，強化固控，降低摩阻，確保不因為鑽井液的問題發生粘卡。一方面加入 液體潤滑劑聚合醇(XCS-3)，並補充質量百分比0.3%的固體潤滑劑石墨粉(GD-2)，另一方 面改善泥餅質量，通過加強固相控制降低無用固相的含量，及時補充活性固相，提高有用固 相在體系中的佔有比例，進一步增加SMP-2等抗鹽抗高溫降失水劑的加量，復配使用1250 目碳酸鈣(QS-4)，水分散乳化浙青粉(SFT-I)，促使鑽井液形成薄而韌的泥餅。進入下部井 段，井斜80度以後即將入窗時應加大液體潤滑劑的加量，將含量提高之1-2%，進一步提高 鑽井液的潤滑性能，始終控制泥餅粘滯係數小於0. 05。通過這些措施，有效降低摩阻和扭 矩，消除粘卡現象。3、本發明的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液通過強包被劑和強抑制劑增強體系的 懸浮攜砂、清潔能力。由於斜井段鑽進主要以泥巖為主，為了防止出現鑽頭泥包和巖屑受到 鑽具擠壓形成巖屑餅包裹鑽具增加摩阻等，加入甲酸鈉(WT-I)、KCl和頁巖抑制劑，提高體 系的包被抑制能力，保證鑽屑的完整性，提高鑽井液的潤滑性，減小鑽屑之間的粘結力，進 入施工後期將鑽井液的粘度維持在55秒以上，塑性粘度為25-35mp. s，動切力大於8Pa，同 時儘可能使用大的排量提高鑽井液對巖屑的衝刷破壞能力，必要時採取短程起下鑽作業掛 拉破壞等。4、本發明的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液不含粘土相，其組成中，PAC在起包被抑 製作用的同時兼具增粘作用，具有一定的抗鹽鈣能力；CMS無論在淡水還是鹽水鑽井液都具有較好護膠能力，可提高泥漿的在鹽水體系中的動切力，也可形成薄而緻密的泥餅，大幅 度降低濾失量並提高泥餅的韌性；SFT-I具有很好的封堵作用可形成好的濾餅。由於其體 系比較特殊的組分，決定其具有很好抗鹽鈣、抗粘土汙染的能力，性能穩定。5、本發明的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液是在清水聚合物體系中加入大、中、小 分子聚合物、惰性封堵材料、複合鹽後形成的膠體體系，由於體系粘土低，消除了泥漿中亞 微粒子對機械鑽速的影響。是長慶區域繼無固相清水聚合物之後的又一種低固相的快速鑽 井液。6、本發明的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液由於其具有極低的固相、較高的礦化度 和強的抑制性，克服了泥巖的水化分散，同時降濾失劑和暫堵劑提供的可壓縮軟粒子和剛 性粒子，在正壓差的作用下形成薄而緻密泥餅，能夠有效的防止在斜井段的粘卡和PDC鑽 頭的泥包。本發明的主要特點是1、低粘度，低固相含量，較高的比重，良好的流動性本發明的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液即可直接由聚合物體系轉換，轉換完後鑽 井液性能粘度控制在τ = 38-45秒、P=L 06-1. 10g/cm3、固相含量在6-7 %。低粘度能 有效提高機械鑽速，較高的密度能夠平衡盒6、盒7地層的坍塌壓力，保證了井下安全，低固 相含量，良好的流動性可有效攜砂，減輕對設備的磨損。2、低失水，優質的泥餅質量，良好的潤滑性本發明的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井 液轉完失水小於5ml，容易控制，使用後期可控制失水在FL = 4-6ml,由於失水小可以保證 形成的薄而且緻密的泥餅，能夠有效阻止鑽井液中的自由水進入地層，從而保證長裸眼井 段地層的穩定，優質的泥餅質量配合使用液體潤滑劑使得鑽具與井壁之間的摩阻減小，從 而能有夠防止長時間滑動鑽進時鑽具出現粘卡，減小託壓現象。3、強抑制性。強抑制性是本發明最大的特點，由於加入氯化鈉(NaCL)和甲酸納(WT-I)，增強了 體系的抑制性，在石千峰，石盒子造漿性強的泥巖井段鑽進時進一步提高抑制性。使鑽屑不 易水化分散混入鑽井液，提高了清除鑽屑的效率，使用複合鹽水體系振動篩返出的巖屑不 包振動篩，混雜度低，井壁沒有明顯的剝蝕掉塊現象，巖屑返出量正常對垮塌層的防塌控制 能力大大的增強。本發明所述的處理劑加量配方各組分中文含義及功用如下PAC 聚陰離子纖維素，增粘度包被劑；QS-4 1250目碳酸鈣，強封堵劑；CMS 羧甲級澱粉，增粘的降失水劑，CMS包括的型號CMS_1、CMS_2、CMS-3等；SMP-2磺化酚醛樹脂，抗鹽抗高溫降失水劑；SFT-I水分散陽離子乳化浙青粉，防塌潤滑劑。
