快速钻井液技术的研究与应用——以准噶尔盆地车排子—中拐地区为例

张伟 杨洪 蒋学光 季川新 彭松乔

中国石油新疆油田公司勘探公司

快速钻井液技术的研究与应用
——以准噶尔盆地车排子—中拐地区为例

张伟 杨洪 蒋学光 季川新 彭松乔

中国石油新疆油田公司勘探公司

针对准噶尔盆地车排子—中拐地区钻井过程中井壁坍塌严重、钻井液固相含量高、钻头泥包严重、钻井速度低等问题，优选出一种快钻剂，在此基础上研发出一套快速钻井液体系。评价结果显示：快钻剂KSZJ与现场钻井液体系配伍性好，能很好地吸附于钻柱、井壁及钻屑表面，改善钻井液的润滑性能及抑制性能。现场应用结果表明：该快速钻井液体系具有抑制能力强，性能稳定（抗温达160℃，抗盐10%，钻屑回收率超过80%），润滑、防卡、防塌、防泥包和减阻性能好，机械钻速快等优点；与邻井相比，使用该快速钻井液的井平均机械钻速提高了60%以上，明显减少了井下复杂情况，显著降低了钻井风险和综合成本，对及时发现该区油气资源和保护油气储层也起到了良好的作用。

准噶尔盆地 车排子—中拐地区 快钻剂 快速钻井液体系 吸附 润滑 抑制 机械钻速

车排子—中拐地区（以下简称车—拐地区）位于准噶尔盆地西北缘的西南角，构造位置处于红山—车排子断裂带上，自上而下钻遇的地层为新近系、古近系、白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系及石炭系。该区钻井过程中普遍出现地层机械钻速低，钻井速度慢、周期长等现象，严重影响了油气勘探开发进程，究其原因如下：①车—拐地区白垩系、侏罗系、三叠系等岩层为大段泥岩与泥质粉砂泥岩，地层水敏性强，易水化分散膨胀导致缩径和井塌；②普通钻井液在使用过程中黏度和切力较高，易发生钻头泥包、提钻挂卡严重等复杂情况；③钻井液固相含量较高；④个别井段密度窗口窄。为此，开展了快速钻井液技术的室内研究。

1 快速钻井液作用机理及配方优选

快速钻井液技术是利用现有钻井机械设备，在不改变钻井水力参数、钻具结构和不影响钻井液应具有的携屑、悬浮、稳定井壁性能的条件下，通过减小压持效应、提高岩石可钻性、增大井壁稳定性、减小环空压力降、增大钻头水马力等手段，最终达到大幅度提高机械钻速的效果［1－9］。

快钻剂是一种表面活性剂，由于不同快钻剂与钻井液体系的配伍性不同，因而笔者选择3种快钻剂并室内评价了它们与现场常用的2种钻井液的配伍性。钻井液配方如下：

1号：4%膨润土＋0.35%K－PAM＋0.5%CSW－1＋2%LY－102＋2%SPNH＋3%SMP－1＋2%PSC。

2号：4%膨润土＋0.2%Na2CO3＋0.2%NaOH＋0.6%MAN104＋0.6%MAN101＋0.5%NH4HPAN＋3%阳离子乳化沥青＋1%低荧光润滑剂＋2%～3% JCM－102。

通过室内试验，3种快钻剂对钻井液流变性影响均不大，但其中快钻剂KSZJ对钻井液表观黏度（AV）、动切力（YP）、初切力和终切力（G1／G10）的影响最小；其润滑系数（Mf）和黏滞系数（Kf）最小，润滑性最好；其滤失量（FL）也最小，降滤失作用最好。因此，选择快钻剂KSZJ及2号钻井液作为快速钻井液体系。

2 快速钻井液性能评价

2.1 抗温性

该实验主要考察温度对快钻剂在膨润土表面上吸附是否有影响，以及温度是否引起快钻剂降解而导致钻井液润滑性下降。从表1的实验结果可见，2号钻井液体系及2号＋0.5%KSZJ快速钻井液的表观黏度、动切力和静切力随温度的升高而下降，且下降幅度基本相同，润滑系数和黏滞系数略有下降，表明快钻剂KSZJ的抗温性较好。

