征1－4井优快钻井液技术

邱春阳，叶洪超，秦 涛，温守云，张海青

(中国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)

征1－4井位于准噶尔盆地中央隆起带中部1区块征沙村地区，钻探目的开发征1区块侏罗系三工河组油藏。征1－4井设计井深4 855 m，采用三开制直井身结构钻进，一开φ 444.5 mm钻头钻深158.00 m，φ339.7 mm 套管下深 157.75 m;二开 φ311.2 mm 钻头钻深2 521.00 m，φ244.5 mm 套管下深2 520.03 m;三开φ215.9 mm钻头钻至井深4 900.00m完钻，φ139.7 mm油层套管下深4 895.55 m完井。征1区块地层岩性复杂，施工中复杂情况频发，主要表现为上部地层缩径，起下钻遇阻严重，被迫反复划眼;下部地层煤层垮塌及应力性垮塌严重，轻者起下钻及电测遇阻，严重者卡钻，钻完井周期长。为提高征1－4井钻井施工效率，使用聚硅铝胺防塌钻井液体系，配合相应的现场钻井液维护处理工艺，保证征1－4井的顺利施工。施工中全井机械钻速为12.96 m/h，创造中区钻速新纪录，达到优快钻井的目的。

1 地质概况及钻井液技术难点

征1－4井地层自上而下发育第四系(底深80 m)、第三系(底深 2 340 m)、东沟组(底深2 975 m)、吐谷鲁群(底深4 750 m)和三工河组(底深4 855 m)。由于地层岩性复杂，施工中钻井液技术难度大，主要有以下几方面。

1)第三系地层发育较厚，岩性主要是红色泥岩、砂质泥岩和砂岩。红色泥岩较软，吸水后黏性强，易造成钻头泥包;且岩屑在上返过程中易分散在钻井液中，造成钻井液黏切增大，流变性变差。

2)上部地层压实性差，机械钻速快，使用φ311.2 mm钻头钻进产生的岩屑量大，环空钻屑浓度高，若钻井液悬浮携带能力差，岩屑会被钻头反复破碎，降低施工效率;且岩屑在上返过程中易黏附在井壁上，形成小井眼导致缩径，造成起下钻遇阻。

3)吐谷鲁群上部棕色泥岩发育较厚，且泥岩水敏性强，易发生水敏性垮塌;下部地层为硬脆性泥岩和砂岩互层，砂岩段渗透性强，易吸附虚厚泥饼形成小井眼，而泥岩段垮塌后导致井眼较大，最后形成“糖葫芦”井眼，导致起下钻遇阻及电测不到底。

4)侏罗系发育超压，地应力作用强，且地层硬脆，井眼形成后，地应力沿着井眼径向释放，易发生应力性垮塌，井壁失稳严重，导致起下钻及电测遇阻。

2 钻井液体系筛选

2.1 一开井段

高黏度膨润土浆钻井液体系，基础配方如下:

井场水 +8.0%膨润土 +(0.3%～0.4%)NaOH+(0.2%～0.3%)Na2CO3。

2.2 二开井段

聚合物防塌钻井液体系，基础配方如下:

(3.0%～4.0%)膨润土 +(0.3%～0.4%)NaOH+(0.3%～ 0.5%)聚丙烯酰胺 PAM+(0.2%～0.3%)Na2CO3+(0.3%～0.5%)高黏羧甲基纤维素HV－CMC+(0.5%～1.0%)铵盐+(0.5%～1.5%)抗温抗盐钙防塌降滤失剂JZC－1+(2.0%～3.0%)超细碳酸钙 +(1.0%～2.0%)无荧光防塌剂PA－1+(0.5%～1.0%)无水聚合醇+(0.5%～1.5%)白油润滑剂。

2.3 三开井段

聚硅铝胺防塌钻井液体系，基础配方如下:(3.0%～5.0%)膨润土 +(0.2%～0.4%)PAM+(2.0%～3.0%)低荧光磺化沥青 ZX －6+(1.5%～2.5%)磺化酚醛树脂 SMP －Ⅱ+(1.5%～3.0%)抗温抗盐防塌降滤失剂 KFT+(2.0%～3.0%)超细碳酸钙+(0.5%～1.5)%胺基硅醇 +(0.5%～1.5%)铝络合物防塌剂 +(1.0%～2.0%)JZC －1+(1.0%～2.0%)无水聚合醇 +(0.5%～1.5%)双膜承压处理剂。

3 聚硅铝胺防塌钻井液作用机理

胺基硅醇含硅羟基和胺基，分子中Si—OH键与黏土上Si—OH键缩聚Si—O—Si键，胺基通过电荷吸附在黏土颗粒表面，同时形成牢固的化学吸附;胺基硅醇在胺基的基础上引入硅羟基，通过对黏土表面形成疏水层，阻止胺基对黏土颗粒的影响，因此胺基硅醇的加入对体系的流变性和滤失量影响较小;胺基硅醇在黏土表面形成一层疏水基团朝外具有疏水特性的吸附层;阻止和减缓黏土表面的水化作用，进一步增强了体系的抑制能力。

