库车山前固井环空钻井液低剪切流变特性研究

兰焜翔 张兴国 艾正青 袁中涛 徐力群 刘忠飞

兰焜翔, 张兴国, 艾正青, 袁中涛, 徐力群, 刘忠飞. 库车山前固井环空钻井液低剪切流变特性研究[J]. 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2021058
引用本文: 兰焜翔, 张兴国, 艾正青, 袁中涛, 徐力群, 刘忠飞. 库车山前固井环空钻井液低剪切流变特性研究[J]. 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2021058
LAN Kunxiang, ZHANG Xingguo, AI Zhengqing, YUAN Zhongtao, XU liqun, LIU Zhongfei. Research on Low Shear Rheological Properties of Annulus Drilling Fluid For Cementing in Kuqa Piedmont[J]. Petroleum Drilling Techniques. doi: 10.11911/syztjs.2021058
Citation: LAN Kunxiang, ZHANG Xingguo, AI Zhengqing, YUAN Zhongtao, XU liqun, LIU Zhongfei. Research on Low Shear Rheological Properties of Annulus Drilling Fluid For Cementing in Kuqa Piedmont[J]. Petroleum Drilling Techniques. doi: 10.11911/syztjs.2021058

库车山前固井环空钻井液低剪切流变特性研究

doi: 10.11911/syztjs.2021058
基金项目: 中国石油重大科技专项“塔里木油田勘探开发关键技术研究与应用”课题2“前陆冲断带超深井钻完井技术”(编号:2014E-2102)资助
详细信息
    作者简介:

    兰焜翔(1995—),男,四川宜宾人,2019年毕业于西南石油大学油气储运工程专业,油气井工程专业在读硕士研究生。E-mail:2720554039@qq.com。

  • 中图分类号: TE254+.1

Research on Low Shear Rheological Properties of Annulus Drilling Fluid For Cementing in Kuqa Piedmont

  • 摘要: 针对塔里木盆地库车山前构造带超深天然气井四开、五开固井下套管时频繁漏失的问题,分析了下套管过程中环空钻井液的实际剪切速率,根据赫–巴流变模式,用全剪切速率(1.70~1 021.40 s–1)和低剪切速率(1.70~340.50 s–1)下的测试数据,分别拟合了油基钻井液的全剪切和低剪切流变参数,分析了全剪切和低剪切速率下激动压力的差异。研究发现:库车山前固井下套管时的实际钻井液剪切速率远小于常规全剪切速率的高值1021.40 s–1;全剪切和低剪切速率下,流变参数随温度、压力变化的差异较大;全剪切速率下的套管激动压力小于低剪切速率,随着井深增加,全剪切和低剪切速率下的套管激动压力相差越大。研究结果表明,对于安全密度窗口窄的天然气井,应根据实际的钻井液低剪切速率范围,选择测试数据拟合对应的流变参数,并在此基础上根据允许的下套管激动压力,合理设计套管下入速度,从而降低下套管时的漏失量。
  • 图  1  库车山前常用的“五开五完”井身结构

    Figure  1.  Commonly used "five open and five completion" well structure in front of Kuche Mountain

    图  2  赫–巴模式全剪切速率下的钻井液流变性拟合曲线

    Figure  2.  Fitting curve of drilling fluid rheological parameters under full shear rate of Her-bar model

    图  3  库车山前典型超深天然气井温度压力分布

    Figure  3.  Temperature and pressure distribution of typical ultra-deep natural gas Wells in Kuqa piedmont

    图  4  赫–巴模式低剪切下的钻井液流变性拟合曲线

    Figure  4.  Rheological fitting curve of low shear drilling fluid in Her-bar mode

    图  5  相关系数对比

    Figure  5.  Correlation coefficient comparison

    图  8  动切力对比

    Figure  8.  Comparison of dynamic shear force

    图  6  流性指数对比

    Figure  6.  Comparison of fluidity index

    图  7  稠度系数对比

    Figure  7.  Comparison of consistency coefficient

    图  9  固井下套管过程中尾管的位置变化

    Figure  9.  Change of liner position during casing cementing

    图  10  下套管时赫–巴模式全剪切速率与低剪切速率下的激动压力对比

    Figure  10.  Comparison of excitation pressure between her-bar mode full shear rate and low shear rate drilling fluid when running casing

