剑阁区块大尺寸井眼钻井液技术的分析与认识

李沁周（中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻井液技术服务公司，四川 成都 610056）

1 概述

剑探1井、剑阁1井是剑阁区块的两口1字号风险预探井，设计井深在7500米以上，钻探目的是主要探索剑阁地区茅口组台缘带发育情况及含油气性，兼探长兴组、飞仙关组，为川西北地区二叠系多层系台缘带勘探打开局面。这两口风险探井采用有机盐聚合物钻井液在非标套管大尺寸井眼钻井中先后两次打破中石油Φ444.5mm 井眼井深最深、Φ365.13mm 套管下深最深纪录。

2 地质工程简况

2.1 地质特征

剑阁区块位于四川盆地川北低平构造带，地处梓潼凹陷、九龙山背斜、柘坝场潜伏构造之间，九龙山至中坝构造群的东部。位于梓潼凹陷东斜坡，东邻九龙山构造的西南倾没端西翼。其区块中自上而下地层压力系数预测：剑门关组～遂宁组为1.0、沙溪庙组～千佛岩组为1.2、白田坝组为1.35、须家河组为2.1、雷口坡组～飞仙关组为1.7、长兴组为1.60、吴家坪组～栖霞组为2.10。

本区块地层气显示频繁，且气显示层井漏段也较多，区域上须家河组、飞仙关组、长兴组、茅口组、栖霞组等层系可能存在局部异常高压，且以上地层、储层非均质性强在钻进过程中需根据显示情况及时调整钻井液密度。

2.2 井身结构设计说明与优缺点分析

随着勘探开发井深的不断拓深，为应对川渝地区超深井纵向多压力系统致使井漏、井喷、气侵等复杂频繁的问题，川渝地区超深探井普遍采用非标井深结构，剑阁区块所采用的非标井深结构设计说明如下表1所示。

表1 中剑阁区块所示非标井深结构设计，其优点是根据地质工程必封点原则，用机械方式封隔纵向多压力系统中局部高压易漏地层，有利于安全钻井；缺点是Φ365.13mm 套管下深过深，下套管时钻机负荷重，剑探1 井Φ365.13mm 套管重量480吨，剑阁1 井Φ365.13mm 套管重量528 吨，下入难度大，需要采用钻深8000m以上钻机。

2.3 大尺寸井眼钻进中现场钻井液技术遇到的困难

剑阁区块的非标井深结构设计中，为了下部的安全钻进，其上部大尺寸井眼井深往往过长，例如剑探1 井Φ444.5mm 井眼钻至井深4154m、剑阁1 井Φ444.5mm 井眼钻至井深4205m，这种井深结构对现场钻井液技术应用造成了新的困扰，其面临的问题主要是：1大尺寸井眼裸眼段长，钻井液整体循环维护量过大，例如剑阁1井Φ444.5mm井眼，裸眼段长3720m,钻进期间最大循环量达750 方以上，如此巨大的井浆循环维护量，且Φ 444.5mm井眼裸眼段地层剑门关组～千佛崖组地层岩性泥质含量重，地层造浆性强，造成钻进期间钻井液容易受到地层岩性污染，且污染后钻井液因循环维护体量过大的原因，导致现场钻井液处理难度大；2Φ444.5mm 井眼钻完后，其Φ365.13mm 套管下深过深，实钻中剑探1井Φ365.13mm套管下深4150m套管重量480吨、剑阁1井Φ365.13mm 套管下深4202.16m套管重量528吨，钻机负荷大，就算采用钻深8000m钻机也不具备起套管的功能，更重要的是，下套管过程中井底钻井液静止时间很长，实钻中剑探1 井下Φ365.13mm 套管过程中钻井液累计静止时间7.4天，如何保证钻井液井底长时间静置环境下性能稳定、保障套管一次到位是大尺寸井眼钻井液技术的难点。

表1：剑阁区块非标井深结构设计说明

3 大尺寸井眼钻井液技术分析

3.1 KCl-有机盐聚合物钻井液体系特点[1]

针对剑阁区块大尺寸井眼钻井液循环维护体量大、裸眼段长、地层岩性造浆性强、钻进期间空气钻“气液转换”后井壁易失稳的特点，剑阁区块普遍选用KCl-有机盐聚合物体系进行大尺寸井眼钻进，该体系具有抑制性强、性能稳定周期长、高粘低切、机械钻速高的特点。