具體實施例方式實施例11、側鑽前對直井段鑽井液的要求在側鑽前要執行區塊鑽井液技術措施，把全井段的防塌，保證井眼規則作為鑽井液工作的重點。要求直井段平均井徑擴大控制在10%以內，最大井徑擴大控制在15%以 內。2、鑽井液的轉化在直井段井下正常的情況下，要儘量使用聚合物鑽井液鑽穿石千峰上部造漿地 層。然後徹底轉化為複合鹽無土相鑽井液體系。在井下不正常的情況下，在轉化時必須配40方白土泥漿清掃井筒內未帶出的砂 子，白土的加量要控制在總泥漿量不超過3%的範圍內。要進一步提高泥漿的攜砂能力要通 過加CMS-I和無機鹽來實現。鑽井液的轉化要按水平井斜井段抗鹽、抗溫、強抑制無土相複合鹽體系進行，在斜 井段下PDC前必須將鑽井液徹底轉化為本發明的防泥包鑽井液，它的配製工藝，包括施工 工藝及處理劑加量配方，它的處理劑加量優選配方是由以下組分按下述質量比進行配製清水聚合物原菜PAC QS-4 CMS SMP-2 SFT-1 NaCL WT-I = 1000 3 30 20 2 2 50 20，性能控制密度 P = 1. 06-1. 10g/cm3、漏鬥粘度 T = 38-45s、API 失水 FL = 4_6ml ；(密度 P=L 08g/cm3、漏鬥粘度 T = 42s,API 失水 FL =4ml為最佳值)；其中，PAC為聚陰離子纖維素，增粘降失水劑，QS-4為1250目碳酸鈣， CMS為羧甲級澱粉(本實施例1採用的CMS是羧甲級澱粉CMS-I型)，SMP-2為磺化酚醛樹 脂，SFT-I為水分散陽離子乳化浙青粉，NaCL為氯化鈉，WT-I為甲酸鈉，清水聚合物原漿是 由PAM、K-PAM組分按下述質量比進行配製PAM K-PAM 清水=2 3 1000，所述的 PAM為聚丙烯醯胺，K-PAM為聚丙烯酸鉀；上述配方中試劑均在長慶鑽井總公司器材公司有 售(聯繫電話029-86592203、029-86593879，地址中國.陝西.西安未央路151號)。所述的施工工藝為防泥包鑽井液配製工藝，它是按循環周先加入包被劑PAC、降失 水劑CMS、抗鹽抗高溫降失水劑SMP-2、防塌潤滑劑SFT-I充分均勻12小時後，再加入QS-4、 NaCL、WT-l循環均勻後測量性能，並將性能調整在密度P = 1.06-1. lOg/cm3、漏鬥粘度T = 38-45s、API失水FL = 4_6ml的範圍之內。為使處理劑的混合均勻，充分溶解，所述的處理 劑在混合時，必須使用高壓混合漏鬥加藥，柴油機轉速為800-1000轉，排量為24-28L/S。3、防「雙石層」垮塌的鑽井液措施「雙石層」垮塌的治理是氣井水平井的關鍵，與直井不同的是「雙石層」等易垮塌地 層正好處於大斜度井段。在保持體系中低固相含量的前提下，通過增加無機鹽和有機鹽的含量提高鑽井液 的密度。井斜小於45度將密度提高到1. 23-1. 25克/釐米3，在井斜大於45度逐漸將密度 提高到1. 25-1. 30克/釐米3，井斜達到60度以上密度必須達到1. 30，在地層承壓允許的 情況下，若井下有不穩定的跡象可提高到1. 35克/釐米3。增大鑽井液中無機鹽NaCL和有機鹽WT-1含量，使鑽井液的礦化度遠大於地層水 的礦化度，通過降低鑽井液中水的活度，提高鑽井液對地層的抑制能力。第一次轉化鹽水泥 漿鹽的加量不少於泥漿量的5%。提高鑽井液中封堵粒子的含量，增加陽離子乳化浙青粉SFT-I和1250目碳酸鈣 QS-4的含量。要通過有效的封堵來降低地層的坍塌壓力。嚴格控制鑽井液的濾失量，要求API濾失量FL控制在5ml以下。4、防PDC鑽頭泥包的維護技術。