    表  1  环空钻井液流变性测试数据

    Table  1.   Rheological test data of annulus drilling fluid

    转速/
    (r·min–1
    剪切速率/
    s–1
    不同温度压力下的剪切应力/MPa
    60/3090/50120/50150/70
    600 1 021.40 136.950 0 96.732 059.225 0 50.845 0
    300 510.6982.260 056.619 033.861 0 29.142 0
    200 340.5060.710 038.625 025.714 0 23.614 0
    100 170.2035.515 024.681 017.578 0 16.301 0
    60102.1024.273 018.089 013.542 0 12.572 0
    30 51.0715.943 012.877 010.220 0 9.653 0
    20 34.0513.133 011.038 09.198 0 8.105 0
    12 20.43 9.811 2 8.789 27.665 0 7.409 5
    6 10.21 8.482 6 7.716 17.051 8 6.647 4
    3 5.11 6.847 4 6.847 46.080 9 5.518 8
    2 3.40 6.438 6 6.694 16.062 1 5.467 7
    1 1.70 5.978 7 6.438 66.029 8 5.314 4
     注:①“/”前面的数据为温度,℃;“/”后面的数据为压力,MPa。
    下载: 导出CSV

    表  2  赫–巴模式全剪切速率下的钻井液流变参数拟合结果

    Table  2.   Fitting results of drilling fluid rheological parameters under full shear rate of Her-bar model

    温度/
    压力/
    MPa
    相关系数(R流性指数(n稠度系数/
    (Pa·sn
    动切力/
    Pa
    60300.999 590.802 150.469 176.412 99
    90500.999 840.861 410.207 316.188 61
    120 500.998 090.879 570.101 945.816 63
    150 700.998 780.889 390.080 375.263 29
    下载: 导出CSV

    表  3  下套管时环空钻井液的剪切速率

    Table  3.   Shear rate of annulus drilling fluid during casing running

    温度/℃压力/MPa环空内径/mm尾管外径/mm流性指数 (n稠度系数/(Pa·sn动切力/Pa下入速度/(m·s–1剪切速率/s–1
    6030171.5127.00.814 430.469 176.412 990.1381.49
    9050171.5127.00.861 410.207 316.188 610.1392.76
    120 50171.5127.00.879 570.101 945.816 630.13114.98
    150 70149.2127.00.889 390.080 375.263 290.13292.30
    下载: 导出CSV

    表  4  赫–巴模式低剪切下的钻井液流变参数拟合结果

    Table  4.   Fitting results of rheological parameters of low shear drilling fluid in Her-bar mode

    温度/
    压力/
    MPa
    相关系数
    R
    流性指数
    n
    稠度系数/
    (Pa·sn
    动切力/
    Pa
    60300.999 300.880 650.365 145.792 75
    90500.999 380.837 260.283 895.697 51
    120 500.999 390.778 350.260 765.539 91
    150 700.998 580.762 150.240 435.109 06
    下载: 导出CSV

    表  5  不同环空段的钻井液返速和剪切速率

    Table  5.   Return velocity and shear rate of drilling fluid in different annulus

    环空段环空内径/
    mm
    环空外径/
    mm
    套管下入
    速度/(m·s–1
    环空返速/
    (m·s–1
    剪切速率/
    s–1
    L1127.0171.50.130.223118.14
    L2139.7171.50.130.322185.98
    L3139.7168.30.130.353214.80
    下载: 导出CSV
  • [1] 滕学清, 张兴国, 李宁, 等. 塔里木油田库车山前固井新技术[M]. 北京: 石油工业出版社, 2019: 1–3.

