川西中深水平井钻井液技术

唐冰 张勇 吕烛 刘锐 骆强

【摘要】川西蓬莱镇组及沙溪庙组为川西中深水平井主要开发储层，地层泥页岩发育，地层砂体发育不均质性，地层埋深浅。中深水平井存在水平井水平段长、位垂比大、靶点调整、控制点增加，井眼轨迹复杂，摩阻、扭矩大等难点。聚胺仿油基钻井液具有较强的封堵性，有效地抑制泥页岩水化分散及较佳的润滑性，较好地应用于川西中深水平井钻井。

【关键词】蓬莱镇 沙溪庙 泥页岩 封堵 抑制

川西中深层致密气藏一直是西南油气分公司的主力气藏，由于水平井能大大增加储层的泄流面积，提高钻遇裂缝的机会，降低流向井筒的阻力，从而使其也逐渐应用到低渗致密气藏开发中。目前川西中深水平井以蓬莱镇组及沙溪庙组为主要目的层，2012年针对开发蓬莱镇组气层共开发了63口水平井，针对开发沙溪庙组共开发了45口水平井。川西中深水平井开发区域主要分布在马井气田、孝泉气田、新场气田、合兴场气田、新都—洛带气田、什邡—马井地区及广金地区等。

1 地质特征

川西中深水平井主要目的层蓬莱镇组及沙溪庙组，地层泥页岩发育，含砂质，钻井施工过程中极易发生井壁失稳复杂井况。

蓬莱镇组地层岩性多样，主要为绿灰、棕褐色（粉砂质）泥岩与浅灰、绿灰、褐灰色细粒岩屑、岩屑长石石英砂岩、（泥质）粉砂岩不等厚～等厚互层。区内蓬莱镇组泥岩较发育，一般都暗褐色、暗紫色。部分含砂质，含少量石膏。

沙溪庙组地层岩性主要为砂、泥岩及砾岩地层，分上沙溪庙组和下沙溪庙组。上沙溪庙组地层岩性主要为：绿灰、紫棕泥岩、粉砂质泥岩与褐灰、绿灰色细粒岩屑、岩屑长石、岩屑石英砂岩、中粒岩屑砂岩、（泥质）粉砂岩、钙质粉砂岩略等厚～不等厚互层；下沙溪庙组地层岩性主要为：绿灰、棕、紫棕色（粉砂质）泥岩与浅灰、绿灰色细粒岩屑、长石岩屑砂岩、中粒长石岩屑、岩屑砂岩、粉砂岩不等厚互层，底为一套浅灰色粉～中砂岩。

2 钻井液技术难点

2.1 靶点调整、控制点增加，井眼轨迹复杂，摩阻、扭矩大

水平储层段存在砂体发育不均质性，水平段控制点增加，导致水平段井眼轨迹复杂情况、井下摩阻增加。

2.2 水平位移大、位垂比大、水平段长，易阻卡

地层埋深浅，水平段长（最大1500m）、位垂比大（最大2.01：1），在造斜段及水平段钻井施工时易出现“托压”，完钻下套管时可能存在摩阻大，下放困难等难题；同时其水平段较长，随着水平段的延伸，起下钻摩阻也相应增大，特别是水平段蓬莱鎮组钻井时可能出现砂岩、泥岩交替出现的情况，在水化作用下，井壁易失稳，钻遇泥岩时井内摩阻较大；在水平段钻进时，钻具带有井下马达，加之钻井液密度较低，因此可能存在钻具对井内的扰动不够和排量受限等难题，而导致井内存在岩屑堆积以致形成岩屑床导致井下阻卡。

2.3 B靶点上翘

部分中深水平井，B靶点上翘，钻井时井内摩阻大，易阻卡。

2.4 易井壁失稳

蓬莱组、沙溪庙组地层为川西工区中深主产气层，地层微裂缝发育，富含泥页岩，含砂质，极易水化分散，钻井施工中极易发生坍塌、掉块、缩径等井壁失稳复杂井况。

3 聚胺仿油基钻井液配方及性能评价

适用于川西中深水平井快速钻井的聚胺仿油基钻井液配方如下所示：

3～5%膨润土、4%纯碱（土量）、0.2～0.3%聚合物包被剂、0.1～0.4%聚合物降粘剂、0.8～1.5%聚合物降滤失剂、5～8%仿油基处理剂、4～7%液体润滑剂、1～2%极压润滑剂、2～4%磺化褐煤、2～4%磺化丹宁、3～5%沥青类防塌剂、0.8～1.5%聚胺抑制剂。3.1 抑制性

取50g蓬莱镇组泥页岩岩心，将其在钻井液及清水中于100℃下滚动16h后回收，通过目数为40目的筛网，岩屑回收率分别为98.5%及27.3%。表明该钻井液体系具有很强的抑制能力，够有有效的抑制川西蓬莱镇组及沙溪庙组的泥页岩水化分散，从而保护井壁。