表1 温度对快速钻井液性能的影响表

2.2 抗盐性

由于KSZJ是一种表面活性剂，无机盐对其在黏土及钻柱上的吸附有影响，影响程度与处理剂结构有关。因此，室内评价了NaCl加量对快速钻井液性能的影响。从表2的实验结果可看出，快速钻井液表观黏度、动切力和静切力随NaCl加量的增加先上升后下降，滤失量随加量的增加不断上升。加量在10%以内时变化都不大，基本性能都能满足安全钻井要求。加量大于10%时则需加入其他的处理剂进行调整。

表2 NaCl加量对快速钻井液性能的影响表

2.3 抑制性

分别取快速钻井液、4%膨润土基浆400 m L于老化罐中，加入30 g 6～10目现场钻屑，然后放入滚子炉里，在120℃下加热滚动16 h后，取出老化罐，待其冷却后用40目筛子过滤，收集未分散的钻屑，放入烘箱中，在103℃下烘干并称重，计算钻屑回收率。快速钻井液两次分别回收24.5 g、23.7 g，回收率为81.67%、82.33%；而4%膨润土基浆的回收率则只有32%、34%，该试验表明快速钻井液抑制性强。

3 现场应用

在车峰5井第二次开钻井段980～1 441 m首次采用该快速钻井液体系技术进行了钻井。钻井液配方为：4%膨润土＋0.2%Na2CO3＋0.2%NaOH＋0.6% MAN104＋0.6%MAN101＋0.5%复配铵盐＋3%阳离子乳化沥青＋1%低荧光润滑剂＋2%～3%JCM－12。表3是在井深980 m加入KSZJ剂前后钻井液性能的变化。可见钻井液的漏斗黏度（FV）、泥饼厚度（K）等基本不变，仅动切力和滤失量略微下降。

车峰5井使用快钻剂后效果明显：钻井液循环一周后，观察振动筛上岩屑上附带油花，岩屑颗粒变大；转速迅速增加；钻头无泥包现象；该井第二次开钻只使用了1个牙轮钻头，邻井一般使用2～3个牙轮钻头；钻井速度明显提高。

在车峰5井试验成功后，快速钻井液技术又在车峰6、车峰7、车峰031、车排1、红光4、沙门1和石桥1等井进行了推广应用，使用快钻剂前后提高机械钻速的对比情况如图1所示。

图1表明使用快钻剂的井机械钻速明显提高，其中车峰7井的钻速高达26.9 m／h；在泥岩、砂泥岩井段能够平均提高机械钻速达60%以上，有效解决了车—拐地区白垩系、侏罗系、三叠系等岩层易垮塌、易缩径阻卡、易钻头泥包、摩阻大、钻速慢等问题，显著降低了钻井综合成本。

表3 车峰5井钻井液性能实验测试结果表

图1 使用快钻剂与未使用快钻剂的机械钻速对比图

石桥1井使用快钻剂不仅提高了钻速，而且钻进中及时发现了天然气层，这与快钻剂的防堵塞、及时发现和保护油气层的特性是有密切关系的。

4 结论

1）KSZJ快钻剂与车—拐地区现场常用的钻井液体系配伍性好，对钻井液常规性能基本无影响。用其配制快速钻井液的润滑性能和抑制性能显著提高，抗温达160℃，抗盐10%，钻屑回收率超过80%。

2）现场应用表明，快速钻井液性能稳定，使用后其固相含量相对减少，钻屑变硬变粗，无钻头泥包，井壁稳定，摩阻和扭矩减小，转速增大，机械钻速提高，使用快钻剂的井机械钻速较邻井平均提高60%以上，明显减少了井下复杂情况，显著降低了钻井风险和综合成本，对及时发现该区油气资源和保护油气储层也起到了良好的作用。

［1］屈沅治，孙金声，苏义脑.快速钻进钻井液技术新进展［J］.钻井液与完井液，2006，23（3）：68－71.

