硅氟聚磺防塌钻井液体系在苏37—49井的应用

曹彦杰

【摘 要】苏37-49井是内蒙古呼伦贝尔地区设计最深的一口评价井，设计井深3300m，完钻井深3580m。该井裸眼井段长，井底温度高，地层倾角大，煤层易发生井漏，泥岩井段易坍塌，钻井完井难度大。施工中采取新型硅氟聚磺防塌钻井液体系，有效解决了上述难题。介绍了苏37-49井的施工情况，提出了几点认识和建议。

【关键词】硅氟高温降粘剂；钻井液体系；技术措施；苏37-49井

0.前言

苏37-49井位于内蒙古自治区呼伦贝尔市新巴尔虎左旗铜钵庙乡北北西24.5km处，构造位置：海拉尔盆地贝尔湖坳陷乌尔逊凹陷苏仁诺尔构造带苏八号构造群苏八-6号构造上。乌尔逊凹陷位于贝尔湖坳陷的北部，是贝尔湖坳陷的一个负向二级构造单元。乌尔逊凹陷北部围绕乌北次洼由北向南共分为四个构造带，分别为黄旗庙构造带、苏仁诺尔构造带、乌北次洼带和铜钵庙构造带。苏仁诺尔构造带是由近东西向的苏仁诺尔断裂及其伴生的次级断裂形成一系列断块圈闭所构成的。苏八构造群发育在苏仁诺尔断裂南侧，由9个四级构造组成，本井即位于苏八-6号构造上。

苏37-49井是一口评价井，完钻井深3580m，目前是海拉尔地区钻探最深的井。钻探目的：探索乌北地区基岩含油气情况，进一步了解苏仁诺尔构造带的含油气性，扩大苏仁诺尔构造带的含油气面积，分析苏仁诺尔构造带油气分布规律。苏37-49井目的层位：基底，兼探大二段、南屯组、铜钵庙组。完钻原则：钻入基底150m无油气显示完钻。

1.苏37-49井地层及施工基本情况

苏37-49井有中原钻井一公司塔海项目45709队承钻。钻井周期87天，建井周期113天。苏37-49井完钻井深3580米，井身结构Φ311.1mm钻头×717.15米+Φ215.9mm钻头×3580米，完钻层位布达特群。取芯进尺24.38米，岩心长度22.58米，取芯收获率92.62%。全井安全无事故，电测、声幅一次成功，采用双级固井，固井质量优良。

苏37-49井伊敏组和大漠拐河组地层夹有黑色煤层，容易发生缩径、坍塌、井漏；南屯组和铜钵庙组地层倾向、倾角大，是海拉尔地区井壁最不稳定的地层，经常发生井塌及井壁周期性失稳；基底岩性为灰、灰黑色凝灰质泥岩与灰、深灰色碎裂砂岩、沉凝灰岩互层，钻时慢、浸泡周期长，容易发生井塌。地层地温梯度大，井底温度达到145.3℃，抗温也是重点之难点。地质分层及岩性见表1。

表1 地质分层及岩性

针对该井地层及施工情况，必须使用强抑制性抗高温钻井液体系。通过优选钻井液体系，决定采用新型硅氟聚磺防塌钻井液体系，该体系是在原硅氟钻井液体系及聚磺钻井液体系基础上进行有效的结合，使之具有抑制性强，易于维护，抗温稳定性强、防塌效果好等特点，有效解决了井壁坍塌、掉块严重的现象，保证了井下安全，提高了钻进速度和井身质量，对于储集层段的防塌作用较为明显，满足了井下安全和优快钻井、保护油气层的需要。

2.硅氟聚磺防塌钻井液体系的特点

硅氟聚磺防塌钻井液体系是以硅氟为主要处理剂，并协同聚合物大分子、磺化材料而构建的一套水基钻井液体系，该体系可显著提高钻井液的工作性能，有利于保护储层和环境。硅氟高温降粘剂核心成分是有机硅和有机氟通过特定的化学反应形成共聚物，因其中特有的硅-氟稳定化合健使其共聚物具有优异的抗高温降粘性能。硅氟高温降粘剂是一种无毒、无污染的绿色环保型新产品。硅氟高温降粘剂在泥浆中有超强的稀释降粘能力，突出的特点是抗高温能力强，可达260℃。抗盐、抗钙性能优异，抗粘土侵蚀能力好，土容量高，作用持久。对钻井液体系有分散、润滑、消泡等作用，高温降粘效果远优于铁铬盐，并能有效地抑制页岩水化，改善钻井液的造壁功能。在钻井液密度1.5g/cm3时仍有良好的稳定性，钻井液维护处理期可长达7天以上；且凝胶强度低，降低了切力，大大提高了钻井效率。

