董11 井钻井液技术

赵成龙，张海青，邱春阳，陈二丁，孙 强

（中石化胜利石油工程有限公司钻井液技术服务中心，山东 东营 257000）

引言

董11 井为预探井，设计井深5780.00m，钻探目的是了解董11 井区侏罗系齐古组、头屯河组以及三工河组的含油气情况。该区块地质结构复杂，施工中保持井壁稳定难度大，钻井液施工具有一定挑战性。通过使用强封堵有机胺钻井液体系，配合现场钻井液施工技术及其施工工艺，确保了钻井施工的顺利进行。

1 工程概况

董11 井一开Φ444.5 mm 钻头钻至1 501 m，Φ339.7 mm 套管下深1 500.43 m。二开Φ311.2 mm钻头钻深4 677 m，Φ244.5 mm 套管下深4 676.42 m。三开Φ215.9 mm 钻头钻至5 139 m 完钻，Φ139.7 mm尾管下至井深5 192.30 m 完井。

2 钻井液技术难点

1）吐谷鲁群红色及棕红色泥岩和砂质泥岩吸水后变软，强度降低，导致其上覆盖的泥岩和粉砂岩因其支撑强度降低而坍塌。

2）二开裸眼段长达3 000 m，长裸眼井段钻穿多个层位，地层压力系数差异大，容易导致压差卡钻等事故；

3）头屯河组地层硬而脆，施工中易发生硬脆性失稳；由于掉块坚硬，不易破碎，易导致卡钻事故。并且侏罗系发育高压，易造成井眼应力性坍塌。

4）西山窑组煤岩发育，煤岩具有较低的物理强度，在钻具等外力碰撞下易塌。煤岩塌落后，上面覆盖的岩石失去支撑后脱落，坍塌加剧。

3 钻井液技术

3.1 钻井液体系配方

采用强封堵有机胺钻井液体系，基本配方：3.0%～4.0%膨润土+0.2%～0.3%聚丙烯酰胺PAM+1.0%～3.0%铝络合物抑制剂+1.0%～2.0%苯磺酸盐抗高温降滤失剂DSP-2+0.1%～0.5%有机胺抑制剂+1.0%～2.0% 抗温抗盐钙降滤失剂JZA-1+2.0%～3.0%羧甲基磺化酚醛树脂+1.0%～2.0%无水聚合醇+3.0%～4.0%井壁稳定剂+4.0%～5.0%超细碳酸钙+1.0%～2.0%白油润滑剂。

3.2 二开钻井液施工工艺

1）密度控制。开钻后，以自然密度钻进，3 000 m后，逐渐提高钻井液密度，密度控制在设计下限，利于提高钻井速度；吐谷鲁群底部，将钻井液密度逐渐提高至上限，稳定井壁。

2）流变性控制。开钻后，漏斗黏度控制在40 s左右，保持钻井液体系处于低黏低切状态，以提高机械钻速。4 000 m 后，逐渐提高漏斗黏度，保证钻井液体系携带岩屑的能力。

3）滤失量控制。开钻后，逐渐加入聚合物降滤失剂和磺化褐煤树脂，至3 500 m，钻井液中压滤失量由10 mL 逐渐控制到5 mL。然后加入羧甲基磺化酚醛树脂，增强钻井液体系的抗温性能，保证钻井液高温高压滤失量控制在12 mL 左右，减缓钻井液滤液向地层的侵入。

4）抑制性控制。上部地层保持聚合物PAM 质量分数在0.5%，保证聚合物能包被并絮凝钻屑；有机胺抑制剂含量控制在1.0%，保证钻井液体系的抑制性，防止发生泥包钻头事故；进入3 500 m 后，PAM含量控制在0.3%，有机胺抑制剂含量控制在0.5%，抑制泥页岩水化膨胀，防止井塌。

5）进入吐谷鲁群，一次性加入0.5%铝络合物抑制剂、1.5%无水聚合醇和2.0%超细碳酸钙，使钻井液体系在井壁上形成良好泥饼，增加钻井液体系的防塌能力，保持井壁稳定。

6）3 500 m 后，向整个循环体系中加入白油润滑剂，质量分数为0.5%，增加钻井液体系的润滑性能。4 200 m 后，继续向钻井液体系中加入0.5%白油润滑剂，提高钻井液的润滑性，防止起下钻阻卡而引发复杂事故。

7）控制设备使用。振动筛、除砂器和除泥器使用率保证100%，3 000 m 前，离心机运转率达到100%，净化钻井液。3 000 m 后，适当开启离心机，即当钻井液中低密度固相含量高时，运转离心机，去除低密度黏土，然后按照循环周加入高密度浆液，保持流变性稳定。