ZX－6在井底温度作用下，在井壁岩石表面形成牢固的沥青薄膜，阻止滤液向地层渗透;正压差下，沥青颗粒进入地层微孔隙和微裂隙中，配合超细碳酸钙，封堵地层微孔隙和微裂隙，稳定井壁。

聚合醇具有“浊点”效应，当温度超过一定范围后，部分聚合醇从水中析出，形成乳状油滴，在井内压差作用下被挤入并逐渐填堵井壁缝隙，降低滤失量;多元醇能吸附至黏土矿物表面，形成憎水吸附膜，阻止水分子进入黏土矿物晶层中，降低黏土膨胀压［1］。

铝络合物防塌剂是两性化合物。pH较高时生成水溶性四羟基铝阴离子，而pH为5～6时生成氢氧化铝沉淀。在钻井液中铝络合物以溶解的络离子形式存在，当铝离子随钻井液滤液进入地层时，地层水pH为5～6，铝络合物与黏土结合形成具有固结作用的硅铝酸盐不渗透层，提高对地层的封堵强度，有效阻止滤液进一步侵入［2］。

双膜承压处理剂中含2种关键物质，一是起物理作用的多种形状组成的惰性材料，主要在地层孔隙中形成具有一定强度的屏蔽膜;另一是起化学作用的活性矿物材料，能与地层孔隙中砂和黏土胶结，形成骨架结构，产生凝胶，在近井壁地带形成胶结，达到持久承压稳定井壁的目的［3－5］。

4 现场钻井液技术

4.1 一开

1)开钻前准备足量预水化膨润土浆，膨润土浆水化24 h后方可使用。

2)开钻前检查钻井液循环系统、加重系统、固控系统和钻井液储备系统，必须满足钻井施工需要。

3)钻进时采用聚合物胶液维护钻井液性能，胶液配方:井场水 +(0.3%～0.5%)NaOH+0.5%PAM。聚合物含量要充足，保持聚合物有效包被岩屑，防止其分散。

4)钻进中开动四级固控设备，除去钻井液中劣质固相，有效净化钻井液。

5)钻完表层进尺后，充分循环，配制高黏切封井浆封闭井眼，保证表层套管顺利下到底。

4.2 二开

1)上部地层造浆严重，钻进中以聚合物胶液维护钻井液性能，胶液配方:井场水+(0.3%～0.4%)NaOH+(0.4%～0.6%)PAM。保持聚合物在钻井液中有效含量为0.4%，抑制地层造浆，防止岩屑分散在钻井液中。

2)钻进中不断补充高含量预水化膨润土浆，保证钻井液的悬浮携带能力，有效净化井眼，防止钻头重复破碎及沉砂卡钻事故的发生。

3)上部地层疏松，钻进中及时补充超细碳酸钙改善泥饼质量，改善钻井液的封堵能力，提高地层的承压能力，防止岩屑在井壁上形成虚厚泥饼，避免井漏、缩径等复杂情况的发生。

4)二开井段井眼大，在保证钻井液悬浮携带能力和井眼稳定的前提下，开动四级固控设备，尽量控制钻井液低黏切、低密度、低固相，降低钻井液循环压耗，提高环空上返速度。

5)二开上部井段放宽中压滤失量的控制，下部井段逐渐控制中压滤失量，中完保持中压滤失量控制在5 mL，提高机械钻速。

6)开钻时，保持钻井液以自然密度钻进，有效提高机械钻速;东沟组前，密度逐步提高至1.18 g/cm3，利用液柱压力平衡地层坍塌压力，稳定井壁。

7)上部井段保证排量在40 L/s以上，提高钻井液环空上返速度，提高井眼的净化效率，有效冲刷井壁;下部井段适当控制排量，适当冲刷井壁。

8)工程上坚持短起下钻措施，钻进200～300 m或24 h进行短程起下钻，按照2次短起配合1次长起下钻，刮掉黏附在井壁上的虚厚泥饼，及时修复井壁，保证起下钻畅通无阻。

9)钻完进尺后，充分循环，确定井眼清洁后进行短起下钻，修整新钻井段。下钻到底后大排量循环，并打1个稠塞清洗井眼;配制封井浆80 m3封闭下部1 500～2 521 m井段，保证电测顺利，电测封井浆配方:80 m3井浆+2.0%白油润滑剂+2.0%SMP－1+0.5%铝络合物防塌剂。电测后，下牙轮钻头通井，大注入排量循环2周，然后打一个稠塞清洁井眼。起钻前，配80 m3封井浆泵入井内，确保下套管顺利到底。下套管封井浆配方:80 m3井浆 +2.0%白油润滑剂 +2.0%无水聚合醇 +0.5%JZC －1。