確保體系中有足夠的抑制劑的含量，抑制劑的含量主要通過觀測鑽屑和鑽井液的 性能來掌握。具體的一是泥巖段的砂樣成型好，不粘篩布。二是鑽井液的性能在泥巖段鑽 進變化不大，密度、粘度、固含不升，性能穩定。加強固控，保持鑽井液中低密度固相的含量 始終保持較低水平5、防PDC鑽頭泥包的工程措施PDC鑽頭鑽速快、鑽屑多，必須要有足夠的排量，避免鑽屑重複切削會形成淤泥而 泥包鑽頭。要求環空上返速度達到1.00-1. 20米/秒。鑽壓合理，送鑽均勻，鑽時太快時要 適當控制鑽壓.儘量避免長時間、長井段的滑動鑽進。對已完成的10 口井的斜井段看，使 用本發明的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液配製工藝已經完全解決了 PDC鑽頭泥包的技術難 題。防PDC鑽頭泥包的成功率達到100%。6、使用效果評價附表XX-XX裸眼井徑數據對比 從XX-XX井領眼和平行的側鑽井眼看，該井XXXX年直領眼鑽進時使用聚磺鑽井液 體系「雙石層」發生嚴重的坍塌複雜，電測遇阻，最大井徑擴大率達到104. 3%，平均井徑擴 大率24. 1%。XX年實驗本體系後，斜導眼鑽進井下正常，「雙石層」山西組，本溪組長煤層未出現坍塌。斜 井段使用的第一支PDC鑽頭，在相同井段，相同地層，相同鑽頭型號的情況下，機械鑽速達 5. 13m/h,比去年直導眼鑽進時提高了 1. 16m/h，斜井段完鑽電測一次成功，吊測井斜達到 68度，井徑圖規則，平均井徑擴大率僅有9. 7%。本發明的防泥包鑽井液體系可由聚合物體系直接轉換，轉換完成性能穩定後，鑽 進過程中只需要做好日常維護，若無井下複雜情況，不需要大幅度調整處理。從XX-XX井 斜井段鑽井液性能可以看出，該體系性能良好，各項技術指標優良，滿足了斜井段的施工要 求，保證了長裸眼井段的井下安全。附表XX-XX井斜井段鑽井液性能記錄表 實施例2同實施例1基本相同，不同之處為步驟2中本發明的鑽井液的處理劑加 量配方是由以下組分按下述質量比進行配製清水聚合物原漿PAC QS-4 CMS SMP SFT-I NaCL WT-I = 1000 2 30 20 2 1. 5 50 20，性能控制密度 P = 1. 06-1. lOg/cm3、漏鬥粘度T = 38_45s、API失水FL = 4_6ml ；其中清水聚合物原漿是由 PAM、K-PAM組分按下述質量比進行配製PAM K-PAM 清水=1. 5 2 IOOO0本實施 例2採用的CMS是羧甲級澱粉CMS-I型。實施例3同實施例1基本相同，不同之處為步驟2中本發明的鑽井液的處理劑加 量配方是由以下組分按下述質量比進行配製清水聚合物原漿PAC QS-4 CMS SMP SFT-I NaCL WT-I 為 1000 3 40 30 3 2 100 20，性能控制密度 P 為 1. 06-1. lOg/cm3、漏鬥粘度T = 38_45s、API失水FL = 4_6ml ；其中清水聚合物原漿是由 PAM、K-PAM組分按下述質量比進行配製PAM K-PAM 清水=2. 5 3 IOOO0本實施 例3採用的CMS是羧甲級澱粉CMS-I型。上述實施例中CMS不僅限於羧甲級澱粉CMS-I型，它還可以是羧甲級澱粉CMS-2 型、羧甲級澱粉CMS-3型等其它規格型號。上述實施例配方中的試劑均購自長慶鑽井總公 司器材公司，聯繫電話029-86592203、029-86593879，地址中國.陝西.西安未央路151號。 本發明的鑽井液配製工藝它通過在原聚合物原漿的基礎上加入大分子包被劑 PAC、降失水劑CMS、抗鹽抗高溫降失水劑SMP-2、防塌潤滑劑SFT-1、強封堵劑QS-4、強抑制 劑有機鹽WT-I和無機鹽NaCL等高效處理劑，通過體系的強抑制、低失水、強封堵、低固相、 高密度、抗鹽鈣、抗汙染的能力，有效的防止在斜井段PDC鑽頭的泥包，降低摩阻和扭矩，消 除粘卡現象；提高了機械鑽速，保證了井下安全。
權利要求
