低含量KCl钻井液在苏里格气田的应用

蒋 明罗树祥王先洲邓增库张 刚管风营

（1.渤海钻探第五钻井工程分公司，河北河间 062450；2.渤海钻探泥浆技术服务分公司，天津 300280）

低含量KCl钻井液在苏里格气田的应用

蒋 明1罗树祥1王先洲1邓增库1张 刚2管风营1

（1.渤海钻探第五钻井工程分公司，河北河间 062450；2.渤海钻探泥浆技术服务分公司，天津 300280）

苏里格气田石千峰组和石盒子组泥岩地层易发生严重井壁垮塌，井塌划眼、卡钻、填眼侧钻等复杂情况频繁发生。针对苏里格气田的地层岩性特点，开展了低含量KCl钻井液研究，通过保持聚磺钻井液中0.8%～1.0%的KCl含量，提高体系的抑制防塌性能。2口井的现场应用表明，该体系抑制性强，砂样清晰，无垮塌现象，起下钻通井无阻卡；封堵造壁和流变性能良好，滤饼光滑致密，性能稳定，钻井液无排放，较好地满足了井下施工需要，为安全高效开发苏里格气田积累了经验。

低含量KCl；井壁稳定；水化膨胀；流变性；苏里格气田

苏里格气田沉积环境复杂，处于水平井大斜度井段和水平井段的石千峰组和石盒子组泥岩地层井壁垮塌严重，水敏性、周期性、硬脆性和破碎性井塌方式同时存在，预防难度大，使用过多种钻井液体系，都未能取得较好效果［1-3］。“双石”组泥岩全岩矿物分析和黏土矿物分析结果表明，苏里格地区泥岩主要以石英和黏土矿物为主，其中石英平均含量为48%，黏土矿物平均含量为45%，黏土矿物中以高岭石、伊利石和伊蒙混层为主，其中伊蒙混层平均值为42%，伊蒙混层中蒙脱石平均含量为38%，因此该类泥岩水敏性较强，在钻井液长期浸泡下容易因水化膨胀不均匀导致井壁垮塌［2］。部分井段泥岩存在层理和微裂缝，钻井液滤液侵入地层造成泥岩水化膨胀，加剧了层理和微裂缝的发展，一旦在起下钻过程中滤饼被破坏，破碎岩体失去屏障造成垮塌。

KCl抑制泥岩水化膨胀能力强，对水敏性井塌和周期性垮塌有独特优势［1-5］，KCl钻井液在苏里格地区应用几口井，在泥岩防塌方面取得了较好的效果，但该体系在苏里格地区使用受到一定的限制。主要原因：一是苏里格地区水平井需中途转型，裸眼顶替存在憋漏地层风险；二是井内转型存在高黏度风险；三是钻井液成本较高；四是如果发生井漏将导致钻井液施工失败。大量室内数据表明，较低的K+含量就能显著提高泥页岩滚动回收率，因此可通过保持钻井液中0.8%～1.0%的KCl含量，提高体系的抑制防塌性能，但体系中KCl的含量低于3%，KCl就对体系造成不同程度的污染，导致流动性差、滤失量大、滤饼虚厚，性能极不稳定。通过材料优选，合理转型和维护处理，保证了体系良好的封堵造壁和流变性能，滤饼光滑致密，性能稳定，抑制防塌性能明显增强，满足了苏里格气田水平井施工的需要。

1 室内评价实验

1.1 基本配方

选择了具有一定抗盐能力的处理剂，在常温和高温下对低含量KCl钻井液配方进行了优选。随着KCl含量的增加，体系滚动回收率增加，KCl含量超过1.2%后流变性变差，为了便于性能控制和降低成本，优选KCl含量0.8%～1.0%，形成的低含量KCl钻井液配方如下。

（4.5%～4.8%）膨润土+（0.3%～0.5%）K-PAM+（1.0%～1.5%）NH4-HPAN++（2.0%～2.5%）SMP-1+2.0% FT-342+（1.0%～2.0%）抗高温降滤失剂KJ-1 +（1.5%～2.0%）抗温抗盐降滤失剂WBF-108 +（0.8%～1.0%）KCl +2% 特制乳化沥青TZLQ +（0.1%～0.2%）羧甲基纤维素钠盐CMC+ NaOH。

1.2 钻井液性能评价

按聚磺钻井液基本配方和低含量KCl钻井液基本配方配制钻井液，加NaOH调整pH值至9～10，用BaSO4调整密度至1.18 g/cm3，120 ℃热滚16 h后，测定其性能，并取石盒子组深灰色泥岩塌块，进行岩屑滚动回收率和线性膨胀率实验，结果见表1。