［2］孙金声，杨宇平，安树明，等.提高机械钻速的钻井液理论与技术研究［J］.钻井液与完井液，2009，26（2）：1－6.

［3］谢水祥，蒋官澄，陈勉，等.破解塔里木盆地群库恰克地区井壁失稳难题的钻井液技术［J］.天然气工业，2011，31（10）：68－72.

［4］张艳娜，孙金声，王倩，等.国内外钻井液技术新进展［J］.天然气工业，2011，31（7）：47－54.

［5］余丽彬，朱夫立，熊开俊，等.快速钻进钻井液的研究及其在吐哈油田的应用［J］.钻井液与完井液，2007，24（5）：18－21.

［6］杨宇平，孙金声，杨枝，等.快速钻井剂稳定井壁快速钻进作用机理研究［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2010，32（1）：165－169.

［7］王元兴，余加水，李竟，等.快速钻井液在莫8井区的应用［J］.新疆石油科技，2009，19（2）：9－11.

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［9］刘斌，张生军，杨志斌，等.川西地区中深井快速钻井的钻井液应用技术［J］.天然气工业，2010，30（9）：65－68.

Research and application of fast drilling fluids：A case study of Chepaizi－Zhongguai area in the Junggar Basin

Zhang Wei，Yang Hong，Jiang Xueguang，Ji Chuanxin，Peng Songqiao
（Exploration Department of Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 2，pp.60－62，2／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

This paper aims to solve many problems which easily occur in the drilling process in the Chepaizi－Zhongguai area of the Junggar Basin，such as wellbore collapse，a relatively high content of solid phase in the drilling fluids，bit balling，low penetration rates，etc.Thus，based on an optimized fast drilling additive，a fast drilling fluid system is developed.An evaluation and analysis shows that this fast drilling additive of KSZJ has a good compatibility with the on－site drilling fluids and can improve the lubrication and inhibition performance because it is easily adsorbed at the surface of drilling string，borehole wall，and drilling cuttings.Field application shows that this developed fast drilling fluid system has many good advantages including strong inhibition performance，steady properties with heat resistance up to 160℃，salt tolerance degree of 10%，and cuttings recovery rate of over 80%，as well as anti－sticking，anti－sloughing and anti－bit balling，a high drag reduction efficiency，and a high penetration rate.Compared to the neighboring wells，the average ROP of this pilot well with the developed fast drilling fluid system was enhanced by more than 60%，meanwhile the complicated downhole accidents were significantly reduced and drilling risk and comprehensive cost were decreased to a high degree.With all the above good results obtained，this newly developed fast drilling fluid system plays an important role in tapping more hydrocarbon resources timely and protecting reservoirs reasonably in this study area.

Junggar Basin，Chepaizi－Zhongguai area，fast drilling additives，fast drilling fluid system，adsorption，lubrication，inhibition，ROP

张伟，1967年生，高级工程师；1988年毕业于原江汉石油学院；现任中国石油新疆油田公司勘探公司副经理，主要从事石油地质研究与勘探现场管理工作。地址（834000）新疆维吾尔自治区克拉玛依市天山路110号。电话：（0990）6887259。E－mail：zhangw－xj＠petrochina.com.cn

张伟等.快速钻井液技术的研究与应用——以准噶尔盆地车排子—中拐地区为例.天然气工业，2012，32（2）：60－62.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.014

2011－09－30 特约编辑 杨 斌编辑 居维清）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.014

Zhang Wei，senior engineer，born in 1967，is mainly engaged in petroleum geological studies and on－site management of oil exploration fields.

Add：No.110，Tianshan Rd.，Karamay，Xinjiang 834000，P.R.China

Tel：＋86－990－6887 259 E－mail：zhangw－xj＠petrochina.com.cn