石炭系碎屑岩钻井液技术

厉明伟

摘要：石炭系碎屑岩水平井开发利用，是塔河区块产能再提高的重要方向。通过对石炭系碎屑岩施工井经验的总结分析结合室内研究，针对性的提出了解决水平井井壁不稳定性的方案。该方案结合水基钻井液和油基钻井液的优缺点，改进了高性能水基钻井液体系，大大提高了碎屑岩水平井的安全高效勘探。

关键词：石炭系碎屑岩；钻井液；井壁稳定

1简介

石炭系碎屑岩钻探主要位于S60井附近，为塔河东部石炭系构造高部位区块，主要目的为评价石炭系卡拉沙依组CK2亚段储层展布及含油气性，目前石炭系碎屑岩水平井钻进，普遍存井壁不稳定，造成实际钻井周期大幅超设计。为此通过对前期施工经验的总结以及室内配方的研究，形成了一套针对碎屑岩施工的井壁稳定技术，对于实现碎屑岩水平井施工起到了很大的作用。

2钻井液技术难点

（1）上部地层成岩性较差，地层疏松，容易发生串漏和井壁垮塌。

（2）快速钻进，钻屑劣质固相多，易污染钻井液变稠

（3）康村组和吉迪克组富含石膏，易污染，石膏吸水，易蠕变缩颈。

（4）库姆格列木群-巴什基奇克组等砂岩发育地层，地层渗透性好，易缩颈。

（5）定向段井斜大，柯吐尔组和卡拉沙依组泥岩井壁稳定性差。

（6）舒善河组下部-亚格列木组附近存在断层，极易井漏。

（7）石炭系孔隙压力低，坍塌压力偏高，容易压差卡钻、井漏。

（8）侏罗系下统、三叠系、石炭系易塌，需要防止坍塌卡钻。

3钻井液体系优选及井壁稳定技术

通过室内优选较强的抑制剂和封堵剂形成了抑制性较强的高性能水基钻井液，配方如下：3%～4%土浆+ +1%聚胺类抑制剂+1%磺酸盐腈硅降失水剂 +1%～1%抗高温降滤失剂+ 2%～3%磺甲基酚醛树脂+1.5%～2%中低软化点沥青+ 2%～3%活度调节剂+ 1%～2%成膜封堵剂+ 5%～10%多点吸附润滑剂 + 1%～2%褐煤树脂

针对石炭系碎屑岩定向泥岩井壁不稳定形成如下措施：

3.1封堵防塌措施

    （1）提高钻井液的抑制防塌和封堵防塌能力，选用活度调节剂和抗高温聚合物配合，不仅具有良好的抑制能力，同时也具有较好的防塌效果，配合多级配填充封堵剂提高钻井液的封堵防塌能力。做到钻一段地层封固一段地层，保证所钻井眼的井壁稳定。

    （2）保证中低软化点沥青的有效含量，同时加入抗高温处理剂，提高钻井液抗高温防塌能力。

    （3）严格控制钻井液的滤失量在设计范围，优化钻井液粒度分布，形成高质量滤饼，提高滤饼对井壁的防护支撑能力。

（4）白垩系钻进时，控制好钻井液的坂土含量30-35g/L，及时根据地层变化和泥浆性能变化补充水化护好胶的膨润土浆使用好四级固控设备，及时清除钻井液中的劣质固相，保证泥饼质量。

（5）进入侏罗系前将钻井液的性能调整至设计范围内，补充水化好的膨润土浆，坂含控制在35-40g/L，控制API失水小于4ml，HTHP失水小于12ml（实验温度高于井底温度10-15℃），加入3-5%磺化沥青粉和胶体沥青等沥青类防塌材料，软化点100-120℃，配合使用超细、随钻堵漏剂和单向压力屏蔽剂提高钻井液的封堵防塌能力。

（6）配制一罐封堵防塌泥浆，每钻进3-5根，推封堵泥浆5-8方，加强对地层微裂缝的封堵。起下钻或短起下钻配制封堵防塌泥浆封闭井底，通过起下钻加强对井壁修复。

封堵防塌泥浆配方：40方井浆+8-10方坂土浆（浓度10-12%）+1-2%SMP-2+1-2%褐煤树脂+1-2%胶体沥青+1-2%磺化沥青粉+5-8%超细钙+1-2%单封

3.2防粘防卡措施

（1）亚格列木和侏罗系下统地层存在大段砂岩，邻井亚格列木砂岩段地层孔隙当量密度只有1.07g/cm3，为减小钻井液对地层的压差，泥浆中随钻加入1-1.5%可酸溶随钻堵漏剂、2-3%超细碳酸钙（不同粒径复配），配合纤维类封堵材料，加强封堵，提高泥饼质量。

（2）高效使用好四级固控设备，及时清除钻井液中的无用固相。根据进尺情况及岩性变化情况，补充护好胶的膨润土浆，形成致密泥饼，加强对井壁微裂缝的封堵。

（3）准备一罐封堵浆，侏罗系、三叠系每钻进3-5个单根，推封堵浆3-5方，加强对砂岩地层的封堵。

封堵浆配方：井浆+5-8方坂土浆（10-12%浓度）+1-2%SMP-2+1-2%褐煤树脂+1-2%胶体沥青+2-3%超细碳酸钙+1-1.5%随钻堵漏剂或单向压力屏蔽剂

