高性能钻井液优化技术在致密地层中的应用

王飞 秦磊 王振海 李如超 沈晓兵

摘要：油田研究区块发育有丰富的致密油资源，在致密油发育层位粘土含量相对较高，且裂缝和微裂缝发育，在钻井过程中经常发生剥落掉块和井壁坍塌等事故。在油田降本增效形势下，高成本、高污染的油基钻井液已经停止应用，而常规水基钻井液又难以满足井壁稳定性需求。因此，通过技术攻关，研发出一套性能与油基钻井液接近的仿油基钻井液，在A井进行应用时，钻井液综合性能优异，满足了油田致密油资源的高效开发。

关键词：钻井液；井壁坍塌；高性能；优化技术

1 A井钻井液施工难点

A井二开从上至下钻遇地层过程中存在以下钻井液施工难点：（1）三段到一段的地质岩性主要为黒灰、深灰色泥岩、粉砂质泥岩、灰色泥质粉砂岩、黑褐色油页岩、底部为一组黒褐色油页岩，粘土矿物含量较高，以蒙脱石为主，经常发生造浆和缩径的复杂；（2）二、三段地层泥岩段较长，粘土矿物以伊蒙混层为主，泥岩易吸水水化后发生膨胀剥落和掉块；（3）一组属于硬脆性泥岩，层理发育，常发生掉块、坍塌和卡钻的复杂；（4）水平段较长，超过1384ｍ。因此，该井在钻井施工中要提高钻井液抑制性、封堵能和润滑防卡能力。

2钻井液配方研究与性能评价

2.1配方研究

通过室内实验，优选出多胺基抑制剂、纳米级聚合物封堵剂、环保型液体润滑剂这些仿油基钻井液体系的主处理剂。多胺基抑制剂是一种含有较多伯胺基、叔胺基基团的低分子量抑制剂，对粘土含量高的泥页岩地层具有良好的抑制效果。纳米级聚合物封堵剂粒径分布范围广，能实现从纳米级到微米级微裂缝的有效封堵；环保型液体润滑剂既能满足环保要求，还能满足长水平段水平井对钻井液润滑性的需求。在三种主处理剂基础上，通过优选配伍性良好的其他钻井液处理剂，并开展配方研究最终形成仿油基钻井液配方：4.0％膨润土＋0.25％纯碱＋0.02％ＫＯＨ＋2.0％多胺基抑制剂＋2.5％聚合物封堵剂＋0.3％包被剂，润滑剂根据现场不同井段的施工情况而确定加量。

2.2性能评价

在室内对研发的仿油基钻井液的流变性、抑制性等性能进行了评价，并与油基钻井液进行了对比。实验结果如表1所示。由表1可知，钻井液滤失量低于3ｍL，滚动回收率大于92％，极压润滑系数为0.12，说明其抑制性和润滑性都较好，与油基钻井液接近，能够满足现场施工需求。

表1钻井液基本性能数据表

注：钻井液120°Ｃ热滚16h。

3现场应用

研发的仿油基钻井液体系在致密油区块推广应用20口井以上，整体效果突出，满足了油田致密油藏开发需求。在A井施工效果最显著，创造了当时油田使用水基钻井液最长水平段记录1384ｍ。该井在1452ｍ进行二开，使用仿油基钻井液体系，在配完浆后，对钻井液充分循环，测得钻井液性能如表2所示，符合开钻要求。开钻后未出现跑浆现象，返砂良好粘泥多，岩屑清晰。

表2配浆钻井液性能表

3.1直井段钻井液维护情况

该井直井段为1452-1472ｍ，仅有20ｍ，纯钻时间为Lｈ，平均机械钻速为20ｍ／ｈ，配浆后的钻井液性能如表3所示。在钻完塞后直接钻进至造斜井深，直井段进尺在钻进时所用钻具组合同钻水泥塞钻具组合，钻压4ｔ，排量32L／ｓ（170ｍｍ缸套，95冲，按泵效95％计算），栗压12ＭPａ，每钻完一根单根利用顶驱划眼2遍（使用倒划眼）后接单根。

表3配浆后钻井液性能数据表

3.2造斜段钻井液维护情况

在造斜段施工过程中加入足量的药品，现场罐面设备较好，降滤失剂、包被剂及抑制剂能利用胶液罐配制胶液使用，每天还定量加人润滑剂，整口井的施工期间每天各种药的加量总和在4ｔ左右，泥浆性能控制在55~65ｓ之间，满足现场施工要求。现场的固控设备较好，基本使用筛布目数为120ｘ3和140ｘ3的两个振动筛，后期增加使用除砂器振动筛。造斜段的钻进过程中钻井液性能满足设计及现场施工要求。在全井钻进过程中粘度不高，都在55ｓ左右，这样钻井液具有低粘高切特性，携岩效果好。在整个造斜段的施工过程中的返砂效果都较好，岩屑呈砂状，较细。当使用细目数筛布后钻井液的比重增长较快，钻井液的设计比重为1.05-1.20ｇ／ｃｍ³，钻进时一直使用离心机，离心机底流密度1.20ｇ／ｃｍ³，全井离心机的使用时间为210ｈ，保证清除有害固相。

3.3水平段钻井液维护情况

本井水平段的施工过程中油层的钻遇率较高，段长1384ｍ，水平段基本全部在油层中。水平段较长，润滑性非常重要，每天务必补充充足的润滑材料，保证现场施工顺利进行。在现场服务人员务必实时掌握井上和井下情况，出现托压或其他异常情况提前主动处理，经常和各方沟通。该井整个水平段的施工过程中，钻井液的粘度控制在55~65ｓ之间，动塑比0.39~0.62之间，满足设计和现场施工要求，在钻进时返出的岩屑较细，返出量正常，钻井液比重升高过快，由于离心机分离出来的钻井液底流密度为1.20ｇ／ｃｍ

³，该井完井的比重为1.22ｇ／ｃｍ³，施工期间随时注意井下情况，未出现复杂情况。本井钻进至2570ｍ出现4％的二氧化碳含量，3300ｍ时达到最高（12％），到3500ｍ时降到4％，如果地层有二氧化碳，二氧化碳遇水发生化学反应生产碳酸，促使钻井液发酵，务必注意每天补充足量的ＫＯＨ，保证钻井液的PＨ值。

4结论

（1）针对致密油地层地质特点，通过优选处理剂和配方研究，开发出一套综合性能优异的仿油基钻井液体系。（2）高性能钻井液在致密油区块累计应用超过20口井，整体效果显著，其中在A井水平段达到2033ｍ解决了致密油地层易失稳的难题，井壁稳定，井径规则，井下安全，具有广阔应用前景。

参考文献：

［1］刘永贵，张洋，徐用军.深层水平井双聚胺基钻井液技术研究与应用［Ｊ］.探矿工程，2015，42（10）：116.

［2］侯杰.新型抗高温聚胺抑制剂在致密油水平井中的应用［Ｊ］.钻采工艺，2017，40（5）