阳离子烷基糖苷钻井液在高桥46－118H1井的应用

王忠瑾，司西强，赵 虎，刘 超，谢盛华

(1.中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，河南濮阳，457001;2.中原油田普光分公司天然气净化厂，四川达州，635000;3.中原石油工程有限公司钻井二公司供应站，河南濮阳，457331)

高桥46－118H1井是部署在鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的一口丛式水平开发井，目的层为古生界二叠系中统盒8下，设计井深4 229 m/垂深3 064 m，实际完钻井深4 271 m/垂深3 065 m，造斜段长478 m，水平段长1 069 m。钻进平均机械钻速为3.41 m/h，地层温度70～90℃。所采用的钻井液类型为CAPG钻井液体系，实际完钻钻井液密度为1.30 g/cm3，较好地解决了长水平段钻井的携岩带砂、井壁稳定和润滑防卡等技术难题。

1 地质和工程概况

1.1 地质岩性描述

高桥46－118H1井转换CAPG型钻井液后钻遇石千峰组合石盒子组实钻录井岩性分析如下:2 750～3 117 m:主要岩性为棕红色泥岩，棕褐色砂质泥岩伴有灰色泥岩和灰色细砂岩等;3 117～4 271 m:主要岩性为灰白色细砂岩，浅灰色细砂岩和深灰色砂质泥岩等。

1.2 工程概况

高桥46－118H1井二开φ177.8 m技术套管自地面下至3 220 m，三开采用φ152.4 mm钻头钻至4 271 m，实施完井，完井下φ114.3 mm套管至4 260 m(2 950～4 260 m)。

2 钻井液技术难点与施工技术思路

2.1 技术难点

1)井眼清洁难度大。高桥46－118H1井设计水平段1 000 m，井身结构为多级套管组合，表套直径273.0 mm，环空较大;技套直径为177.8 mm，环空较小;三开水平段钻头直径为152.4 mm，井眼比较小。钻井液既要满足上部大环空低返速下的带砂能力，又要满足水平段小井眼排量受限下的携砂和悬浮固相能力。必须选用合理的钻井液流变参数和合适的排量，一方面尽可能降低循环压耗，另一方面保持良好的携砂和悬浮能力，保持井眼清洁才可满足钻井工程的需要。

2)水平井段长，对润滑性要求高。钻进过程中扭矩增大、阻卡问题均是由于井眼清洁差而形成的岩屑床、井壁不稳定、键槽和压差过大等因素引起的。当这些复杂情况被排除后，钻井液润滑与防卡性能成为关键。实际在定向造斜过程中，若随时更改垂深和位移，会给定向工作带来了一定的难度，如:由原入A点靶点垂深3 062.76米提前到3 057米，垂深上调5.76米，靶前位移由300米提前到273米，最大狗腿度27.34°/100 m。这就要求钻井液有更好的润滑性，能有效地降低摩擦阻力与扭矩。

3)地层岩性交错，井壁稳定要求高。造斜段地层棕红色泥岩，棕褐色砂质泥岩伴有灰色泥岩和灰色细砂岩等，岩性变换交错;水平段钻遇长段泥岩(3 610～3 891 m)，地层中的泥岩易吸水膨胀剥落、掉块，对钻井液的防塌能力提出了较高的要求。

2.2 施工技术思路

1)井眼清洁。根据多级套管组合和长水平井段钻井需求，采用合理的钻井液流变参数和合适的排量，钻井液黏度可控制在40～70 s以内。实钻过程中，因膨润土含量偏高造成的钻井液黏度上升，可适当补充流型调节剂改善钻井液，提高携岩带砂能力。

2)润滑防卡。APG可以改善泥饼质量，具有较好的润滑性。考虑到防塌效果和经济性评价，从造斜段开始复合使用3%CAPG和3%APG，钻进过程中，根据地层岩性变化和水平段的加长及时补充，即可满足钻井工程的需要。

