防塌钻井液技术在厄瓜多尔JE 16 井二开井段的应用

蒋振伟，陈 磊，张建斌

（1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710021；2.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西西安 710018）

1 JE 16井二开地层特点

1.1 Orteguaza 地层

Orteguaza 地层主要岩性为灰绿色页岩，中部存在砂岩和薄煤层。该层位页岩具有片状结构、易破碎等特点，属于软-中硬地层。地层中部泥质胶黏的砂岩夹层胶结疏松，分散性高，造浆性强，易钻头泥包。部分含砾石。薄煤层地层较软，以煤块为主，部分夹杂黄铁矿。

1.2 Tiyuyacu 地层

Tiyuyacu 地层顶底部主要为杂色泥岩、期间部分夹杂粉砂岩和砂岩、顶部及中部为砾石岩层。其中，泥岩以红棕色和黄色泥岩为主，可钻性为软到中硬，呈不规则块状，无石灰质岩体；次棱角到次圆状颗粒的红棕色粉砂岩与白色石英砂岩互层，呈不均匀分布；含有燧石结核的砾石岩颗粒从中到粗，硬度较大，并且分布极不均匀。几乎每个层段都存在含砾砂岩，易缩径、坍塌。

1.3 Tena 地层

主要分为以下岩性成分：黑棕色泥岩，硬度为软到中硬；细到中颗粒红棕色粉砂岩，硬度为中硬；地层上部及底部存在极细到细石英砂岩，呈次圆状和次棱角状。该层易垮塌，造成遇阻、卡钻等，同样下套管风险高，遇阻频繁。

1.4 岩性分析

X-射线衍射方法在结晶学和矿物学研究领域的应用十分广泛，在黏土矿物研究中，X-射线衍射方法能够定性、半定量、定量研究各种黏土矿物，而且分析迅速、简便，并能给出大量的反映黏土矿物各方面特征的信息，因此X-射线衍射是黏土矿物分析的最有效手段之一。X-射线衍射方法分析的JE 区块二开地层矿物组分结果（见表1）。

由表1X-射线衍射试验结果可知，JE 区块二开层位泥页岩黏土矿物主要是伊蒙间层和蒙脱石，普遍含高岭石，伊利石和绿泥石。泥页岩的黏土矿物纵向变化主要受埋藏深度的影响，以富含伊蒙间层为特征，随埋藏深度增加，黏土矿物有些变化，这种变化主要表现为蒙脱石向伊利石转化。非黏土矿物组分主要有石英、长石、方解石、白云石和菱铁矿。长石是硅酸铝，在有水和二氧化碳条件下，硅酸铝能分解成高岭土，因此，上部地层易水化膨胀，下部地层硬脆性增加[1]。同时非黏土矿物组成部分石英、长石、白云石、方解石、菱铁矿和石膏之类矿物，能加剧泥页岩井壁的机械不稳定性，这是由于这些不膨胀的矿物包围在黏土矿物周围，造成膨胀压差，引起井壁不稳定[2]。

2 钻井液技术难点

（1）因砾石层硬度大，分布不均匀等情况，在进入砾石层后多采取相对保守的钻进参数，把钻压、排量、钻具转速等适当降低，防止钻头过度磨损。即使这样也不能保证一个钻头能钻穿，有时机械钻速（ROP）会低于3 m/h（正常平均机械钻速＞20 m/h），严重影响建井周期。

（2）在钻穿砾石层后，起下钻通井、下套管遇阻甚至卡钻是该段存在的主要问题，因此，解决砾石层遇阻问题成为JE 地区钻井液核心技术。JE 8 井发生套管遇卡事故，JE 33 井发生通井卡钻事故，都是发生在下砾石层底部。

（3）由于Orteguaza、Tena 等层位都存在软泥岩，易于水化分散，使井眼内泥质或固相含量大增，滑动钻进中易吸附于钻头表面造成钻头泥包。井壁上形成岩屑床，或泥浆中劣质固相不能及时清除导致黏切过高，泥饼粗糙，摩阻大造成滑动托压。

（4）二开井段采用满眼钻具组合，扶正器、螺杆、无磁等尺寸大，如果井壁失稳，加上砾石层本身结构松散，易发生卡钻事故（见图1）。

表1 厄瓜多尔JE 区块二开地层矿物组分

图1 JE 地区井塌掉块（左：页岩右：煤层）

3 钻井液技术思路

针对二开地层特点，以强化钻井液体系的防塌封堵能力为重点。根据国内外对页岩力学分析的结果，在大斜度穿越长段页岩时，维持井壁稳定应着重立足于控制液相侵入量及侵入深度[3]。针对多种单项钻井液进行匹配，引入润湿反转技术、固相粒度分布调节技术，瞬时失水控制技术，使钻井液在发生滤失时迅速形成致密、柔韧的亲油性泥饼，有效填充、封堵钻开新井眼所形成的微裂缝，短时间内即可阻止液相侵入[4]。该体系的基本配方如下：基浆+0.5 %～1 %G 抑制剂+0.3 %～0.5 % 封堵剂+1 %润滑剂+0.5 %乳化石蜡+CaCO3（见表2）。