实验结果表明，低含量KCl钻井液体系流变性和降滤失效果良好，热稳定性强，具有较强的抑制黏土水化分散和膨胀的能力，能够满足现场要求。

表1 聚磺钻井液与低含量KCl钻井液对比评价

2 现场应用

低含量KCl钻井液分别在苏里格气田水平井苏76-4-3H和苏25-12-1H井进行了试验应用。

苏76-4-3H井井身结构：Ø374.6 mm×529 m（Ø 273.05 mm×528.62 m）+ Ø215.9 mm×3 474 m （Ø177.8 mm×3 470.50 m）+ Ø152.4 mm×4 445 m（裸眼完井）。

苏25-12-1H井井身结构：Ø374.6 mm×430 m（Ø273.05 mm×429.04 m）+ Ø215.9 mm×3 508 m（Ø177.8 mm×3 504.80 m）+ Ø152.4 mm×4 353 m（裸眼完井）。

2.1 低含量KCl钻井液的配制

（1）提前配置50 m318%膨润土浆，充分水化，使用HV-CMC护胶。

（2）造斜点前100 m转型，混入50 m318%膨润土浆，钻井液总量达到150 m3。转型前必须做好小型试验。

（3）按顺序依次加入NaOH（调整pH值到9.0）、2% FT-342、2.5% WBF-108、2.0%KJ-1、2.5% SMP-1、1.5% NH4-HPAN、0.3% K-PAM，充分循环，检测性能。

（4）循环2周后，按低含量KCl钻井液基本配方配制胶液15 m3，加入0.6 t KCl，把配好的胶液均匀混入钻井液中，如果黏切变化不大，再配置含0.6 t KCl的胶液15 m3混入钻井液。

（5）将以上配置好的钻井液充分循环后检测性能，并根据性能参数，适当调整膨润土含量，再分2次补充含KCl 0.6 t的胶液20 m3，使钻井液中KCl含量达到0.9%。

（6）充分循环后再次测量性能，如需要经小型试验后适量补入备用的护胶膨润土浆，用CMC、XC提高黏切，黏切过高时用降黏剂或胶液调整，保持钻井液良好的流变性，使其达到性能要求。

2.2 钻井液维护处理

（1）按基本配方配成胶液，维持钻井液中KCl的有效含量0.8%～1.0%，利用K+的镶嵌固定作用抑制泥岩水化膨胀。保持K-PAM的含量不低于0.3% ，进一步增强体系的抑制性。完井阶段用等浓度含盐胶液维护，保持钻井液性能稳定，如性能不稳定，停止加入KCl。

（2）合理匹配NH4-HPAN、SMP-1、WBF-108、KJ-1、FT-342等降滤失剂和防塌剂，严格控制滤失量，使大斜度井段的中压滤失量小于2.5 mL，90°高温高压滤失量小于8.5 mL，有效形成优质致密滤饼，减少钻井液滤液进入地层，减缓水敏性地层泥岩水化膨胀速度。

（3）保持防塌剂TZLQ和FT-342的有效含量不低于3%，充填和封堵破碎性和硬脆性泥岩微裂缝，起到很好的胶结护壁作用。

（4）随井深和井斜的增加逐步提高钻井液密度，钻至大斜度井段及时提高钻井液密度至1.17～1.18 g/ cm3，利用钻井液的径向支撑力平衡井壁［6］；中完前控制钻井液密度在1.20 g/cm3以内，防止压差过大，加快钻井液滤液侵入破碎地层，造成地层应力的改变，引发井壁垮塌，并避免密度过高造成地层井漏。

（5）钻进过程中采取少量多次的方式使用护胶后的高浓度膨润土浆、含KCl胶液、XC或降黏剂调整黏切，防止黏度上涨幅度太大，造成井壁滤饼虚厚。造斜时黏度为34～38 s，随井斜的增大逐步调整，大斜度井段控制钻井液漏斗黏度60～75 s，动切力12～15 Pa，动塑比不低于0.4 Pa/（mPa·s），φ3读值大于φ6，即保证钻井液对井壁有较好的冲刷效果，防止形成虚厚滤饼，又具有足够的悬浮携带能力，避免砂子垂沉堆积于下井壁造成阻卡。

（6）坚持单根技术划眼，及时修整井壁，保证井眼光滑、畅通。每钻进90～120 m短起下钻1次，短起长短结合，避免形成并及时破坏岩屑床，确保垂沉于下井壁的钻屑及时刮起并返出地面。

（7）开启四级固控设备，及时清除有害固相，保证钻井液清洁。用孔径0.076 mm筛布的振动筛和离心机清除被反复碾磨破碎后分散到钻井液中的细小颗粒砂子，避免形成砂质滤饼。