一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液配製工藝，包括施工工藝及處理劑加量配方，其特徵在於處理劑加量配方是由以下組分按下述質量比進行配製清水聚合物原漿∶PAC∶QS 4∶CMS∶SMP 2∶SFT 1∶NaCL∶WT 1為1000∶2～3∶30～40∶20～30∶2～3∶1.5～2∶50～100∶20，性能控制密度ρ為1.06 1.10g/cm3、漏鬥粘度T為38 45s、API失水FL為4 6ml；其中，PAC為聚陰離子纖維素，QS 4為1250目碳酸鈣，CMS為羧甲級澱粉，SMP 2為磺化酚醛樹脂，SFT 1為水分散陽離子乳化瀝青粉，NaCL為氯化鈉，WT 1為甲酸鈉，清水聚合物原漿是由PAM、K PAM組分按下述質量比進行配製PAM∶K PAM∶清水為1.5～2.5∶2～3∶1000，所述的PAM為聚丙烯醯胺，K PAM為聚丙烯酸鉀。
2.根據權利要求1所述的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液配製工藝，其特徵在於所述 的處理劑加量配方是由以下組分按下述質量比進行配製清水聚合物原漿PAC QS-4 C MS SMP-2 SFT-I NaCL WT-1 為 1000 3 30 20 2 2 50 20，性能控制 密度P為1. 06-1. lOg/cm3、漏鬥粘度T為38_45s、API失水FL為4_6ml ；其中清水聚合物 原漿是由PAM、K-PAM組分按下述質量比進行配製PAM K-PAM 清水為2 3 1000。
3.根據權利要求1所述的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液配製工藝，其特徵在於所述 的羧甲級澱粉CMS為羧甲級澱粉CMS-I型。
4.根據權利要求1所述的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液配製工藝，其特徵在於所述 的施工工藝為防泥包鑽井液配製工藝，它是按循環周先加入包被劑PAC、降失水劑CMS、抗 鹽抗高溫降失水劑SMP-2、防塌潤滑劑SFT-I充分均勻12小時後，再加入QS_4、NaCL、WT-I 循環均勻後測量性能，並將性能調整在密度P=L 06-1. lOg/cm3、漏鬥粘度T為38_45s、 API失水FL為4-6ml的範圍之內。
5.根據權利要求1或2所述的所述的一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液配製工藝，其特徵 在於所述的處理劑在混合時，使用高壓混合漏鬥加藥，柴油機轉速為800-1000轉，排量為 24-28L/S。全文摘要
本發明涉及的是一種鑽井液配製工藝，特別是一種防PDC鑽頭泥包的鑽井液配製工藝，它包括施工工藝及處理劑加量配方，其特徵在於所述的處理劑加量配方是由以下組分按下述質量比進行配製清水聚合物原漿∶PAC∶QS-4∶CMS∶SMP-2∶SFT-1∶NaCl∶WT-1＝1000∶2～3∶30～40∶20～30∶2～3∶1.5～2∶50～100∶20，施工工藝按循環周先加入包被劑PAC、降失水劑CMS、抗鹽抗高溫降失水劑SMP-2、防塌潤滑劑SFT-1充分均勻12小時後，再加入QS-4、NaCl、WT-1循環均勻並將性能調整在密度ρ＝1.06-1.10g/cm3、漏鬥粘度T為38-45s、API失水FL＝4-6ml的範圍之內。它有效的防止在斜井段的粘卡和PDC鑽頭的泥包，降低摩阻和扭矩，消除粘卡現象；提高了機械鑽速，保證了井下安全。
文檔編號C09K8/12GK101892036SQ20101024854
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月9日 優先權日2010年8月9日
發明者劉兆利, 張建卿, 趙福榮, 陳華 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司長慶鑽井總公司