氯化钾有机硅醇钻井液在TH12287 井的应用

华 松，姬 浩，王 维

（中国石化华北石油工程有限公司河南钻井分公司，河南南阳 473132）

塔河油田位于塔里木盆地沙雅隆起阿克库勒凸起西南部，其目的层主要为中生界三叠系，古生界石炭系、奥陶系地层。钻遇的地层自上而下有：上第三系库车组、康村组、吉迪克组；下第三系苏维依组、白垩系巴什基奇克组、巴西盖组、舒善河组、亚格列木组；侏罗系；三叠系哈拉哈塘组、阿克库勒组、柯吐尔组；二叠系；石炭系卡拉沙依、巴楚组；泥盆系东河塘组；奥陶系一间房组、鹰山组。

三叠系泥页岩中伊/蒙混层及蒙脱石等黏土矿物达60%以上，泥页岩微裂隙发育，易吸水剥落掉块，进而在应力的作用下发生如坍塌、井径扩大、遇阻、卡钻、填井等其他井壁失稳复杂。吉迪克组地层膏泥岩，有一定的膨胀性易缩径，造成阻卡，钻进时，软泥、泥饼、钻屑黏附在钻头或扶正器周围，有的填塞在钻头刀片或牙齿间隙中间，引起泥包，影响机械钻速。软泥岩地层钻进，由于其水化分散能力特别强，要求钻井液具有很强的抑制性，以减弱钻屑在钻井液中的分散和井壁泥岩的水化、分散、膨胀，过分抑制又造成滤失量高，滤液侵入地层加剧水化分散。

1 抑制防塌机理研究

1.1 KCl 防塌机理分析[1]

KCl 的抑制防塌机理实质是K+置换蒙脱石中层间的钠/钙离子，将其转变成伊利石结构。K+与晶层的负电荷之间的静电引力比氢键强，水不容易进入晶层间，K+大小刚好嵌入相邻晶层间氧原子为网格形成的空穴中，起到连接作用，周围有12 个氧与它配位，K+连接通常非常牢固，是不能交换的，因此其水化作用很弱，由于水化能低，会促使晶层间脱水，使晶层受到压缩，形成紧密的构造，从而能够有效地抑制黏土水化[2]。

1.2 有机硅醇抑制剂防塌机理分析

有机硅的主要化学成分为CH3-Si（OH）2-CH（甲基硅醇）的不同缩合物。有机硅中的Si-OH 键和黏土表面上的Si-O-键形成Si-O-Si 键，使黏土表面吸附一层Si-CH3化合物，发生润湿反转，由亲水转变为亲油，从而阻止或减弱了黏土矿物表面对水分子的吸附，表现为对黏土水化分散的抑制作用[3]。同时有机硅中的-OH基团在黏土上发生吸附，能降低钻井液的失水，水分子不易进入岩心中，从而降低了由于水化分散而引起的黏土不稳定作用，同样也减弱钻井液中黏土颗粒间的相互作用力，削弱了网架结构。

聚合醇类非离子聚合物，它们的亲水性严重受温度的影响。当温度低于一定限度时，它们溶于水，显水溶性，高于一定温度时，它们就从水中分相而类似于油，表现出油的特性。当钻井液未入井使用时，由于温度在临界点以下，其显水溶性。当钻井液循环到井中后，由于温度逐渐上升到临界点以上，则其逐渐与水分相而呈现油的特性[4]。其结果一是聚合醇类分子链束自动在钻屑表面附着而形成一层憎水性的分子膜，抑制钻屑的水化分散；二是该分子链束在钻具、套管和井壁上自动附着而形成一层类似于油的分膜，降低钻具的扭矩，在井壁表面形成一层类似于油基钻井液半渗膜的憎水性分子链束膜，提高井壁稳定性。

2 钻井液配方及评价

根据该区块地层岩性和技术难点，选用PMHA-2作为体系的主聚合物，在钻井液中引入高软化点乳化沥青RHJ-3 和改性沥青FT-342，利用沥青在高温条件下变软，在压力作用下变形的特性，填充嵌入不规则井壁，堵塞微裂缝，并与黏土颗粒相互作用形成致密的泥饼而起封堵作用，阻止剥落性页岩表面水化和渗透水化，抑制泥页岩膨胀，减少剥落掉块，防止坍塌，达到稳定井壁的目的[5]。用SMP-3、TSH-2、KJ-3 复配作为降滤失剂。用KCl、有机硅醇DS-302 作为防塌抑制剂，RT-1、SL-1 作为润滑剂。

通过对各种处理剂的加量优选，得到氯化钾-有机硅醇钻井液的基本配方如下：

4%土浆+0.2%Na2CO3+0.5%PMHA-2+2%SMP-3+2%TSH-2+1%KJ-3+2%FT-342+0.3%有机硅醇DS-302+3%～5%KCl+2%SL-1+1%RT-1+加重剂。

