南陵1井钻井液技术应用

陈 志

（中国石化集团华东石油局钻井液公司，江苏镇江212003）

南陵1井钻井液技术应用

陈 志*

（中国石化集团华东石油局钻井液公司，江苏镇江212003）

南陵1井地层含大段的棕红色泥岩、棕褐色泥岩，其成分以蒙脱石、伊利石为主，由于缺少邻井资料参考，在钻井过程中，通对实钻地层岩性的物理和化学性质以及复杂情况原因的分析，采用多种施工措施，参考室内小型试验数据结果优化钻井液性能，优选合理的钻井液密度以满足抑制造浆、稳定井壁，达到安全施工要求。对该区块进一步钻井安全施工具有一定的指导意义。

抑制；防塌；防粘卡；平衡压力

南陵区块处于安徽省芜湖市芜湖县境内，区块面积为470.162km2，主要位于南陵中新生代沉积凹陷的中心分布区。南陵凹陷西界以清水河断裂为界，东界以茅西断裂为界，南陵1井是华东分公司在下扬子句容—南陵复向斜带南陵凹陷政和构造钻探的一口探井。由华东50511井队承担钻井施工，华东钻井液公司提供钻井液技术服务任务，2012年11月26日打导眼，导眼尺寸444.5mm，钻井液类型：预水化膨润土钻井液。12月3日00：00一开钻进，一开井眼尺寸311.1mm，钻井液类型：金属两性离子聚合物钻井液体系，12月7日19：00二开钻进，二开井眼尺寸215.9mm，钻井液类型：金属两性离子聚磺钻井液体系，12月16日定向钻进，定向点井深1238.25m，12月20日开始稳斜钻进，稳斜点井深1402.06m。2013年3月1日6：40钻至设计完钻井深3694.78m，接通知加深钻进。2013年3月25日16:00本井完钻，完钻井深3808.63m，本井于2013年4月1日14:00完井。

1 地质概况

南陵1井构造位置处在皖中南向斜带句容—南陵推覆带，为晚白垩世—早古近系凹陷与下扬子中古生界盆地叠合区。本井上部地层主要为灰黄色粘土层、砂砾层；浅棕色细砂岩与棕红色泥岩不等厚互层；中部地层主要为灰色粉砂质泥岩、灰黑色泥岩、棕褐色粉砂质泥岩、灰色泥质灰岩、棕色泥质粉砂岩、细砂岩与棕褐色泥岩不等厚互层；下部地层主要为浅棕色灰质粉砂岩、棕褐色含灰泥岩、棕色泥质粉砂岩、棕褐色泥岩、浅棕色砂砾岩与灰黑色凝灰岩不等厚互层；底部地层主要为棕色灰质中砂岩、粗砂岩、浅棕色灰质粉砂岩、杂色砾岩。

根据测井资料解释：第三系（433～2859.4m）粘土类型为混层粘土以蒙脱石、伊利石为主，侏罗—白垩系（2859.4～3625m）粘土类型为混层粘土以伊利石为主，混有蒙脱石和海绿石。

2 施工重难点

（1）本井地层岩性含大段的棕红色泥岩、棕褐色泥岩、棕色泥质粉砂岩，易吸水膨胀，有较强的造浆能力。

（2）本井稳斜段长达2406.57m（井段：1402.06～3808.63m），本段地层含大段的棕褐色泥岩、棕红色泥岩，其成分以蒙脱石、伊利石为主，长时间的钻井液浸泡，易造成近井壁的泥岩水化分散。

（3）深井井段钻进过程中，由于长裸眼稳斜井段岩屑上返较困难，岩屑与井壁和钻具的摩擦、碰撞严重，造成大量的岩屑细分散到钻井液中。

（4）正常钻进过程中，由于本井是探井，无该区块相关邻井资料的参考，无法获取准确的地层压力系数，钻井液的液柱压力不能很好地平衡地层压力，存在不同程度的掉块现象，起下钻过程风险较大。

（5）上部地层掉块现象严重，造成1600m以上井段存在严重的大肚子现象，岩屑在此井段易形成岩屑床，起下钻过程中，易造成掉块、沉砂卡钻。该井段砂泥岩互层，泥浆比重平衡点较难找，比重高砂岩段在压差作用下易形成虚泥皮，易粘卡，比重低无法平衡泥岩段的坍塌压力，易掉块。