2.1作用机理及特点

硅氟高温降粘剂是一类非离子表面活性剂，水融性强，常温下为粘稠状黑色液体，无毒、无害、无腐蚀性，-15℃时仍然具有良好的流动性。通过对硅氟高温降粘剂的浊点效应、吸附量、界面活性和有机大分子处理剂之间的相互作用分析，硅氟高温降粘剂改善钻井液性能有以下特点：

⑴硅氟高温降粘剂与聚磺钻井液体系具有很好的相容性。

⑵硅氟高温降粘剂能改善聚磺钻井液体系的热稳定性，能将聚磺钻井液体系抗高温极限提高20℃以上。

⑶硅氟高温降粘剂的荧光级别低，有利于识别和发现油气储层，生物毒性低，满足环保要求。

2.2技术指标（见表2）

表2 硅氟高温降粘剂技术指标

3.室内实验

硅氟聚磺防塌钻井液体系，和普通硅氟钻井液体系相比，在原先聚合物的絮凝、防塌、剪切稀释的基础上，加进了抑制粘土分散的硅-氟稳定化合健，它能进入粘土晶层间，靠静电作用吸引晶层，抑制粘土和页岩的膨胀水化作用，改善井眼稳定性。另外，硅氟聚磺防塌钻井液有非常好的稳定性，长时间静止其性能无大的变化，改善了泥饼质量，保护了油气层，进而降低钻井液成本。硅氟聚磺防塌钻井液在配制时对基浆的坂土不敏感，坂含较低时，钻井液性能容易控制，坂含较高时，性能也不难控制。在现场转化前，在室内试验的基础上，给出定量方案。

3.1硅氟用量的选择

根据以往在海拉尔地区打井的经验，如果硅氟的加量过高或过低，就会使钻井液体系不稳定，现场转化处理复杂，劳动强度增大。通过室内对几口井井浆转化的试验，确定硅氟含量在2～3%时钻井液性能较容易处理，性能也比较稳定。经室内页岩回收率试验可知，不加入聚磺类药品时该体系抑制岩屑分散能力也较强，但加入聚磺类药品后抑制效果更好。试验数据见表3。

表3 页岩回收率试验数据

3.2坂土含量的选择

在转化硅氟聚磺防塌钻井液时，采用老井浆直接转化的方法即省时省力又简便。在室内试验中我们发现，老井浆中的坂含一般都在65g/l以上，直接转化后钻井液性能难处理，粘、切较高。因此，采用配胶液加入、留大部分老井浆的办法，降低体系中的坂含。但要注意坂含不能过低，否则粘、切偏低，不利于井眼清洁。通过试验，我们认为将转化后钻井液中的坂含确定在30～45g/l的范围内最好。

3.3配方的确定

转化钻井液时，我们依据处理剂与储层矿物及地层水的配伍性优选了一些处理剂进行了试验，最终确定了胶液的配方：

5%膨润土浆（或井浆+清水）+0.2～0.4%高聚物降失水剂+4～5%有机硅腐植酸钾+1%PAMS-900+2%阳离子褐煤+2～3%硅氟高温降粘剂，用NaOH调pH值为10左右。如果转化时井深超过2800m，加入2～3%磺化类抗高温处理剂。

3.4热稳定性试验

将室内按配方配制好的硅氟聚磺防塌钻井液在不同温度下滚动16h后，在70℃下测得其钻井液性能，结果见表4。

结果表明，硅氟聚磺防塌钻井液具有良好的高温稳定性。

3.5润滑性试验

利用极压润滑仪对硅氟聚磺钻井液润滑性进行评价，结果表明，清水、清水+2%聚磺类药品、清水+2%硅氟+2%聚磺类药品。它们的润滑系数分别为 0.354、0.156和0.065。由此可知，2%硅氟水溶液的润滑系数降低幅度50%以上，硅氟高温降粘剂能大幅度降低摩阻系数。这说明硅氟高温降粘剂特性对钻井液的润滑减阻起着重要的作用。

4.硅氟聚磺防塌钻井液体系的现场应用

在苏37-49井进行了新型硅氟聚磺防塌钻井液体系的应用，取得了成功。

4.1现场施工

4.1.1现场转化

转化前，首先要测定原井浆MBT含量，根据MBT含量的高低确定胶液量。配胶液时，按室内配方顺序先加入高聚物、降失水材料及抗高温处理剂，搅拌均匀后与预留井浆混合、循环，之后按循环总钻井液量一次性加入2～3%的硅氟，调整好钻井液性能。

