长庆油田补浪河区块水平井钻井液体系优选与工艺探讨

长庆油田补浪河区块水平井钻井液体系优选与工艺探讨

隋学利,杜京辉,田建军

（ 渤海钻探长庆石油工程事业部）

摘要：长庆油田补浪河区块位于陕西省榆林市榆阳区补浪河乡，本区块地层自上而下分别钻遇第四系、洛河组、安定组、直罗组、延安组、延长组、纸坊组、和尚沟组、刘家沟组、石千峰组、石盒子组。本文重点论述了补浪河区块复杂原因分析、井壁稳定问题分析与对策、钻井液体系优化配方、水平井斜井段与水平段钻井液维护优化措施。针对中完井段划眼与水平段粘卡关键技术措施进行阐述，有效避免事故复杂发生。

主题词：  水平井  井壁稳定   钻井液体系优化    钻井液维护   事故复杂  

一、长庆油田补郎河区块钻井施工存在问题

1.1补郎河区块复杂情况原因分析

根据区域资料显示2600-3400m普遍存在着起下钻阻卡严重问题，是钻井速度提高的一大障碍。由于地层胶结疏松，成岩性差，泥岩易水化分散，钻速快，环空钻屑浓度高，在钻具旋转作用下，钻屑极易被粘附在井壁上，造成“人工”缩径，形成阻卡。同时上部地层砂岩发育，渗透率高，易形成厚泥饼，增加了起下钻阻卡的困难程度。因此要求钻井液必须具有强的抑制分散能力和井眼清洁能力。

1.2井壁稳定问题

1.2.1井壁失稳原因分析

泥岩垮塌按其垮塌的原因是地层既存在层理、裂缝发育的不易水化膨胀的硬脆性页岩，也部分存在易水化膨胀分散的泥岩。层理及微裂缝为泥岩水化分散膨胀提供了通道，使泥页岩表面水化面积增大，加快了水化进程，泥岩水化后产生很大的膨胀压，当此压力超过泥页岩的胶结强度时，又产生新的裂缝，在外力作用下引起剥落掉块；易水化膨胀的泥岩遇水后膨胀分散，降低了泥岩的内部结构强度，致使泥岩溃散坍塌。一个主要原因是钻井液密度偏低，液柱压力不足以平衡坍塌压力，致使地层垮塌更加容易。泥岩的这种剥落与溃散坍塌在补浪河、无定河地区分布较广。

1.2.2解决井壁失稳的钻井液技术

由垮塌潜在原因分析可知，要稳定井壁，钻井液技术必须要解决三个方面的问题：（1）在井壁周围提供足够的压持压力，维持井壁的力学平衡。（2）由于易塌地层细微裂缝发育，渗透性强，且极易水化散裂。因此在打开的极短时间内必须有强的抑制性与有效的封堵性。同时防止和减少滤液继续渗入微裂缝，避免水化应力集中，确保井壁稳定。（3）引起水化应力集中的关键是泥岩中的蒙脱石成份，因此钻井液必须有足够的抑制性，有效防止井壁水化，避免散裂的发生。

1.3岩屑床及井眼净化问题

在大斜度井钻井过程中，当井斜角超过临界值时，岩屑在环空中下滑速度会随着井斜增大而减小。岩屑滑向井底边的倾向也增大，面向液流内滑动的力逐渐减弱，特别是在井斜角30°～60°时，不但在井底边可能形成岩屑床，而且在停泵时岩屑极易滑落而导致堵塞井眼和卡钻发生。在水平段，钻井液不论是循环还是静止，岩屑“垂沉”现象常有发生，加剧了岩屑床的形成厚度。怎样才能有效地控制岩屑床形成，以及形成的岩屑床如何才能尽快破坏，是水平井成功的关键。

1.4摩阻和润滑防卡问题

在直井中，起下钻具的阻力只有钻具的悬重与钻井液的浮力差和钻具与井壁间摩阻阻力，即使在不规则的情况下，钻具与井壁的摩擦阻力也不是很大。但在大斜度井中，井眼是弯曲的，在重力作用下钻具总是靠着下井壁，钻具与井壁之间存在较大摩擦力，在起下钻和旋转钻具时阻力就比直井眼大得多（这种阻力与接触面积成正比），这种摩擦阻力的影响是非常大的，是钻斜井要克服的一大障碍，稍不小心，就会发生卡钻、断钻具等井下事故。

定向造斜井段，钻井液要有良好的润滑性，保证定向仪器MWD随钻仪及其它钻井工具不能被卡。又因MWD定向造斜时，其井深与井斜、方位总是不能及时反映，而滞后19m～20m，这样为了中靶或准确穿越油层，难免出现微台阶和反扣方位，钻具的扭矩、摩阻急剧增加。斜井段钻具与井壁接触面大，当固相含量高，且遇到良好的砂层，地层的渗透性强，泥饼增厚，这时钻具被粘卡的可能性很大。试验发现，在同等密度下，随着固相含量的上升，摩阻系数明显增加，如果控制固相含量不当，密度自然上升到1.20g/cm3，钻具的扭矩和摩阻急剧增加。