8）排量控制。工程上，保证排量在60 L/s，冲刷井壁，适当扩大井眼，并提高机械钻速；3 000 m 后，逐渐降低排量至50 L/s，适当冲刷井壁，保证井眼净化效率。

9）工程措施。坚决控制起下钻速度，防止钻具碰撞井壁而引起井壁失稳；执行短起下钻制度，每钻进300 m～400 m 进行一次短起下钻，将黏附在井壁上的虚厚泥饼刮除。下钻到底后，充分循环钻井液，提高钻井液环空上返速度，提高井眼的净化效果。

10）中完作业。中完后，进行短起下钻，钻头起止2 500 m 以上，下钻到底后，适当增加排量，配制稠浆（漏斗黏度大于70 s）净化井眼；起钻前，用封井浆将整个裸眼段封住，保证电测及下套管作业顺利。

3.3 三开钻井液施工工艺

1）准备工作。在二开套管内循环井浆，利用井上固相控制系统除去钻井液中的无用固相，净化钻井液。然后按照配方中各种药品的含量低限加药，充分搅拌钻井液，待钻井液性能符合要求后进行钻进。

2）控制钻井液的密度保持在低限，实时钻进中根据地层压力数据及振动筛返砂情况逐渐增加，进入头屯河组时，钻井液密度提至设计上限，依靠钻井液液柱压力平衡地应力，防止井壁坍塌。

3）配制高浓度药液维护钻井液黏切，药液配方：0.25%水解聚丙烯酰胺PAM+0.6%苯磺酸盐共聚物降失水剂DSP-2+1.5%有机胺抑制剂。保持固定流量将药液加入钻井液中，保持钻井液流变性稳定。

4）控制钻井液漏斗黏度在50 s 左右；进入西山窑组前，将漏斗黏度提高至70 s，控制钻井液流型为层流状态，强化钻井液体系的悬浮携带岩屑及护壁防塌效果。

5）严格控制钻井液的滤失量。通过加入抗温抗盐钙降滤失剂JZA-1 和羧甲基磺化酚醛树脂，将中压失水控制在3.5 mL 以内，高温高压失水控制在12.0 mL 以内；头屯河组后，高温高压滤失量降低至10.0 mL 以内，尽可能降低钻井液滤液侵入，防止地层因滤液浸泡而坍塌。

6）通过有机胺抑制剂和无水聚合醇保持钻井液体系的抑制性，有机胺抑制剂含量控制在0.5%，无水聚合醇含量控制在2.0%以上，抑制泥页岩的水化。

7）通过加入铝络合物抑制剂、井壁稳定剂和超细碳酸钙提高钻井液体系的封堵防塌能力。进入头屯河组后，井下出现少量掉块，铝络合物抑制剂含量提高至1.5%，井壁稳定剂含量提高至3.0%，超细碳酸钙含量提高至2.5%，通过三者复配，封堵地层孔隙和微小裂缝。

8）进入西山窑组后，增加抗温处理剂和封堵防塌剂的含量，加入1.5%硅氟稳定剂，增强钻井液体系的抗温及抗污染能力。

9）合理使用固相控制系统，振动筛、除砂器和除泥器使用率达到100%，振动筛筛布使用120 目筛布，尽可能除去体系中的劣质固相含量。间歇开动离心机，后面补充重泥浆，保持钻井液密度稳定。

10）工程上控制起下钻速度，防止速度过快碰撞井壁导致井壁失稳；发现井下掉块及钻进异常，立即停止钻进，循环划眼，消除复杂情况。

11）完钻后，大排量循环钻井液，将井筒中岩屑净化；进行短程起下钻，保证畅通井眼。起钻前，配制润滑封井浆封闭裸眼井段，确保电测、下套管施工顺利。封井浆的配方为井浆+2.0%固体润滑剂+3.0%白油润滑剂+2.0%超细碳酸钙。

4 结论和建议

1）井眼净化良好。有机胺抑制剂强抑制钻井液和强封堵有机胺钻井液体系悬浮携带能力强，井眼净化良好，保证了二开裸眼井段的快速施工。三开施工虽然有掉块，但是掉块能够及时携带出井眼，钻进过程中无蹩跳钻现象，保证了施工的顺利。

2）中完作业顺利。二开电测顺利，下套管一次成功；三开电测顺利，下套一次到底。

3）二开长裸眼井段井身质量良好，井径平均扩大率为10.78；三开出现掉块，井径平均扩大率为19.78%。

4）全井机械钻速为4.77 m/h，达到了优快钻井目的。