3.2 润滑性

在钻井液中加入15%的岩屑粉，分别选取钻井液基浆及加入岩屑粉后的钻井液热滚100℃×16h，测试其摩阻系数。钻井液基浆摩阻系数为0.07，加入岩屑粉后的钻井液摩阻系数为0.1。由此可以看出，该钻井液体系润滑性能较好，有利于大位移、长水平段、大位垂比水平井的钻井施工。

3.3 封堵性

将钻井液在100℃×16h热滚后，测试其60℃条件下的API失水及100℃下的高温高压失水，其API失水为3ml泥饼为0.5mm，高温高压失水为6ml泥饼为2mm。由此可以看出该钻井液体系具有良好的封堵性能，能有效的封堵蓬莱镇组及沙溪庙组地层，减少钻井液滤液对地层的浸泡，较好的维护井壁稳定及保护储层。

综上所述，该钻井液体系具有较好的抑制性和封堵性，有利于井壁稳定；且具有良好的润滑性，适合于川西工区蓬莱镇组及沙溪庙组等不稳定岩性地层及大位移、长水平段、大位垂比水平井的钻井施工。

4 现场应用情况

该钻井液体系广泛应用于川西中深水平井钻井施工，如孝蓬2-1H井，该井位垂比（1.91：1），创川西地区水平井水平位移最大（1821.97m）和水平段最长（1502m）两项纪录；什邡104-3HF井完钻井深2844m，钻井周期26.42天，台月效率3231.81米/台月，创川西地区2501～3000m水平井钻井周期最短和台月效率最高纪录；什邡115-1HF水平井完钻井深2114m，位垂比2.01，创川西地区2001～2500m水平井位垂比最大纪录。

2012年川西水平井平均机械钻速达到4.36m/h，同比去年提高29.3%；2012年蓬莱镇水平井完井63口，钻机月速度1663m/台月，同比去年提高20%；沙溪庙水平井完井45口，钻机月速度1498m/台月，同比去年提高7%。

该钻井液体系在钻井施工过程中主要的维护处理措施如下所示：

（1）将聚合物包被剂、聚合物降粘剂等处理剂配成胶液，以“细水流长”地方式维护钻井液流变性，同时控制钻井液坂含在30～50g/L。

（2）维护钻井液中磺化褐煤、聚合物降滤失剂等降虑失处理剂的含量，维护钻井液失水小于4ml，减少钻井液滤液对井壁的浸泡作用。

（3）维护钻井液中仿油基处理剂、液体润滑剂、极压润滑剂等处理剂的含量，控制钻井液粘附系数≤0.10。

（4）采取如下措施防止岩屑沉积和清除已形成的岩屑床：

①合理利用不同流型（层流与紊流）的钻井液段塞来清除岩屑床，避免过渡流。若井底已形成岩屑床，应先用低粘度高速紊流清扫，紧接6～8m³高粘层流携带。保持钻井液动塑比控制在0.4～0.6之间。

②尽可能使用大排量洗井，钻进中加强短程起下钻划眼，破坏岩屑床。

③钻井过程中加强对摩阻的实时监控和对比。

（5）维护钻井液中聚合物包被劑、聚胺抑制剂、沥青类防塌剂等处理剂的含量并根据进尺情况及时补充，强化钻井液的防塌抑制性能，有效封堵蓬莱镇组和沙溪庙组泥页岩，抑制其水化分散。

（6）根据地质提示使用合理的钻井液密度，维持井壁的力学平衡，确保有足够的支持力。

（7）钻遇漏失，采用高酸溶率防漏堵漏材料实施堵漏作业，有效保护储层。

（8）使用好固控设备，严格控制钻井液中的劣质固相含量和低密度固相。根据需要，间断使用离心机，遇气侵，使用除气器。

（9）如井眼轨迹或方位变化大引起钻具运动遇阻、遇卡等井内复杂情况，以及测井、下套管前，可使用固体润滑剂（玻璃微珠）降低摩阻。微珠粒径以20～40目为好，加量以1～2%为宜（表1）。

5 结论及建议

（1）川西中深水平井目的层蓬莱镇组及沙溪庙组地层泥页岩发育，钻井施工中极易井壁失稳；

（2）川西中深水平井水平储层段存在砂体发育不均质性，靶点调整、控制点增加，井眼轨迹复杂，摩阻、扭矩大以及水平位移大、位垂比大、水平段长等钻井液技术难点；

（3）室内实验及现场应用情况表明，聚胺仿油基钻井液对泥页岩具有较强的封堵性，有效地抑制泥页岩水化分散，同时具有较佳的润滑性能，满足中深水平井快速钻井，2012年川西水平井平均机械钻速达到4.36m/h，同比去年提高29.3%。

参考文献

[1] 齐从丽.川西深层水平井钻井液技术[J].化工时代，2012，09

[2] 杨国兴，张珍，周成华，等.川西沙溪庙组水平井封堵防卡钻井液技术[J].钻井液与完井液，2012，04