3.2 钻井液体系配方

KCl-有机盐聚合物钻井液：清水+7～10%KCL+10%有机盐+0.5～1%大分子+0.5～1.5%小分子+加重剂

3.3 钻井液维护处理措施

剑阁区块Φ444.5mm 大尺寸井眼，钻井液循环总量在750方左右，针对区块地层特点和钻井方工程需要，KCl-有机盐聚合物钻井液维护处理措施为：剑阁区块Φ444.5mm 大尺寸井眼上半段往往采用空气钻进行钻井提速，在安全钻进2500～3000m后需进行“气液转换”，为保障“气液转换”后井壁稳定，需配置一定量的“三低”钻井液作为转换过程中的前置液；根据井筒容量与地层压力系数，“气液转换”前配置足量的密度1.40g/cm3的有机盐聚合物压井液；如井下出水或井壁垮塌，威胁到施工安全，根据工程要求及时进行“气液转换”；“气液转换”后使用密度2.30g/cm3 的重浆滚动举砂，并进行短起下钻检验井眼清洁状况；强化固控使用，钻井中保证振动筛、除砂器、离心机连续使用，有效清除无用固相保障钻井液清洁；下套管前调整钻井液高温沉降稳定性，并且充分循环洗井，重浆举砂、稠浆垫底保障下套管过程顺利。

3.4 钻井液沉降稳定性评价

静态沉降测试法[2-4]

静态沉降测试是评价钻井液在井筒内静态条件下沉降趋势的方法。将钻井液加入不锈钢罐中，在特定温度下静态放置一段时间后，分别测量钻井液液柱上部（游离液体下层）密度ρtop和底部的密度ρbottom。静态沉降因子SF 的计算式如下。

SF 为0.50 时说明未发生静态沉降，SF 大于0.52 时说明静态沉降稳定性较差。该方法利用钻井液常规测试仪器，操作方法简单，适合现场使用。

3.5 下套管前钻井液沉降稳定性调整实验

剑阁区块大尺寸井眼由于Φ365.13mm套管套管过长，下套管前往往需要对钻井液性能进行调整，提高钻井液长时间静止环境下的沉降稳定性，通过室内实验，现场往往加入降失水剂、高分子提粘剂、磺化处理剂等提高钻井液的静态沉降稳定性，剑探1 井、剑阁1 井Φ365.13mm 套管下入前调整过后的钻井液沉降稳定性如下表2。

表2：Φ365.13mm套管下入前钻井液沉降稳定性测试

剑探1 井、剑阁1 井下套管前其有机盐钻井液沉降因子SF均小于0.52，从现场实际应用情况可以发现，其钻井液沉降稳定性较好，Φ365.13mm 套管下入过程套管均一次性到位，顺利座挂，其先后两次打破中石油Φ365.13mm套管下深最深纪录。

3.6 现场有机盐聚合物钻井液实钻效果

剑探1 井、剑阁1 井在大尺寸井眼钻井中先后两次打破中石油Φ444.5毫米井眼井深最深、Φ365.13毫米套管下深最深纪录，其现场实钻效果表明：①KCl-有机盐聚合物钻井液抑制性强，有效抑制了地层中泥页岩水化造浆，其性能稳定周期长，保障了大尺寸井眼安全、快速钻进;②KCl-有机盐聚合物钻井液抑制封堵防塌好，有效保障了空气钻“气液转换”后井段井壁稳定，井下快速恢复正常钻进，提高了生产时效，缩短了钻井周期;③KCl-有机盐聚合物钻井液携砂性好，高效清洁井眼，其优秀的沉降稳定性保障了大尺寸井眼套管的顺利下入。

4 结语

（1）随着勘探井深深度的不断拓深，非标井深结构通过机械方式封隔纵向多压力系统下局部高压易漏地层，其有效减少了川渝地区超深井的井下复杂，缩短了钻井周期、降低了钻井成本、提高了钻井速度，川渝地区超深井采用非标井深结构规井身大尺寸井眼结构必将成为一种趋势。

（2）KCl-有机盐聚合物钻井液体系有效解决了非标井深结构设计中上部大尺寸井眼的井壁失稳技术难题，其长周期的性能稳定，为钻井提速提效提供了安全保障。

（3）非标井深结构大尺寸井眼钻进中KCl-有机盐聚合物钻井液整体循环量过大，一旦性能恶化，钻井液处理难度非常大，因此钻井液性能稳定是日常工作重点，其关键点在于：有机盐聚合物钻井液的强抑制性，有效遏制地层中泥页岩水化造浆，防止大尺寸井眼红层造浆对钻井液的污染；钻井液净化工作，钻进期间需坚持使用好所有的固控设备，不断清除在钻井过程中被钻碎而进入钻井液的钻屑、砂粒、和劣质粘土等有害固相，保持钻井液的清洁。

（4）非标井深结构其Φ365.13mm 套管下深过深，就算采用钻深8000m钻机也不具备起套管的功能，为保障套管一次下入成功，下套管前需通过室内实验调整钻井液静态沉降稳定性，其静态沉降稳定性满足静态沉降测试因子SF控制在0.5～0.51，且下套管前充分循环洗井，重浆举砂、稠浆垫底保障下套管过程顺利。