（8）定期向钻井液中补充各种润滑剂。开始造斜时，加入1%极压液体润滑剂，利于保持较低黏度，避免钻头泥包，提高钻速。井斜达到30°后，补充沥青和胶质成分含量高，润滑效果好，作用时间长的液体润滑剂TZLQ和RHZY，进一步提高润滑性。井斜在45°以后，采取勤补慢加的原则，保持TZLQ和RHZY的含量3%～5%，使滤饼摩阻因数小于0.06。

（9）每次起钻前用防塌塞（井浆+2%FT-342）封闭井底300～500 m，防止长时间静止导致井壁失稳。

各井段钻井液性能见表2。

2.3 应用效果

（1）钻井液抑制性强，砂样清晰，不糊筛，无垮塌现象，起下钻通井无阻卡。

（2）流变性好，性能稳定易控制，钻井液无排放，钻进中返砂正常，起下钻开泵顺利。

（3）滤饼光滑致密，全井摩阻因数在0.04～0.07，无黏卡和托压现象，钻具上提附加拉力在完钻阶段不超过80 kN。

（4）低含量KCl钻井液虽然增加了护胶剂用量，但减少了其他防塌剂用量，钻井液成本没有增加。

表2 各井段低含量KCl钻井液性能

3 结论与认识

（1）苏里格地区泥岩造浆轻微，膨润土含量容易控制，使用低含量KCl钻井液具有一定的优势，通过合理转型、等浓度维护等措施，全井钻井液性能稳定易维护，未因KCl的污染而排放。

（2）低含量KCl钻井液与聚磺钻井液相比抑制能力明显增强，膨润土含量比KCl聚磺钻井液高，封堵造壁性能好，能有效控制苏里格多种方式同时存在的泥岩垮塌。

（3）低含量KCl钻井液配置简单，适合苏里格水平井钻井液施工需中途转型的特点，降低了裸眼转型风险。

（4）低含量KCl钻井液满足了苏里格水平井井下施工要求，保证了井壁稳定，为解决苏里格泥岩垮塌提供了一种思路，应继续优化应用。

［1］王先洲，蒋明，邓增库，等.苏76-1-20H井钻井技术［J］.石油钻采工艺，2013，35（2）：26-30.

［2］李文明，向刚，王安泰，等.苏里格气田大位移水平井钻井液技术［J］.石油钻采工艺，2012，34（3）：33-35.

［3］李淑森，王霞，高含.苏里格气田水平井钻井提速技术分析与对策 ［J］.钻采工艺，2012，35（5）：115-117.

［4］张作清，窦金涛，付建国，等.英买力地区古近系地层钻井液技术［J］.石油钻探技术，2013，41（2）：54-58.

［5］王权阳，李尧.抗高温KCl聚磺钻井液体系在伊朗FX井中的应用［J］.石油钻采工艺，2012，34（1）：50-53.

［6］聂臻，夏柏如，耿东士，等.井壁稳定性研究及其在Kolzhan油田的应用 ［J］.钻井液与完井液，2011，28（3）：31-34.

（修改稿收到日期 2014-06-23）

〔编辑 薛改珍〕

Application of low content KCl drilling fluid in Sulige Gas Field

JIANG Ming1,LUO Shuxiang1,WANG Xianzhou1,DENG Zengku1,ZHANG Gang2,GUAN Fengying1
（1.The Fifth Drilling Company of Bohai Drilling Engineering Company Limited,Hejian062450,China;2.Mud Technical Service Branch of Bohai Drilling Engineering Company Limited,Tianjin300280,China）

Severe borehole collapse occur easily in mudstone formations of Shiqianfeng Formation and Shihezi Formation of Sulige Gas Field,and troubles like hole collapse reaming,sticking,filling the hole and sidetracking often occur also.In view of the formation rock properties and characteristics of Sulige Gas Field,study was conducted on low content KCl drilling fluid;the inhibition and anticollapse performance of the drilling fluid system is improved by maintaining 0.8%-1.0% of KCl in polysulfonate drilling fluid.Its application in two wells shows that this system has generated strong inhibition and clear sand specimen with no collapse and no obstructions in wiper trips;it has favorable performance in plugging and side-wall building and rheological property;the filter cake is smooth and tight and has stable performance;there is no discharge of drilling fluid;all of these properties satisfactorily meet the downhole service requirements and provide experiences for safe and efficient development of Sulige Gas Field.

low content KCl;borehole stability;hydration swelling;rheology;Sulige Gas Field

蒋明，罗树祥，王先洲，等.低含量KCl钻井液在苏里格气田的应用［J］.石油钻采工艺，2014，36（4）：54-56.

TE254

：A

1000–7393（2014）04–0054–03

10.13639/j.odpt.2014.04.014

蒋明，1963年生。1996年毕业于天津大学，现主要从事钻井工程管理工作，高级工程师。电话：13700372679。E-mail：zJzjm@cnpc.com.cn。