3 室内小型实验

以蒙脱石、伊利石为主的粘土层极易吸水膨胀，有较强的造浆能力，通过室内小型实验调整钻井液中不同分子量聚合物的含量及改善泥饼质量，提高钻井液的封堵能力，有效地抑制岩屑造浆能力和保持井壁的稳定性，保持良好的钻井液性能。实验根据现场岩性分析，优选4组配方：配方1：井浆+0.2%PHP+0.2% PAC-Lv+0.1%Hv-CMC+0.3%DS-301+0.2%金属离子+1%OSAMK+1%LF-TEX-1；配方2：井浆+0.3%PHP+0.2%PAC-Lv+0.1%Hv-CMC+0.4% DS-301+0.3%金属离子+1%OSAMK+1%LFTEX-1；配方3：井浆+0.2%PHP+0.1%PAC-Lv+ 0.1%Hv-CMC+0.3%DS-301+0.2%金属离子+1.5% OSAMK+1.5%LF-TEX-1；配方4：井浆+0.3% PHP+0.2%PAC-Lv+0.1%Hv-CMC+0.4%DS-301+ 0.3%金属离子+1.5%OSAMK+1.5%LF-TEX-1，通过对4组数据（实验数据见表1）的对比分析，优选配方4能更好地满足生产的需求。

表1 钻井液中聚合物加量配比实验

长裸眼段定向稳斜钻进过程中，随着井深的增加，钻具和井壁的接触面积也逐渐增大，上提、下放钻具的过程中会产生较大的阻力。通过室内小型实验调整钻井液性能，改善泥饼质量，增强其润滑能力，现场优选4组配方：配方1：井浆+0.1%PAC-Lv+ 1.5%OSAMK+1.5%LF-TEX-1+1.5%JM-2+1.5%乳化石蜡；配方2：井浆+0.2%PAC-Lv+1.5% OSAMK+1.5%LF-TEX-1+1.5%JM-2+1.5%乳化石蜡；配方3：井浆+0.1%PAC-Lv+2%OSAMK+2% LF-TEX-1+2%JM-2+2%乳化石蜡；配方4：井浆+ 0.2%PAC-Lv+2%OSAMK+2%LF-TEX-1+2% JM-2+2%乳化石蜡，通过对4组数据（实验数据见表2）的对比分析，优选配方3能更好地满足生产的需求。

表2 钻井液润滑性能调节

4 复杂情况的原因分析

（1）起下钻、正常钻进过程中井下摩阻较大的原因为：①棕褐色泥岩受长时间的钻井液浸泡，造成近井壁的泥岩水化分散，稳斜段钻具紧贴井壁，增大了钻具和井壁之间的摩擦，造成井下摩阻较大，起下钻风险极大。②钻具与井壁的摩擦使得大量近井壁水化的泥岩分散到钻井液中，同时伴随岩屑的细分散，固控设备不能有效地清除，造成固相含量偏高，不能在井壁形成薄而致密的滤饼，造成井下摩阻增大。③稳斜井段细砂岩和粉砂岩存在一定的渗透能力，在压差的作用下易形成虚泥皮，增加了井下摩阻。④起下钻过程中，钻井液处于静止状态，大肚子井段未能上返的岩屑会在下井壁形成砂桥，在一定程度也增加了钻具和井壁的摩擦阻力。

（2）正常钻进过程中，从上返的掉块的形状上分为3种主要类型：棱角状、板状和裂片状，其岩性主要为灰黑色的玄武岩、深灰色泥岩以及棕褐色的泥岩，根据其掉块形状及岩性分析，产生掉块的原因为：①岩石比较存在一定的微裂缝，部分井段的岩石比较松散，钻井液的侵入，造成地层易垮塌，形成掉块。②钻井液的密度低于邻近地层的压力，而造成井眼附近辐射状的应力垮塌，形成掉块。③对新探区块，缺少地质资料，根据实钻情况分析，本区块的地层构造应力压力较高,设计钻井液的比重偏低，不能有效地控制住掉块。④由于裂缝和节理缝的存在，钻井液很容易渗透进地层岩石中，与钻井液滤液的接触面积大，很容易造成水化，造成地层的垮塌；在由于水化后地层不同部位的应力强度就不同，造成井眼围岩应力失稳而垮塌；起下钻造成的抽吸力和钻具的震动，对于本身就比较脆弱、易塌的玄武岩和泥岩地层来说，更容易造成井壁的滑塌，使岩石从其裂缝或节理面处剥落,形成掉块。

