樊154区块水平井钻井液技术

邱春阳，赵红香，张海青

(中石化胜利石油工程有限公司 钻井工程技术公司，山东 东营 257064)

樊154区块水平井钻井液技术

邱春阳，赵红香，张海青

(中石化胜利石油工程有限公司 钻井工程技术公司，山东 东营 257064)

为提高樊154区块水平井钻井成功率，研发了润滑性好、抑制性及封堵能力强的铝胺抑制防塌钻井液体系。在樊154区块取得了良好的应用效果，保证了水平井施工的顺利进行，提高了机械钻速，缩短了钻井周期，为安全及高效钻井提供了有力的技术保障。

樊154区块；井壁失稳；断层；小井眼；铝胺

钻井液是钻井工程的血液，随着科学技术的发展，钻井液的研究也随之变化，从最早的聚合物钻井液、石灰钻井液、盐水钻井液到现在的聚磺钻井液、有机胺钻井液、油基钻井液及合成基钻井液，技术发展迅速。近年来因为日益严格的环保要求，油基钻井液应用很少，合成基钻井液虽然环保性强，但是钻井液成本高，应用受到限制。

樊154块位于济阳坳陷东营凹陷西南部的金家—樊家鼻状构造带北部。该区块主力含油层系为沙三中2砂组，埋深在3 000 m左右，为低孔特低渗透储层。为了扩大泄油面积，采用三开制水平井方式钻进：一开采用φ444.5 mm钻头钻进至300～310 mm，下入φ339.7 mm套管；二开采用φ241.3 mm钻头开钻，井深约2 100～2 300 m开始定向，钻进至2 900～3 000m中完，下入φ177.8 mm套管；三开水平段采用φ152.4 mm钻头钻进至井深4 000～4 900 m完钻，下入φ114.3 mm压裂管柱。由于区块地质构造复杂，再加上井身结构的限制，前期钻进过程中，上部地层起下钻遇阻及下部地层井壁稳定和润滑防卡问题突出，严重制约了该区块的开发进程。为确保该区块水平井钻井成功，研发了铝胺抑制防塌钻井液，现场应用后，机械钻速明显提高，钻井周期明显缩短，为樊154区块安全及高效钻井提供了有力的技术保障。

1 钻井液技术难点

樊154区块自上而下钻遇平原组、明化镇组、馆陶组、东营组和沙河街组，该区块地质结构复杂，施工中钻井液技术难点如下：

(1)明化镇组、馆陶组和东营组沉积较厚，地层以泥岩为主，蒙脱石含量高，造浆严重，钻井液易造成粘土侵，导致钻井液流变性难控制。

(2)沙河街组地层泥页岩层理发育，钻井液滤液侵入后，导致泥页岩水化，造成地层坍塌压力增加，易发生剥蚀掉片。樊154区块平1井实钻表明，地层垂深2 650～2 780 m含有破碎带，井壁坍塌严重。

(3)施工中在沙河街组开始定向，随着井斜角度的增大，上井壁受到垂向支撑力逐渐减弱，进入水平段后上井壁悬空，紧靠钻井液液柱压力支撑，井壁稳定性差。特别是钻遇破碎带时，井壁失稳加剧。邻井由于在此层位发生井壁失稳而导致起下钻遇阻，被迫划眼，延误钻井周期。

(4)斜井段及水平段钻进过程中，岩屑在上返过程中在重力作用下易沉降在下井壁，形成岩屑床。特别是使用φ152.4 mm钻头钻进，受泵压限制，排量不能达到举升岩屑所需的环空返速，如果钻井液体系悬浮携带能力差，则会导致起下钻遇阻等复杂情况。

(5)由于钻具尺寸小、柔性强，定向过程中钻具紧贴下井壁运行，和井壁接触面积大，造成施工中摩阻和扭矩增大，导致钻压传递困难，产生托压现象。岩屑床的形成，导致摩阻和扭矩更大，钻井液体系的润滑防卡难度加大。

2 钻井液技术思路

针对樊154区块地层岩性和钻井液施工难点，必须通过多元协同机理稳定井壁，思路如下：

2.1 强抑制

针对上部易造浆地层，通过使用大分子聚合物，保证其有效含量，使之有效包被钻屑，防止其分散；针对沙河街组泥页岩，通过使用多种抑制剂，依靠各种抑制剂多元协同作用增强钻井液体系的抑制性，抑制泥页岩表面水化，减小水化应力，保证泥页岩的原始强度，防止井壁失稳。