二、钻井液维护要点及主要技术措施

3.1钻井液维护要点

（1）钻井液体系转换前一定严格控制钻井液中膨润土的含量，为后期量维护良好流变性能奠定基础。

（2）钻井液体系转换前一定要做好转换室内小型实验，要以实验数据为指导，杜绝盲目施工。

（3）聚合物处理剂尽量不要加干粉，尽量配成胶液加入，避免聚合物水化不好，引起钻岩屑粘附井壁，造成井眼净化不良。

（4）钻进时尽量维护钻井液具有“低粘高切”特性，具有极强的剪切稀释能力。当钻进过程中，低粘钻井液使环空形成紊流，造斜段、水平段不易形成岩屑床，钻屑能及时返出地面，减少井下复杂情况。

（5）控制合理的PH，特别是易坍塌地层、大段泥页岩地层，尽量不使用烧碱，采用KOH、生石灰。

（6）采用聚磺KCL体系时，控制般含在25-30，加入磺化处理剂护好胶后再加入KCL，钻进过程中应随钻补充KCl，保持K+含量。

（7）提高钻井液密度时，选用优质重晶石，按0.02循环周上提，并加入一定量防漏材料，防止压漏地层，提密度前要清理锥形灌。

3.2钻井液维护主要技术措施

3.2.1斜井段钻井液技术措施

（1）清水聚合物钻井液钻至和尚沟底部时，钻井液上罐，均匀混入预水化得膨润土钻井液，然后加入磺化处理剂（磺化褐煤，磺化沥青，磺化酚醛树脂），同时加入铵盐，PAC-Lv用于调整钻井液流变性。

   （2）钻至石千峰井段时，石千峰泥岩段造浆性极强，易泥包钻头，务必在进石千峰井段前处理好钻井液，加入足量的聚合物预防水化膨胀，同时加入足量的页岩抑制剂维护处理，防止垮塌极泥包钻头。

（3）加强化钻井液抑制性能；保持钻井液具有强的抑制性、抗污性和良好的流变性；调整钻井液性能为低粘高切，同时控制好钻井液的虑失量，保证中压虑失量4ml以内，同时随钻补充沥青质类处理剂及超级碳酸钙，使钻井液泥饼质量薄而有韧性，从而达到井眼稳定的目的，为安全钻进奠定良好基础。

3.2.2水平段段钻井液技术措施

（ 1）井壁稳定技术措施

1）强支撑

三开井段地层压力是0.91-0.95 g/cm3，设计密度范围为1.10-1.30g/cm3。根据实钻地层掉块应力垮塌情况较明显，借鉴石盒子组区域水平井段井壁失稳技术对策，采用力学支撑实现井壁稳定，建议密度1.25-1.30g/cm3。

2）强抑制

①施工过程中再加入8-12%KCL，以尽一步提高钻井液的抑制性；通过K+镶嵌作用和抑制粘土分散，实现化学固壁。

②加大抗盐降滤失剂SPNH、SMP-2、PAC用量，严格控制失水，减少钻井液滤液进入地层裂缝的量，减小地层吸水膨胀剥落掉块。

3）强封堵

①加大磺化沥青、超细钙，阳离子乳化沥青等处理剂实施多元复合封堵技术， 封堵微裂隙增强井壁稳定性。

  （2）润滑防卡技术措施

1）在满足井下安全前提下（井控、井壁稳定）尽量控制较低的钻井液密度，以减少压差卡钻风险。

2）控制良好的井眼轨迹，配合“润滑剂固液结合”工艺，加大润滑剂等处理剂用量维护钻井液具有良好的润滑防卡能力。

3）强化固控，严格控制含砂量小于0.2%，减少钻具与泥饼摩擦系数。

（3）防漏及提高地层承压能力技术措施

1）钻井液中加入可酸溶性小粒径随钻防漏堵漏材料(QS-2，LF-1，LF-2，PB-1) ，防漏堵漏材料进入地层中的微孔、微裂缝、裂缝通道，形成一段塞子，提高地层承压能力。随钻补充防漏堵漏剂的消耗，保持钻井液中随钻堵漏材料的含量为2%上。

2）每次起钻之前，大排量洗井一周,保障井眼通畅,注入承压封堵浆覆盖本钻头新钻开的地层，通过下钻的激动压力和加压循环，对地层就做一次承压堵漏施工，及时的对裂缝性易漏失地层进行有效封堵，提高地层承压能力。

3）钻进中维持油质类封堵剂，可变型纳米级封堵剂的含量，改善泥饼质量，依靠其相应作用机理封堵地层微裂缝，提高地层承压能力。

三、应用效果

2017-2020年渤钻石油工程总承包分公司第二项目部靖边区域共完成水平井43口，水平井钻井液技术在应用中得到了进一步完善与优化。现场应用证明，欠饱和钾基高分子钻井液体系具有流变性好、携岩能力强、泥饼质量好、润滑性好、封堵护壁效果好等特点，满足了长庆油田补浪河地区水平井钻井施工提速提效的需要。