10)套管到底后，开泵循环过程中补充稀胶液，适当调整钻井液流变性，以保证固井施工的顺利进行。

4.3 三开

1)开钻前，彻底清理各循环罐和循环槽;在套管内循环二开井浆，开动四级固控设备，除去钻井液中的劣质固相和低密度固相，控制膨润土含量在设计范围后，按照配方低限加入各种处理剂，充分循环，待钻井液性能符合设计要求后开钻。

2)使用聚合物胶液维护钻井液性能。胶液配方:井场水 +(0.2%～0.3%)NaOH+0.5%聚丙烯酸钾KPAM+1.0%铝络合物防塌剂。胶液按照循环周均匀加入，保持钻井液流变性稳定。

3)胺基硅醇含量控制在0.5%，无水聚合醇含量控制在1.0%，保持钻井液体系的抑制性，抑制泥页岩水化膨胀。

4)使用KFT、SMP－II和JZC－1控制钻井液的滤失量。三开上部井段中压滤失量控制在6 mL;进入吐谷鲁群后中压滤失量控制在5 mL以内;吐谷鲁群底部高温高压滤失量控制在12 mL以内，减缓泥页岩的吸水量。

5)保证铝络合物防塌剂含量为0.8%，双膜承压处理剂含量为0.5%，低荧光磺化沥青含量为2.0%，超细碳酸钙含量2.0%，保证钻井液的封堵防塌能力;吐谷鲁群底部铝络合物防塌剂、双膜承压处理剂、低荧光磺化沥青和超细碳酸钙含量分别提高至 1.0%，1.0%，3.0%和 3.0%，增强体系的防塌能力。

6)钻进中视摩阻和扭矩情况加入白油润滑剂，配合防塌剂，使钻井液在井壁上形成坚韧光滑的泥饼，降低施工中产生的摩阻和扭矩，保持起下钻顺畅。

7)开钻时，钻井液密度控制在设计下限，实钻中根据振动筛返砂情况适时提高;吐谷鲁群底部，钻井液密度提高至设计上限，保证钻井液液柱压力平衡地层坍塌压力，防止发生应力性垮塌。

8)合理使用固控设备。振动筛筛布120目，除砂器和除泥器使用率保证在90%以上，离心机及时清除钻井液中的劣质固相。

9)三开钻完进尺后充分循环，进行短起下钻，下钻至井底后充分循环，起钻前泵入70 m3封井浆封闭裸眼段。电测前封井浆配方:井浆+2.0%白油润滑剂 +1.0%无水聚合醇 +2.0%ZX－6+1.5%塑料小球+2.0%SMP－Ⅱ。电测后下钻通井，起钻前泵入70 m3封井浆封闭裸眼段，封井浆配方:井浆 +2.5%ZX －6+2.5%白油润滑剂+1.5%无水聚合醇+1.5%SMP－Ⅱ。征1－4井各地层钻井液性能控制见表1。

表1 征1－4井各地层钻井液性能控制

5 效果和建议

1)钻井液抑制性强，封堵性好，施工中井壁稳定，解决了上部地层水敏泥岩导致的钻头泥包及起下钻阻卡的难题;解决了下部地层砂泥互层所导致的起下钻及电测遇阻的难题;解决了三工河组硬脆性泥岩应力性垮塌的难题。

2)钻井液悬浮携带能力好，解决了二开φ311.2 mm大井眼岩屑的携带问题，施工中起下钻畅通无阻。三开起下钻顺利，平均井径扩大率13.59%，井下略有掉块，但能及时将掉块携带出井眼，实钻中摩阻和扭矩低。

3)全井下套管顺利，全井电测顺利，全井共取心2 筒，取心进尺32.58 m，心长30.96 m，平均岩心收获率95.02%。

4)明显提高了施工效率。征1－4井钻井周期 61.46 d，全井机械钻速 12.96 m/h，较邻井(征11井)提高了50%，创造征沙村地区机械钻速新记录，达到提速提效的目的。征沙村地区钻井时效见表2。

5)上部地层易钻头泥包及导致起下钻阻卡，必须加足大分子聚合物和抑制剂，采用低黏切、低固相及放宽滤失量，工程上保持高排量，保证井眼适当的扩大率，达到防止复杂情况发生及提速提效的目的。

6)三工河组地层硬脆，易发生应力性垮塌及硬脆性垮塌等复杂情况，保证井壁稳定的关键是形成良好的泥饼，前提是采用合理的钻井液密度支撑井壁。

表2 征沙村地区钻井时效

［1］王洪宝，王庆，孟红霞，等.聚合醇钻井液在水平井钻井中的应用［J］.油田化学，2003，20(3):200 －201.

［2］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 －24.

［3］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.

［4］孙金声，唐继平，张斌，等.超低渗透钻井液完井液技术研究［J］.钻井液与完井液，2005，22(1):1 －4.

［5］张克勤，刘庆来，杨子超，等.无侵害钻井液技术研究现状及展望［J］.石油钻探技术，2006，34(1):1 －5.