2.2 严封堵

针对沙河街组层理性泥页岩及破碎带，通过在钻井液体系中加入多种封堵剂，依靠封堵材料协同作用，使钻井液体系在井壁上形成薄而致密的不渗透严封堵层，封堵层理、孔隙和微裂缝，减缓甚至隔绝钻井液和地层之间的压力传递，一则封堵地层层理和破碎带，减缓钻井液滤液对地层的侵入，防止井壁失稳；二则有效发挥钻井液液柱压力对井壁的物理支撑作用。

2.3 合理密度支撑

由力学因素引起的井壁失稳，必须通过力学支撑才能平衡。根据该区块已完成的钻井实测地层压力情况，确定合理的钻井液密度，在沙河街组钻进时，保证对地层的正压差，通过钻井液液柱径向支撑平衡地层坍塌压力，防止井壁坍塌。

2.4 合理调控流变性

上部地层施工时，保持钻井液的低粘和低切，提高机械钻速，适当冲刷井壁，防止井壁缩径。沙河街组钻进时，调整好钻井液体系的流变性，使钻井液具有合适的粘度和切力，一则防止钻井液粘切过低冲刷井壁引发井壁失稳；二则防止钻井液粘切过高产生过大的环空压耗而导致激动压力大，从而诱发井壁失稳。

3 钻井液体系的研究

通过调研国内大位移井及水平井钻井液施工经验[1-5]，结合该区块已完成的钻井钻井液使用情况，针对樊154区块地层岩性特点及钻井液技术思路，经过处理剂优选及性能优化，研发了铝胺抑制防塌钻井液体系，配方如下：

(3.0～5.0)%膨润土+(0.3～0.6)%聚丙烯酸钾KPAM+(1.0～2.0)%铝络合物抑制剂+(0.5～1.0)% 有机胺抑制剂+(2.0～3.0)%抗温抗盐防塌降滤失剂KFT+(3.0～5.0)% 磺化酚醛树脂SMP-1+(0.5～1.0)%非渗透成膜封堵剂+(5.0～7.0)% 低荧光沥青防塌剂HQ-1+(2.0～3.0)%超细碳酸钙+(8～10)%原油+(0.4～0.8)%乳化剂SP-80。

该体系的特点是抑制性强、 封堵性好，具有良好的润滑性。体系中的有机胺通过晶层镶嵌深入粘土颗粒的晶层内部，把晶层紧密结合在一起，防止晶层水化[6]；体系中的铝络合物抑制剂通过化学键合方式，铝络合物中Al-键和粘土颗粒的Al-键及Si-键结合，形成牢固的化学键，稳定井壁[7]；体系中的低荧光沥青防塌剂和非渗透成膜封堵剂共同作用，通过软化点和膜封堵机理，封堵地层微裂缝及孔隙，防止滤液侵入，稳定井壁[8]。

3.1 抑制性能评价

3.1.1 抑制岩心膨胀实验

采用膨润土压制岩心，通过页岩膨胀高度实验对铝胺抑制防塌钻井液体系的抑制性能进行了评价，实验结果见表1。

表1 抑制性能评价Table 1 Inhibition of performance evaluation

由表1看出，和普通聚磺钻井液体系相比，铝胺抑制防塌钻井液体系抑制页岩膨胀高度的能力强，说明铝胺抑制防塌钻井液体系抑制性好。

3.1.2 抑制岩屑分散实验

采用岩屑回收率实验，考察了铝胺抑制防塌钻井液体系抑制岩屑分散的能力，实验结果见表2。

由表2看出，由于采取了二元抑制措施，铝胺抑制防塌钻井液体系岩屑回收率远远高于普通聚磺钻井液体系，说明铝胺抑制防塌钻井液体系抑制岩屑分散的能力强。

表2 抑制岩屑分散实验Table 2 Inhibition of cuttings dispersion experiment

3.2 封堵性能评价

实验采用直径为40目～60目的石英砂作为过滤介质，加入配制好的钻井液，固定后加压0.69 MPa，检验钻井液的封堵能力。结果见表3。

表3 封堵性能评价Table 3 Formation sealing property evaluation

由表3看出，铝胺抑制防塌钻井液体系侵入砂床的深度明显低于普通聚磺钻井液体系，并且15 min和60 min侵入砂床的深度相差不大，说明铝胺抑制防塌钻井液体系在压力下，能够形成承压封堵带，从而起到稳定井壁的作用。