    TENG Xueqing, ZHANG Xingguo, LI Ning, et al. New cementing technology in Kuqa Piedmont of Tarim Oilfield[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2019: 1–3.
    [2] 任保友,刘锋报,徐兴梁,等. 塔里木山前构造克深某区块盐膏层井漏技术处理[J]. 西部探矿工程,2018,30(2):75–78. doi:  10.3969/j.issn.1004-5716.2018.02.027

    REN Baoyou, LIU Fengbao, XU Xingliang, et al. Technical treatment of lost circulation in a salt-gypsum layer in a Keshen Block in the Tarim piedmont structure[J]. West-China Exploration Engineering, 2018, 30(2): 75–78. doi:  10.3969/j.issn.1004-5716.2018.02.027
    [3] 李健,李早元,辜涛,等. 塔里木山前构造高密度油基钻井液固井技术[J]. 钻井液与完井液,2014,31(2):51–54. doi:  10.3969/j.issn.1001-5620.2014.02.014

    LI Jian, LI Zaoyuan, GU Tao, et al. Cementing technology for wells drilled with high density oil base drilling fluid in piedmont structure of Tarim Basin[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2014, 31(2): 51–54. doi:  10.3969/j.issn.1001-5620.2014.02.014
    [4] 李平. 低速梯下钻井液流变性和触变性研究[D]. 成都: 西南石油大学, 2009.

    LI Ping. Research on rheology and thixotropy of drilling fluid under low-speed ladder[D]. Chengdu: Southwest Petroleum University, 2009.
    [5] 张现斌,赵冲,王伟忠,等. 矿物油基钻井液低剪切流变行为调节技术研究[J]. 中国石油勘探,2015,20(4):63–70. doi:  10.3969/j.issn.1672-7703.2015.04.007

    ZHANG Xianbin, ZHAO Chong, WANG Weizhong, et al. Technologies to modify low-shear rate rheology behaviors of mineral oil based drilling fluids[J]. China Petroleum Exploration, 2015, 20(4): 63–70. doi:  10.3969/j.issn.1672-7703.2015.04.007
    [6] 刘伟,周英操,石希天,等. 塔里木油田库车山前超高压盐水层精细控压钻井技术[J]. 石油钻探技术,2020,48(2):23–28. doi:  10.11911/syztjs.2020034

    LIU Wei, ZHOU Yingcao, SHI Xitian, et al. Precise managed pressure drilling technology for ultra-high pressure brine layer in the Kuqa piedmont of the Tarim Oilfield[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(2): 23–28. doi:  10.11911/syztjs.2020034
    [7] 王治国,周鹏成,徐璧华,等. 固井安全下套管速度分析[J]. 江汉石油职工大学学报,2014,27(6):20–22. doi:  10.3969/j.issn.1009-301X.2014.06.007

    WANG Zhiguo, ZHOU Pengcheng, XU Bihua, et al. Velocity analysis of the safety of casing in cementing operation[J]. Journal of Jianghan Petroleum University of Staff and Workers, 2014, 27(6): 20–22. doi:  10.3969/j.issn.1009-301X.2014.06.007
    [8] TENG X, YANG P, LI N, et al. Successful HPHT drilling through innovative practices: sharing the subsalt HPHT well drilling case in Tarim Basin[R]. SPE172782, 2015.
    [9] 李晓春,李坤,刘锐,等. 塔里木盆地超深天然气井全过程塞流防漏注水泥技术[J]. 天然气工业,2016,36(10):102–109. doi:  10.3787/j.issn.1000-0976.2016.10.013

    LI Xiaochun, LI Kun, LIU Rui, et al. Plug flow based full-process leakage-proof cementing technology for ultra-deep gas wells in the Tarim Basin[J]. Natural Gas Industry, 2016, 36(10): 102–109. doi:  10.3787/j.issn.1000-0976.2016.10.013
    [10] 周健,贾红军,刘永旺,等. 库车山前超深超高压盐水层安全钻井技术探索[J]. 钻井液与完井液,2017,34(1):54–59. doi:  10.3969/j.issn.1001-5620.2017.01.010

    ZHOU Jian, JIA Hongjun, LIU Yongwang, et al. Research on safe drilling technology for ultra deep ultrahigh pressure saltwater zones in piedmont area, Kuche[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2017, 34(1): 54–59. doi:  10.3969/j.issn.1001-5620.2017.01.010
    [11] YAN Ye, AN Wenhua, WANG Shuqi, et al. Drilling fluid challenge during the ultra-deep HT/HP/HS drilling in the mountainous area, Tarim Basin[R]. SPE131533, 2010.
    [12] 朱仁发, 喻可彬, 熊明勇. 库车山前钻井技术难点及技术对策: 以大北208井为例[C]//2017年全国天然气学术年会论文集, 杭州: 中国石油学会天然气专业委员, 2017: 2472–2480.