2.1 氯化钾有机硅醇钻井液基本性能

室内评价了1.30 g/cm3密度下的氯化钾有机硅醇钻井液性能，实验结果（见表1）。

由表1 中数据可以看出，氯化钾有机硅醇钻井液热稳定性较强，流变性良好，滤失量较小，具有较好的携岩能力，能满足施工的需要。

表1 密度为1.30 g/cm3 的钻井液性能实验数据

2.2 抑制性评价

选取TH123115X 井1 200～4 500 m 钻屑做岩样，做线性膨胀率实验（24 h）和滚动回收率实验（120 ℃热滚16 h），实验数据（见表2）。

表2 泥页岩抑制性评价实验

由表2 数据可以看出，氯化钾有机硅醇钻井液能够有效抑制黏土矿物的水化分散和膨胀。

2.3 抗钻屑污染能力评价

取TH123115X 井1 200～4 500 m 钻屑进行岩屑污染实验，实验数据（见表3）。实验条件：16 h×120 ℃，测定温度：50 ℃。

由表3 实验数据可以看出，随着钻屑的增加，氯化钾有机硅醇钻井液体系的黏切逐渐增加，但上升幅度较小，整体流变性比较稳定，当钻屑增加到15%时，钻井液黏切明显增大，说明该钻井液抗钻屑污染能力可达15%，能够有效抑制劣质土的水化造浆，提高钻井液的抗劣质土污染能力。

表3 钻井液抗钻屑污染实验

3 现场应用

3.1 TH12287 井概况

TH12287 井是阿克库勒凸起西北斜坡部位构造上的一口开发直井，设计井深为6 338 m，实钻井深为6 325.19 m，目的层为奥陶系中下统鹰山组，本井二开进入康村组后采用氯化钾有机硅醇钻井液。

3.2 钻井液维护处理要点[6，7]

3.2.1 一开（φ346.1 mm×1 201 m）一开表层套管（φ273.1 mm）下入深度在1 200 m。采用预水化膨润土浆加大分子聚合物开钻，黏度控制在50～80 s。一开完钻后用大排量洗井，确保表层套管顺利下入。

3.2.2 二开（φ250.88 mm×6 238 m）

（1）二开前将一开钻井液进行预处理，加入适量Na2CO3防止水泥污染，使用聚合物胶液调整钻井液的性能。

（2）钻进过程中不断补充胶液，保持聚合物的含量为0.3%～0.5%，维护钻井液的黏切，增强钻井液的包被抑制作用，防止黏土分散；调整钻井液的动塑比，维持钻井液动塑比在0.3～0.5，以维持钻井液良好的流变性和携砂能力。

（3）采用随钻暂堵技术，使用PB-1、QS-2、FT-342随钻封堵，以减少钻井液消耗量，改变泥饼质量；加入适量的润滑剂和抑制剂DS-302，提高钻井液的润滑性，尤其是进入泥岩段后，必须补足润滑剂和抑制剂，防止钻头泥包和黏卡。

（4）进入康村组提前加入KCl，控制K+含量不低于20 000 mg/L。配合PMHA-2 及DS-302，提高体系抑制性，预防康村组与吉迪克组含石膏地层缩径及对钻井液的污染。

（5）在保证井眼稳定和排量的前提下，尽量使用低密度、低黏切和低固相钻井液钻进，提高钻速，实现井下安全与快速钻进的统一，搞好短程起下钻，修复井壁。

（6）控制固相含量，特别是低密度固相，低密度固相含量越低，钻井液的内摩擦力就越小，有利于减少能量消耗，同时提高钻井液的高温稳定性、抗污染能力等[8]。施工中充分使用好四级净化设备，清除钻屑和有害固相。

（7）完井电测、下套管前适当提高钻井液的黏度和切力，同时采用大排量洗井，保证井眼畅通无阻。

3.2.3 三开（φ165.1 mm×6 325.19 m）

（1）开钻前，预处理二开钻井液，加入适量Na2CO3防止水泥污染，使用聚合物胶液调整钻井液性能，保证钻井液具有良好的流变性和较低的固相含量。

（2）三开目的层施工，做好油层保护措施，进入油气层前加入PB-1 和QS-2，使钻井液形成致密的泥饼，减小钻井液自由水对油气层的浸入，保护油气层。

3.3 实测钻井液性能（见表4）

表4 实测钻井液性能

氯化钾有机硅醇钻井液抗温能力较强，流变性好，性能稳定，滤失量低且泥饼薄韧光滑，满足施工要求。

3.4 与邻井技术指标对比（见表5）

表5 与邻井技术指标对比

由表5 可以看出，TH12287 井对比TH12276 井，钻井周期降低了16 d，降低21.84%，机械钻速提高了6.47 m/h，提高49.13%，井径扩大率降低1.22%，降低率达到16.71%。

4 结论

（1）塔河区块三叠系泥页岩中伊/蒙混层及蒙脱石含量高，微裂隙发育，易吸水剥落掉块，发生如坍塌、井径扩大、遇阻、卡钻、填井等井下复杂情况。

（2）氯化钾有机硅醇钻井液在应对上部阻卡、井塌等问题上具有良好作用，能够有效抑制黏土矿物的水化分散和膨胀。该钻井液性能稳定，抑制性强，岩屑滚动回收率达到87.2%，抗钻屑污染达到15%，热稳定性较好，高温高压滤失量较低，能够有效保护油气层。

（3）在TH12287 井应用氯化钾有机硅醇钻井液，对比邻井钻井周期缩短了21.84%，机械钻速提高了49.13%，井径扩大率降低了16.71%，未发生井下复杂情况，具有良好的应用价值。