3)井壁稳定。造斜段及水平段地层岩性变换交错及部分井段的泥岩地层要求钻井液具有较好的防塌能力。在泥岩含量较高的层段及时提高钻井液密度，有效支撑井壁;保持一定浓度的CAPG，通过多羟基吸附拉近黏土和岩石晶片的结构，限制黏土分散，保持钻井液的抑制能力;复合使用硅甲基防塌剂等材料，提高钻井液的封堵能力，达到稳定井壁的目的。

3 CAPG钻井液体系

3.1 APG 钻井液

APG与水有良好的互溶性，因分子链的长短差异抗温在150～180℃，其水溶液几乎不受无机盐的影响。在钻井液中可增大钻井液的屈服值和凝胶强度，提高钻井液的携岩能力;降低钻井液的摩擦系数，提高钻井液的润滑性;可有效降低钻井液的水活度，阻止与钻井液接触的页岩水化和膨胀，降低储层的水锁效应［1－3］，APG 钻井液在中原油田的非常规水平井上应用3口井，该钻井液具有较好地携岩带砂、润滑防卡和抗温抗污染能力，可满足长水平段钻井的施工需要［4］，但抑制性能力有待提高，不能有效解决长段泥页岩的井壁掉块问题，且加量大，成本较高。

3.2 CAPG 钻井液

针对烷基糖苷钻井液存在的问题，自主研发了新型钻井液处理剂阳离子烷基糖苷。阳离子烷基糖苷在秉承了烷基糖苷较好润滑性的基础上，抑制性能显著提高，能够有效解决泥页岩及砂泥岩等易坍塌地层的井壁失稳问题。CAPG分子本身带正电，结构上含有一个亲油的烷基、三个亲水的羟基(—OH)、一个亲水的醚键(C—O—C)和一个强吸附的季铵阳离子(R1R2R3R4N+Cl－)。抑制机理是多种化学和物理作用的共同体现［5－10］，主要包括:1)静电吸附成膜及拉紧晶层;2)羟基吸附成膜;3)季铵基团吸附成膜及嵌入去水机理;4)降低水活度;5)形成封固层。从而大大加强了CAPG的抑制能力，保留了APG的润滑和抗温抗污染能力，加量显著降低。同时优选封堵材料，优化体系配方，协同作用解决水平段泥页岩的井壁稳定问题，在陕北地区进行现场试验。

4 CAPG钻井液现场应用

4.1 CAPG钻井液的配制

CAPG钻井液配方为:3%CAPG+3%APG+(0.5%～1.5%)降滤失剂 +(2%～3%)封堵剂+(0.6%～1.2%)流型调节剂 +(0.2%～0.4%)烧碱。配制 CAPG钻井液前，保留老浆120 m3，清理循环罐;按照配方配制新浆CAPG钻井液60 m3，边钻进边循环均匀，CAPG钻井液转换完成，转换前后钻井液性能见表1。

表1 CAPG钻井液转换前后钻井液性能

4.2 钻井液维护处理

4.2.1 流变性控制和井眼清洁

在转换为CAPG钻井液后，为了保证造斜段的冲刷带砂和上部环空的悬浮带砂，钻井液应保持合理的流变性，钻井液的黏度控制在35～60 s，动切力为2～8 Pa，静切力为1～3 Pa/2～5 Pa较为合理，使用聚合物增黏剂可提高钻井液的黏度;在膨润土含量较低的情况下可用生物聚合物黄原胶提高动切力和静切力，补充APG可提高黄原胶的抗温稳定性;若下钻划眼较多，可用黄原胶或增黏剂HP配置20～30 m3稠塞液清砂。