    ZHU Renfa, YU Kebin, XIONG Mingyong. Drilling technology difficulties and technical countermeasures in Kuqa Piedmont: taking Dabei 208 Well as an example[C]//Proceedings of 2017 National Natural Gas Academic Conference, Hangzhou: Member of Natural Gas Discipline of China Petroleum Society, 2017: 2472–2480.
    [13] 樊洪海,刘希圣. 赫谢尔—巴尔克莱液体直井稳态波动压力计算模式[J]. 石油钻探技术,1994(1):51–54, 70.

    FAN Honghai, LIU Xisheng. An accurate steady surge pressure model for Herschel–Bulkley fluid in a vertical well[J]. Petroleum Drilling Techniques, 1994(1): 51–54, 70.
    [14] 韩付鑫,樊洪海,彭齐,等. 基于赫巴流体的薄弱地层套管下放速度预测[J]. 钻采工艺,2017,40(2):17–19. doi:  10.3969/J.ISSN.1006-768X.2017.02.06

    HAN Fuxin, FAN Honghai, PENG Qi, et al. Prediction of casing running velocity through weak formation based on Hershel–Buckley flow model[J]. Drilling & Production Technology, 2017, 40(2): 17–19. doi:  10.3969/J.ISSN.1006-768X.2017.02.06
    [15] 张晋凯,李根生,郭宇健. 钻井液流变模式的优选与评价[J]. 科学技术与工程,2013,13(26):7619–7623, 7628. doi:  10.3969/j.issn.1671-1815.2013.26.004

    ZHANG Jinkai, LI Gensheng, GUO Yujian. Optimization and evaluation on drilling fluid rheological model[J]. Science Technology and Engineering, 2013, 13(26): 7619–7623, 7628. doi:  10.3969/j.issn.1671-1815.2013.26.004
    [16] 杨智光. 固井封固理论与应用技术[D]. 大庆: 东北石油大学, 2007.

    YANG Zhiguang. Theory on cementing & channeling resisting and application technology[D]. Daqing: Northeast Petroleum University, 2007.
    [17] BURKHARDT J A. Wellbore pressure surges produced by pipe movement[J]. Journal of Petroleum Technology, 1961, 13(6): 595–605. doi:  10.2118/1546-G-PA
    [18] 刘亚鑫. 塔里木超深井窄安全密度窗口下套管防漏技术研究[D]. 成都: 西南石油大学, 2019.

    LIU Yaxin. Research on casing leakage prevention technology under narrow safety density window in Tarim ultra-deep well[D]. Chengdu: Southwest Petroleum University, 2019.
    [19] 支亚靓. 库车山前固井下套管防漏失技术研究[D]. 成都: 西南石油大学, 2015.