3.3 润滑性能评价

采用粘滞系数测定仪和高温高压粘附仪评价铝胺抑制防塌钻井液体系的润滑性，结果见表4。

表4 润滑性能评价Table 4 Lubricity evaluation of drilling fluid

由表4看出，和普通聚磺钻井液体系相比，铝胺抑制防塌钻井液润滑性好，能够降低施工中产生的摩阻和扭矩，保证定向施工顺畅。

4 现场钻井液施工工艺

4.1 二开施工工艺

(1)二开小循环开钻，钻进80 m后改为大循环，防止冲刷套管斜，防止复杂事故发生。

(2)定向前50 m改为小循环，逐渐加入各种处理剂调整钻井液性能。钻进中补充聚合物胶液，根据机械钻速决定聚合物大分子的含量，保证聚合物能够有效包被并絮凝钻屑，防止其分散。

(3)保证有机胺的含量在1.0%,以抑制粘土矿物的水化膨胀。

(4)适当控制滤失量，定向后中压滤失量控制在7～8 mL，使钻井液适当冲刷井壁，保持井眼畅通；中完前，中压滤失量降低至5 mL，减轻地层的水化。

(5)开动四级固控设备，控制钻井液的低粘、低切及低固相，漏斗粘度控制在45 Pa·s左右，以提高机械钻速。

(6)定向后，加入5%原油、0.5%乳化剂，同时提高钻井液pH值至10以上，使原油能够充分分散在钻井液中，并和钻井液形成性能稳定的乳浊液，降低施工中的摩阻和扭矩，保证钻井液体系的润滑性。随着斜井段的增长逐渐补充原油，保证定向顺畅。

(7)工程配合措施，尽量采用滑动钻进和滚动钻进复合方式施工，防止岩屑床形成；定期进行短程起下钻，短起下钻井段超过所钻井段长度，刮掉粘附在井壁上的虚厚泥饼，同时搅动岩屑床，净化井眼。

(8)中完后，开动转盘，充分循环，同时配制稠浆洗井，净化井眼，待振动筛无返砂后，用2%润滑剂和1.5%降滤失剂配制封井浆封井，保证后续工作顺利。

4.2 三开施工工艺

(1)钻井液预处理。开钻前在套管内净化二开井浆，开动四级固控设备，除去钻井液中的劣质固相含量，然后按照配方低限加入各种处理剂，充分循环，待性能稳定并达到设计要求后开钻。

(2)钻井液密度控制在设计上限，并根据实钻情况及录井地层压力监测数据实时调整，依靠钻井液夜柱压力径向支撑平衡地层坍塌压力，保持井壁稳定。

(3)钻井液漏斗粘度控制在55～60 Pa·s，动塑比控制在0.5左右，降低钻井液环空压耗，使钻井液在环空呈平板型层流，保持钻井液具有良好悬浮携带能力，防止冲刷井壁。