4.1.2现场维护

补充胶液时，应按新浆体积的2～3%补充硅氟及阳离子褐煤，保证硅氟的含量在2%以上方能充分发挥其优点。在现场施工中，可根据钻进过程中，井下钻具的摩阻变化情况及时补充润滑剂加量，同时硅氟具有较强的抑制防塌作用，与有机硅腐植酸钾、褐煤树脂及PAMS-900等防塌抑制剂配伍，对粘土的水化膨胀有较强地抑制作用，因此钻井液性能比较稳定，波动较小，现场钻井液性能易于维护。

4.2现场应用

本井一开采用坂土浆钻井液体系，二开针对地层岩性、粘土矿物理化学特性、地层压力系数、压力梯度和井身结构特点，及参考邻井实钻资料，本井钻井液工作着力解决以下几个问题：

⑴二开井段从1650m开始多次降斜，特别是在2900米时井斜增至5.90°。钻井液应具有良好的润滑防卡性能，特别是具有良好的高温稳定性。

⑵南屯组及下部地层泥岩易剥落掉块坍塌，钻井液性能不仅要满足一般的携砂能力，在井壁掉块坍塌时及时将坍塌物带回地面，还要具有较强地防塌抑制性能，稳定井壁，减少坍塌掉块，确保井下正常。

⑶本井为滚动评价井，预计的地层压力系数难免有出入，钻井液设计最大密度1.15g/cm3，下部钻井施工中应严格控制好密度，在保证近平衡钻井的前提下，防止出现油气侵及井喷情况的发生，确保钻井安全。

针对以上几个问题，决定在二开转化为硅氟聚磺防塌钻井液体系，加入4%有机硅腐植酸钾、3%硅氟高温降粘剂、2%褐煤树脂、1%PAMS-900、2%阳离子褐煤及1%LV-CMC，在井深2800米后加入2%PSP、2%褐煤树脂使钻井液具有良好的抑制防塌能力、保证井壁稳定，减小井径扩大率，同时可以提高钻井液润滑性、降低钻井液的滤失量，满足了钻井工程及地质的要求，在施工中钻进、电测都非常顺利，并保证了油层套管的顺利下入。

该井在钻进至井深2770m时，钻井液中出现大量气泡，钻井液密度略变，漏斗粘度升高，切力大，K值高，分析原因是地层气体CO2侵入，经请示后将钻井液密度提高至1.18g/cm3，加入生石灰后，钻井液恢复正常，直至完井未再出现气侵现象。苏37-49井各段钻井液性能见表5。

表5 苏37-49井钻井液性能表

在钻井过程中，严格按配方和钻井液性能要求补充加足各种处理剂，确保性能稳定，保持硅氟含量不低于2%，并定期补充PAMS-900、有机硅腐植酸钾、阳离子褐煤胶液，增加钻井液的润滑防塌能力，用PSP、褐煤树脂等磺化类处理剂控制钻井液HTHP滤失量，并增强钻井液的抗温能力，同时配合工程措施，确保井下安全。钻至井深3580m（斜深）顺利完钻，完井电测、下套管顺利，平均机械钻速3.16m/h，平均取芯收获率92.62%。

5.综合效益评价

通过苏37-49井的成功应用表明，硅氟聚磺防塌钻井液体系良好的抑制性使井浆性能便于维护，流变性好；优越的高温稳定性使达到稳定的性能，保证了井下的安全；较好的保护油气层作用和无荧光特点，使其在钻井过程中易于识别和发现油气层；较强地抑制防塌作用更适合地层胶接性差、成岩性差的区块施工，加强了井壁稳定性，减少了坍塌掉块的发生，保证了井下安全，实现了优质快（下转第220页）（上接第318页）速钻井，节约了钻井成本，缩短了钻井周期，综合效益显著。

6.对硅氟聚磺防塌钻井液体系的认识

⑴硅氟聚磺防塌钻井液体系具有良好的抑制、防塌、润滑和保护油气层作用，能够提高钻井液的高温稳定性，有效抑制泥页岩水化膨胀、分散，保证井壁稳定，满足井下安全施工的需要。

⑵新型硅氟聚磺防塌钻井液体系的作用机理是硅氟与聚磺产生的协同效应，是钻井液体系优良性能的保证。

⑶硅氟聚磺防塌钻井液体系施工必须保持钻井液中硅氟最适宜的含量，体系一经转化，钻井液性能稳定，易于维护，高温稳定效果明显，能有效减少井下复杂事故，缩短建井周期，提高综合效益。

⑷硅氟聚磺防塌钻井液荧光级别低，不干扰地质录井，可用于探井和评价井，并且有利于发现和保护储层。

⑸硅氟聚磺防塌钻井液是在硅氟钻井液基础上加入聚磺类处理剂，有效地解决了原硅氟钻井液在海拉尔地区抗污染能力差的缺现。