    ZHI Yaliang. Research on casing loss prevention technology for cementing in Kuche Mountain front[D]. Chengdu: Southwest Petroleum University, 2015.
  • [1] 张冬明.  大庆页岩地层长水平段水平井油基钻井液技术, 石油钻探技术. 2021, (): 1-6. doi: 10.11911/syztjs.2021087
    [2] 王学龙, 何选蓬, 刘先锋, 程天辉, 李瑞亮, 富强.  塔里木克深9气田复杂超深井钻井关键技术, 石油钻探技术. 2020, 48(1): 15-20. doi: 10.11911/syztjs.2020028
    [3] 李文哲, 钟成旭, 蒋雪梅, 李郑涛, 曹世平, 吴双.  考虑壁面滑移效应的高密度油基钻井液流变性研究, 石油钻探技术. 2020, 48(6): 28-32. doi: 10.11911/syztjs.2020085
    [4] 王建云, 杨晓波, 王鹏, 范红康.  顺北碳酸盐岩裂缝性气藏安全钻井关键技术, 石油钻探技术. 2020, 48(3): 8-15. doi: 10.11911/syztjs.2020003
    [5] 张雄, 余进, 毛俊, 刘祖磊.  准噶尔盆地玛东油田水平井高性能油基钻井液技术, 石油钻探技术. 2020, 48(6): 21-27. doi: 10.11911/syztjs.2020106
    [6] 王建华, 闫丽丽, 谢盛, 张家旗, 杨海军.  塔里木油田库车山前高压盐水层油基钻井液技术, 石油钻探技术. 2020, 48(2): 29-33. doi: 10.11911/syztjs.2020007
    [7] 刘伟, 周英操, 石希天, 王瑛, 雷万能, 李牧.  塔里木油田库车山前超高压盐水层精细控压钻井技术, 石油钻探技术. 2020, 48(2): 23-28. doi: 10.11911/syztjs.2020034
    [8] 叶顺友, 杨灿, 王海斌, 崔广亮, 赵峰, 董洪铎.  海南福山凹陷花东1R井干热岩钻井关键技术, 石油钻探技术. 2019, 47(4): 10-16. doi: 10.11911/syztjs.2019030
    [9] 李胜, 夏柏如, 林永学, 王显光, 韩秀贞.  焦页54-3HF井低油水比油基钻井液技术, 石油钻探技术. 2017, 45(1): 51-56. doi: 10.11911/syztjs.201701009
    [10] 陈明, 黄志远, 马庆涛, 刘云鹏, 葛鹏飞, 夏广强.  马深1井钻井工程设计与施工, 石油钻探技术. 2017, 45(4): 15-20. doi: 10.11911/syztjs.201704003
    [11] 张雪飞, 张伟, 徐新纽, 王俊文, 李君, 阮彪.  准噶尔盆地南缘H101井高密度油基钻井液技术, 石油钻探技术. 2016, 44(1): 34-38. doi: 10.11911/syztjs.201601007
    [12] 凡帆, 王京光, 蔺文洁.  长宁区块页岩气水平井无土相油基钻井液技术, 石油钻探技术. 2016, 44(5): 34-39. doi: 10.11911/syztjs.201605006
    [13] 林永学, 王显光, 李荣府.  页岩气水平井低油水比油基钻井液研制及应用, 石油钻探技术. 2016, 44(2): 28-33. doi: 10.11911/syztjs.201602005
    [14] 冯望生, 宋伟宾, 郑会锴, 李宗要, 谢承斌.  剪切速率对水泥浆稠化时间的影响规律, 石油钻探技术. 2016, 44(6): 74-77. doi: 10.11911/syztjs.201606012
    [15] 艾军, 张金成, 臧艳彬, 许明标.  涪陵页岩气田钻井关键技术, 石油钻探技术. 2014, 42(5): 9-15. doi: 10.11911/syztjs.201405002
    [16] 何龙, 胡大梁, 朱弘.  丁页2HF页岩气水平井钻井技术, 石油钻探技术. 2014, 42(4): 125-130. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2014.04.024
    [17] 刘鑫, 赵楠, 杨宪民, 贺占国.  强吸水暂堵完井液在呼图壁储气库完井中的应用, 石油钻探技术. 2013, 41(6): 72-77. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.06.014
    [18] 闫联国, 周玉仓.  彭页HF-1页岩气井水平段固井技术, 石油钻探技术. 2012, 40(4): 47-51. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2012.04.010
    [19] 何振奎.  泌页HF1井油基钻井液技术, 石油钻探技术. 2012, 40(4): 32-37. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2012.04.007
    [20] 王金磊, 黑国兴, 赵洪学.  昭通YSH1-1页岩气水平井钻井完井技术, 石油钻探技术. 2012, 40(4): 23-27. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2012.04.005
  • 加载中
图(10) / 表ll (5)
计量
  • 文章访问数:  73
  • HTML全文浏览量:  30
  • PDF下载量:  19
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-27
  • 修回日期:  2021-07-31
  • 网络出版日期:  2021-09-16

目录

    /

    返回文章
    返回