4.2.2 滤失量和泥饼质量控制

降低钻井液的滤失量可适当补充降滤失剂，硅甲基防塌剂、沥青粉等封堵材料也有一定的降滤失效果，也可以改善滤饼质量。补充APG和CAPG可明显改善泥饼质量。

4.2.3 钻井液的防塌措施

保持合理的钻井液密度，有效支撑井壁，是保持井壁稳定的前提，钻遇泥岩或泥质含量较高的井段可适当提高钻井液的密度。转换CAPG钻井液(转换井深2 546 m)后密度为1.13 g/cm3，造斜段(造斜井深2 750 m)主要岩性为泥岩，为保证其井壁稳定，密度逐步提高到1.24 g/cm3，中完密度提升至1.26 g/cm3，三开水平段钻至3 610 m时钻遇大段泥岩，γ＞180，泥质含量升高，密度提高到1.30 g/cm3。保持≥3%的CAPG含量可有效保证钻井液的抑制性，在泥岩含量较高的井段补充沥青等封堵材料可提高钻井液的封堵能力。

4.2.4 润滑防卡措施

APG钻井液润滑能力强，保持APG和CAPG总量≥6%，随着水平段的加长，可适当提高浓度，可有效降低钻井液的摩阻;同时必须加强固相控制，控制钻井液含砂量≤0.3%，是保障长水平段钻井工程的需要。

4.3 应用效果

在整个钻进过程中，钻井液性能稳定、井下安全、起下钻畅通无阻、电测及完井作业均一次成功，未出现井下复杂情况，达到了稳定井壁、保护储层及井下安全的目的，为地质资料的完整录取和钻井施工地顺利进行提供了技术保障。现场具体应用效果如下:

1)抑制性强，保障了井壁稳定。保持合理的钻井液密度，有效支撑井壁，保持≥3%的CAPG含量可有效保障钻井液的抑制性，及时补充超细钙和沥青等封堵材料提高钻井液的封堵能力。通过降滤失剂降低钻井液滤失量，提高了井壁稳定性。本井造斜段泥岩和砂质泥岩含量达44%，未出现掉块等井壁失稳现象。施工过程中CAPG钻井液较好地解决了的钻屑水化分散和污染钻井液的问题，钻井液性能稳定。应用段钻井液性能见表2。

表2 高桥46－118H1井应用段钻井液性能

2)润滑性好，满足定向施工，有利于降低循环压耗、提高机械钻速。该井水平段为6"井眼，钻进过程中排量为16 L/s，泵压为17～19 MPa，起下钻和拉井壁平均摩阻为7～9 t，二开直井段和定向段共用时26.08 d。比设计提前3.92 d，高桥46－118H1井仅用32.63 d钻完井深4 271 m，在同区块属最快的一口开发水平井。

3)剪切稀释好、携岩能力强，保证了井眼清洁。施工过程中，钻井液性能稳定，流变性好，有较好的携岩带砂能力，保证了井眼的清洁。起下钻正常未出现复杂事故，说明钻井液具有良好的携砂能力，将钻屑及时携带出井筒。保证了钻井过程的快速、安全。

4)有利于油气层保护和环境保护。CAPG与APG可有效降低钻井液的水活度，形成理想隔离膜，阻止与钻井液接触的泥页岩水化和膨胀，有效地维持井眼的稳定，降低储层的水锁效应，实现对储层的保护;钻井液中膨润土含量低，亚微米固相颗粒含量少，三开使用加重材料为石灰石，有利于酸化解堵，保护储层。APG及配伍处理剂生物毒性低，可自然降解，环境保护压力低。

5 结论

1)APG钻井液体系在携岩带砂能力、润滑能力、滤失造壁性等方面较好，抗温稳定性较高;CAPG钻井液体系提高了钻井液的抑制性，可满足更多地层长水平段钻井的需要。

2)CAPG钻井液技术在高桥46－118H1井水平段的应用较为成功，未出现井下复杂情况。可根据相应井段制定钻井液密度，在长段泥岩地层，及时补充CAPG的含量，复合使用超细钙和沥青，保障井壁稳定;优化钻井液配方，对同类材料作经济性评价，在满足钻井工程需要的前提下，降低钻井液的成本;应进一步加强固相控制，及时清除钻井液的有害固相，进一步提高机械钻速。

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