(4)使用抗温抗盐防塌降滤失剂KFT和磺化酚醛树脂SMP-1，中压滤失量控制在3 mL以内，高温高压滤失量控制在12 mL以内，防止地层泥页岩水化膨胀。

(5)加入1.0%非渗透成膜封堵剂、3%低荧光沥青防塌剂HQ-1和2%超细碳酸钙，使钻井液能够在井壁上形成薄而致密的泥饼，对地层层理及破碎带形成有效封堵。

(6)使用1.0%铝络合物抑制剂和0.5%有机胺，增强钻井液的抑制性，抑制地层的水化。

(7)保持原油含量在8%以上，并以少量多次的方式逐渐补充，增强钻井液体系的润滑性，使定向传压顺畅，防止拖压现象产生。

(8)工程上每钻进100 m～150 m进行短起下钻，搅动岩屑床并畅通井眼，下钻到底后充分循环，适当增加排量，提高钻井液环空上返速度，净化井眼。

(9)完钻后进行短起下钻，下钻到底后使用稠浆净化井眼，待振动筛无返砂后，用2%塑料小球和2%石墨润滑剂封井，保证后续作业顺利。

5 应用效果

铝胺抑制防塌钻井液在樊154区块施工4口井，体系应用前后效果见表5。

表5 体系应用前后效果对比Table 4 The comparison of application effect about drilling fluid

应用效果表明，铝胺抑制防塌钻井液抑制性强，封堵性能好，不但能够抑制泥页岩的水化膨胀分散，而且能够封堵地层层理、微裂缝和破碎带，钻进过程中井壁稳定，井下安全，定向过程中传压顺畅，无拖压现象，有效预防复杂情况的发生。应用铝胺抑制防塌钻井液施工后，平均钻井周期缩短了7.2%，机械钻速提高了14.1%，电测成功率100%，平均井径扩大率明显减小，施工中无复杂事故发生，为樊154区块安全、快速、高效钻井提供了有力的技术保障。

6 结论和认识

(1)铝胺抑制防塌钻井液体系抑制性强，封堵性好，适应樊154区块地质特点，解决了樊154区块钻井过程中存在的起下钻遇阻、井壁失稳及润滑防卡的难题，保证了工程顺利施工，给邻近区块的钻井施工提供了详实的技术参数。

(2)有机胺的加量不易过高，以1%为最好，如果加量过多，钻井液的抑制性过强，不利于钻井液的造壁性和封堵性，也不利于钻井液对岩屑的悬浮携带。

(3)沙河街组地层层理发育，并且含有地层破碎带，必须强化钻井液体系的封堵性，使钻井液体系在井壁上形成不渗透封堵层，封堵地层层理、裂缝和破碎带，同时保证钻井液液柱对地层的正压差，这样才能实现井壁稳定。

(4)小井眼水平井钻进过程中必须控制钻井液的粘度和切力，在保证钻井液具有悬浮携带能力的情况下，最大可能降低钻井液的环空压耗，防止环空压耗过大造成复杂情况。

[1] 刘益华，陈金胜，高耸，等.樊154-平1井小井眼水平井钻井液技术[J].内蒙古石油化工，2012(8)：96-98.

[2] 张蔚.北布扎齐油田浅层小井眼短半径开窗侧钻水平井钻井液完井液技术[J].新疆石油科技，2010，20(1)：24-26.

[3] 王中华.页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则[J].中外能源,2012,17(4):43-47.

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[5] 邹大鹏,郝志强,马少强.州72-平54Z多分支水平井钻井液技术[J].钻井液与完井液,2011，28(2):16-18.

[6] 张启根，陈馥.国外高性能水基钻井液技术发展现状[J].钻井液与完井液，2007，24(3)：74-77.

[7] 郭京华，田凤，张全明，等.铝络合物钾盐强抑制性钻井液的应用[J].钻井液与完井液，2004，21(3)：23-26.

[8] 左兴凯.非渗透钻井完井液体系的研究与应用[J].石油钻探技术，2008,36(4)：41-44.

(责任编辑：张英健)

Drilling Fluid Technology of Horizontal Well in Fan 154 Block

QIU Chunyang, ZHAO Hongxiang, ZHANG Haiqing

(Drilling Engineer & Technology Corporation, Shengli Petroleum Engineering Corporation Limited of SINOPEC,Dongying Shandong 257064, China)

In order to increase the success rate of drilling horizontal well in Fan 154 block, aluminium and amine inhibition and anti-caving drilling fluid was researched and developed. The evaluation experiment showed that the drilling fluid had high inhibition capability, good formation sealing performance and lubrication property. The drilling fluid was applied in Fan 154 block and the application effect was very good. These wells were drilled smoothly, ROP was increased and drilling period was shortened. Consequently, it provided technological support to drill wells with safety and high efficiency in Fan 154 block.

Fan 154 block; borehole instability; faulted formation; slim hole; aluminium and amine

2014-01-20

邱春阳(1978-)，男，辽宁铁岭人，工程师，硕士，主要研究方向为钻井液体系和技术服务。

TE254.3

A

1671-5322(2014)03-0067-05