取Tena 层位岩屑，碾碎，烘干，备用。然后用智能页岩膨胀仪测定该烘干岩屑的线性膨胀量，进一步验证强抑制成膜钻井液对Tena 泥岩的抑制能力。

从表3 可以看出，Tena 岩屑样品在清水中的膨胀量为2.2 mm，膨胀率为10.4 %；而在GAP 钻井液中膨胀量仅有0.22 mm，膨胀率1.6 %，说明该钻井液抑制性优于复合盐水钻井液。

3.1 重视预防PDC 钻头泥包

二开多选用5 刀翼或者6 刀翼的PDC 钻头，地层泥岩多，钻压大，存在较高的钻头泥包风险。一旦出现因钻头泥包引起的起下钻，造成非生产时间。在钻进期间，保持钻井液性能相对稳定，调整性能尽量以胶液形式补充，缓慢添加聚丙烯酰胺胶液。每打完一柱划眼时，提高泵的排量和转盘转速。

3.2 Tiyuyacu 的防卡润滑措施

进入砾石层后，开始控制参数钻进，降低钻压和转盘转速，防止PDC 出现掉齿。通过调整钻井液中的组分，形成薄、致密、光滑的泥饼，同时加入润滑剂来实现低摩阻和扭矩。强化四级固控的使用，严格控制有害固相，含砂量小于0.3 %，筛布要求在120～140 目，泥浆要100 %过振动筛。

4 现场应用

2019 年11 月14 日9:00 开始组合二开钻具组合，采用311.15 mm 钻头二开钻进，钻遇Orteguaza、Tiyuyacu、Tena 层位，于11 月18 日22：00 钻至2 782.8 m二开完钻，实现了一趟钻完钻的目的。11 月19 日22:00开始下套管，历时13 h 于11 月20 日11：00 下套管至2 777.6 m，顺利固井，二开结束。

二开钻井液体系以强化封堵性为重点。针对含有大段易水化造浆活性泥岩和易水化膨胀垮塌页岩的Orteguaza 地层，一方面通过合理的钻井液密度，以力学平衡保证钻井液液柱压力大于地层坍塌压力的技术措施稳定井壁[5]；另一方面加强了钻井液化学抑制和物理封堵的性能，将钻井液API 失水控制到5.5 mL 以内，以双管齐下多元协同的技术措施有效克服了泥岩造浆和井壁稳定技术难题。在二开泥岩地层，缓慢往体系补充PHPA 胶液，不但絮凝分散在钻井液体系中的黏土颗粒以便于固控设备清除，而且PHPA 聚合物大分子链吸附在井壁泥岩表面，K+通过镶嵌作用进入黏土层间，阻止泥岩水化分散造浆，稳定井壁，增强了泥饼的润滑性，降低摩阻和扭矩，一举多得。通过以上一系列措施，控制了失水及MBT 含量，降低了地层造浆趋势，稳定了复杂地层，保证了井眼稳定和安全，快速钻井施工[6]。

表2 GAP 钻井液体系性能

优化措施：

（1）在易造浆、易缩径地层钻进时，重点是强化封堵性。重点控制失水量，配PHPA 溶液，定期向体系内补充，控制MBT。这一井段的主要工作是保证井下稳定和井眼清洁，在Orteguaza 地层钻时非常快，保证良好的润滑性保证滑动钻进。

（2）在Orteguaza 和Tiyuyacu 页岩层，泥浆中添加不同粒径碳酸钙、SMP-1 和G319 降低失水，改善泥饼质量，提高钻井液架桥和防塌能力，防止漏失。Tiyuyacu地层泥岩造浆性强，加大聚合物和清洁剂的加量，增强钻井液的润滑性，改善钻井液流变性。

（3）逐步提高钻井液黏度和密度，提高钻井液携砂能力，从力学上平衡地层压力，漏斗黏度维持在35 s～50 s，密度1.20 g/cm3～1.27 g/cm3，维持1.25 g/cm3的密度直到完钻，完钻后提密度至1.27 g/cm3，间断性开离心机，降低体系中的劣质固相的含量。

5 结论

现场施工以控制体系失水和封堵性为重点，很好地完成了二开钻进、下套管任务，实现了二开一趟钻的目标。该区块二开要钻穿Orteguaza、Tiyuyacu 和Tena层，页岩、易水化的红色泥岩等不稳定地层较多。根据以前经验，继续沿用加强封堵性，降低体系失水的钻井液处理思路。以PAC-LV、G319 和WAS-1 作为主处理剂，搭配使用。在砾石层时，把API 失水降低到5.5 mL以后，形成的泥饼薄而韧，有效封堵砾石层，保证了下套管的顺利。

二开提密度充分利用地层造浆的特性，很大程度上减少了石灰石等加重材料的用量，具有良好的借鉴意义。WAS-1 的降失水效果突出。所用全部材料为环保型材料，符合当地政策要求，杜绝了因钻井液而造成的对热带雨林的环境污染。