（4）每次起钻，配高坂含润滑封堵浆封闭侏罗系、三叠系，通过起下钻加强对微裂缝地层及渗透性砂岩地层封堵。

封井浆配方：井浆+5-8方坂土浆（12%浓度）+1-2%SMP2+1-2%褐煤树脂+1-2%胶体沥青+3-5%超细碳酸钙+1-1.5%酸溶暂堵剂

4钻井液分段维护技术措施

4.1一开井段

①提前配好般土浆200方，坂土浆配方：7%膨润土+0.1%烧碱+0.2%纯碱, 10%土浆100方备用（坂土浆配方：10%膨润土+0.1%烧碱+0.2%纯碱），充分水化24小时以上。

②预水化膨润土性能，粘度在60秒左右开钻，必要时可加入高粘调整(根据现场实际情况做小型实验确定其加量)，以满足一开要求。

③一开钻进前200m钻进以小排量钻进，不跟胶液，保持粘度60秒左右，防止导管鞋处防止串漏；钻过200米后双泵大排量（60L/s以上）钻进时，补充胶液：井场水+0.1~0.3%KPAM配合固控设备及跟稀胶液将粘度降至35秒左右。

④日常胶液维护：井场水+0.2~0.3%KPAM，维持粘度35秒左右。

⑤固控设备的使用率100%，最大限度的清除劣质固相，确保钻井液的清洁。间接性勤排放沉沙罐，确保上水的清洁。维护密度低于1.12g/cm3。

⑥一开完钻前50米左右补充预水化土浆，将全井井浆调整粘度至45s。中完充分循环后，用10%高浓度土浆不小于40方推塞进一步清洗井眼，同时也提高了全井钻井液粘切，下钻通井充分循环后，配封井浆50方加入润滑剂进行封井以保证下套管的顺利到底。

4.2二开井段

（1）开钻前认真检查整改固控设备、加料系统及循环罐系统，清罐，发现问题及时整改。钻水泥塞过程中，防止水泥污染，提前做好钻井液的预处理工作。

（2）二开开钻，钻井液粘度维持在40-60s，控制好排量，防止套管水泥环脱落，钻铤出套管后，再提高排量，用胶液降低钻井液粘度30-35s，在进入吉迪克组之后执行设计要求，将失水控制在5-10ml。

（3）4000m以上地层钻井液保持低粘低切低固相，钻井液PH值控制在8-8.5，防止加速泥岩水化分散，加强钻井液的抑制性。钻井液中聚合物KPAM浓度维持在0.3－0.5%，控制好钻井液的流动性，固相含量小于10%，含砂量小于0.3%。

（4）未加磺化材料前的钻井液可以排放到泥浆池，上部地层快速钻进，控制好钻井液的土相含量和劣质固相含量，保证钻井液的冲刷井壁效果，若固控设备无法满足快速钻进要求，及时排放泥浆后，用稀胶液补充泥浆量，调整流动性，降低泥浆中的土相、固相含量。

（5）进入吉迪克组，用1-2%LV-CMC及0.5-1%PAC-LV降低失水至10ml以内，保证钻井液的泥饼质量，防止砂岩高渗地层形成虚厚泥饼，造成起下钻阻卡。进入吉迪克后密度控制在1.16g/cm3-1.18g/cm3，4500m前密度提升至1.25g/cm3。

（6）高效使用四级固控设备，使用120-150目的筛布。除砂器、除泥器满负荷运转，并保证使用效果，最大限度地及时除去有害固相。加重前离心机使用率100%，加重后根据进尺及钻井液性能合理使用。

（7）日常维护中，所有聚合物类处理剂必须配成胶液，充分水化后，按循环周均匀补入井浆。补充胶液时，一定要细水长流，并按循环周进行，防止钻井液性能大幅度波动。

（8）控制好钻井液的泥饼质量，控制泥饼粘附系数kf小于0.10，确保泥浆良好的润滑性能，防粘、防卡。

结论

（1）油基钻井液的能有效减弱，泥岩的水化膨胀，但是油基钻井液的封堵性能有待提高，特别是油基钻井液中纳米级封堵颗粒偏少，形成好的泥饼方面较水基钻井液差。

（2）水基钻井液的抑制性能比油基钻井液差很多，但是在稠塞配合短期下修复井壁方面能起到较好的作用。

（3）高性能水基钻井液通过提高钻井液的抑制性，结合油基钻井液的润滑性，能有效解决石炭系碎屑盐定向井壁不稳定，在施工井中周期结余近20%,施工安全平稳。

参考文献：

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[2]赵志国，白彬珍，何世明，等。顺北油田超深井优快钻井液技术。石油钻探技术。2017.45（6）：（8-13）

[3]赵江印、等岩屑床的控制技术及其应用，钻井液与完井液，1999.16（3）