5 现场处理措施

根据正常钻进过程中，振动筛出口一直有深灰色泥岩、灰黑色玄武岩、棕褐色泥岩掉块返出。起下钻过程中遇阻卡现象，钻井液主要采取以下措施：

（1）充分提高钻井液的抑制能力，根据岩性，钻井液中抑制剂DS-301、DS-302、PMHA以及絮凝剂PHP的含量达到0.8%以上，满足对泥岩的抑制、絮凝的能力，以减少水化分散作用对钻井液性能的影响。

（2）增强钻井液的封堵能力，改善泥饼质量，增强钻井液的防塌能力。在正常钻进过程中，采用FT-1（磺化沥青）和QS-4（超细碳酸钙）采用2∶1的比例复配加入到钻井液中，充分提高钻井液的封堵能力，改善泥饼质量，辅助添加OSAMK（腐植酸钾）提高钻井液的防塌能力（钻井液中FT-1的含量达到5%，OSAMK的含量达到3%）。

（3）充分利用固控设备降低固相含量，定期使用离心机清除有害的固相，在深井段，根据实测钻井液性能的变化，采取放掉部分除砂、泥器的底流，补充新浆和一定浓度的钻井液助剂混合溶液以降低钻井液中有害固相。

（4）尽量减小失水，使其失水达到最小允许值，减少进入地层里的水量，从而减少岩石的水化分散能力，达到减少掉块的目的。

（5）提高钻井液的密度至设计上限1.36g/cm3，以平衡地层压力，减少掉块的现象，在正常钻进过程中，仍然存在不同程度的掉块。

（6）降低井下摩阻，前期采用JM-2（极压减摩剂）与KD-50（乳化石蜡）复配的方式，进行降低摩阻，虽2种润滑剂含量已达到8%，但井下摩阻无明显变化。经上级部门批准在钻井液中混入原油15m3，并对混入原油及时乳化（含油量已达到10%～11%）。

在工程方面主要采取以下措施：①对于掉块严重井段，充分循环钻井液，确保掉块能及时返出地面，减少沉积现象。②严格控制起下钻的速度，避免产生较大抽吸力和钻具震动。③优选钻井参数，选用合适的泵排量，避免因流体的冲击力大于岩石的胶结程度而促使井壁垮塌。④在起下钻过程中尽量避免倒划眼。因为倒划眼,钻具对易跨层的机械碰击和形成压力的激动都会加剧掉块的形成。

6 认识和结论

（1）新探区块无参考资料，地层压力系数预测不准，设计钻井液的比重远不能平衡地层压力，造成上部地层掉块现象比较严重，形成不同程度的大肚子井眼。只有合理的井身结构和合理的钻井液密度才能保证施工的安全顺利。

（2）本井地层岩性以棕红色泥岩、棕褐色泥岩、棕色泥质粉砂岩为主，极易造浆，必须增高钻井液的抑制、絮凝能力，以减少岩屑的水化分散能力。本井采用DS-301、DS-302、PMHA、PHP复配使用，有效地提高了抑制、絮凝能力。

（3）在新探区块的易垮塌地层，要充分考虑存在的微裂缝或节理组的分裂，提高钻井液的封堵能力，改善泥饼质量，增强钻井液的防塌能力，本井采用FT-1（磺化沥青）和QS-4（超细碳酸钙）采用2∶1的比例复配加入到钻井液中，充分提高钻井液的封堵能力，改善泥饼质量，辅助添加OSAMK（腐植酸钾）提高钻井液的防塌能力，在一定程度上减少了井下掉块现象。

（4）长裸眼段井下摩阻较大，尽可能保持较低的固相含量，保持较低的泥饼摩擦系数，采用多种润滑剂复配使用，可以有效地降低井下摩阻。

（5）本井由于上部地层的不稳定，产生掉块，在钻进过程中，应充分考虑井壁的不稳定性，在易垮塌井段起下钻过程中，采取必要的措施，避免井下复杂情况。

[1]鄢捷年.钻井液工艺学[M].中国石油大学出版社，2006.

[2]杨振杰，刘志坤，张振活.钻井液工艺学[M].石油工业出版社，2010.

[3]张铁.对钻井过程中掉块的地质分析及处理[J].内蒙古石油化工期刊，2011（17）.

TE254

B

1004-5716(2015)03-0108-03

2014-03-25

2014-03-26

陈志（1981-），男（汉族），安徽桐城人，助理工程师，现从事钻井液技术工作。