玉門酒東地區使用PDC鉆頭的配套鉆井液技術

張寶峰，段曉東，張慶柱，王靜敏，孫新浩

（1.西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000；2.西部鉆探工程有限公司克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834000）

玉門酒東地區使用PDC鉆頭的配套鉆井液技術

張寶峰*1，段曉東1，張慶柱1，王靜敏1，孫新浩2

（1.西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000；2.西部鉆探工程有限公司克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834000）

為了追求鉆井效益最大化，推廣有利于降低鉆井成本、提高鉆井速度、縮短鉆井周期的鉆井工藝勢在必行。近幾年，隨著酒東區塊勘探開發速度的加快，鉆井提速工作不斷深化，PDC鉆頭鉆進工藝大量應用。對影響PDC鉆頭使用的因素進行了分析，對PDC鉆頭使用時鉆井液的維護、處理、性能進行了統一規范，形成了酒東地區PDC鉆頭鉆井工藝的配套鉆井液技術，滿足了PDC鉆頭鉆進對鉆井液工藝技術的要求，機械鉆速得到了大幅提升。

PDC；提速；鉆井液

玉門酒東油田第三系地層泥巖段長2700m左右，非常適合PDC鉆頭鉆井，但剛開始由于泥漿性能不好，鉆頭泥包嚴重，嚴重影響了鉆井提速，根據PDC鉆進特點，對PDC鉆頭使用時鉆井液的維護、處理、性能進行了統一規范，形成了酒東地區PDC鉆頭鉆井工藝的配套鉆井液技術。現在，全井段使用PDC鉆頭，提速效果明顯。

1　影響PDC鉆頭使用的因素

通過對酒東5口井分析，影響PDC鉆頭正常使用的根本因素是鉆頭泥包、沒有進尺、被迫起鉆，泥包井段一般在1300～3000m及“紅層段”3700～3800m，這段巖性主要為泥巖。

1.1長101井第三系地層粘土礦物含量與井深關系（圖1）

圖1　長101井粘土礦物含量與井深關系曲線

從圖1中可以看出，從1400m到3400m，粘土礦物含量均在30%以上，高點55%，平均含量42%，粘土礦物含量高。

1.2第三系地層鉆屑回收率分析

長101井的鉆屑回收率曲線見圖2，井深1000～3000m鉆屑回收率在清水條件下數值很低；僅小于10%。3000m以深回收率上升到40%以上，這種現象表明，在3000m以淺的井段地層水化能力極強，達到遇水就分散；鉆井施工時，這種強水化地層極易造成因井眼縮徑造成的起下鉆遇阻卡、泥包鉆頭等井下復雜。

圖2　長101井鉆屑回收率與井深關系曲線

1.3PDC鉆頭泥包的鉆井液因素

由于PDC鉆頭不同于牙輪鉆頭的破巖方式：普通的牙輪鉆頭是利用大鉆壓、低鉆速的“壓入破碎”方式進行破巖鉆進的，而PDC鉆頭是通過低鉆壓、高轉速的“剪切式”方式實現快速的“淺吃入切削”鉆進的。PDC鉆頭所鉆出的巖屑顆粒尺寸小、易分散，鉆屑的產出速率也高得多，鉆屑的比表面積大大增加，對鉆井液的性能要求高，影響PDC鉆頭泥包的鉆井液因素主要有以下幾點。

1.3.1鉆井液抑制性的影響

粘土的水化作用會顯著地改變頁巖和鉆屑的應力狀態和力學性質，研究表明，當粘土發生塑性變形時，鉆頭泥包的可能性最大[2]，從而大大降低機械鉆速，同時，泥巖水化膨脹縮徑引起起下鉆遇阻卡也會占用很多時間，因此，提高鉆井液的抑制性，有效地控制粘土的水化分散，會降低鉆頭泥包和鉆屑沉積。

1.3.2鉆井液流變性的影響

鉆井液的流變性也是影響鉆頭泥包的一個重要因素。鉆井液塑性粘度高，動塑比小，則鉆頭噴嘴液流的噴射速度低，就必然降低和減緩鉆頭對井底的沖擊和切削作用，鉆頭泥包。

1.3.3失水的影響

鉆井液的濾失與造壁性是鉆井液的重要性能，它對水化膨脹地層有十分重要的影響，失水越大，井壁形成的泥餅越厚，而且水敏性地層還會造成水化膨脹，引起了井壁的縮小，易造成起下鉆遇阻、鉆頭及扶正器泥包。

2　使用PDC鉆頭的配套鉆井液工藝

2.1鉆井液體系優選

根據酒東地層特點,酒東地層應全井實行強抑制,經室內評價和前期長101的兩性復合金屬離子、鉀基硅油聚磺、深井聚磺，長2的鉀銨基聚合物、金屬離子聚磺及長3井的陽離子體系應用對比后認為，陽離子鉆井液的抑制性優于其它體系，確定了酒東全井實行陽離子鉆井液體系。

2.2處理劑優選

2.2.1抑制劑能力評價

在160℃、5%鹽水條件下，抑制性評價表明：①大分子主抑制劑的抑制性強弱：CHM＞KPAM＞FA367＞JMHA＞PMHA；②聚合物降濾失劑抑制強弱：HS-1＞KHPAN＞NH4HPAN；③小分子主抑制劑的抑制性強弱：硅油＞甲酸鉀＞NW-1＞KCl＞甲酸鈉。因此選取CHM、NW-1、甲酸鉀為主抑制劑。

2.2.2降濾失劑選擇

經抗高溫、流變性、抗污染試驗表明：降濾失劑能力：HS-2＞SPNH＞SMP＞PSC；高溫穩定劑能力評價：HS-2＞DYFT＞SMP-2＞LY-1＞SPNH＞SHR。由于在深井段泥頁巖的水化分散能力仍較強，要求鉆井液具有強抑制、弱分散、抗高溫能力，因此主要選取HS-2為高溫降濾失劑，DYFT-1為防塌劑。

2.3分段鉆井液配方設計

0～600m：清水+0.2%～0.5%燒堿+0.1%～0.3%純堿+5%～8%膨潤土；600～1300m：0.3%～0.5%CHM+ 0.3%～0.5%NW-1+0.5%CaO+1%～2%HS-1+ 0.05%RH4；1200～3400m：0.4%～0.5%CHM+1% NW-1+0.5%CaO+4%HS-1+2%LRQ-1+0.2%RH4；3400～4100m：0.3%CHM+0.4%NW-1+1%CaO+2% HS-1+3%HS-2+3%DYFT-1+2%JXFQ-6+2% FCLS+0.15%RH4。

3　PDC鉆頭鉆進的配套鉆井液工藝技術措施

3.1坂土含量控制

坂含是鉆井液流變性控制和提高抗鉆屑污染能力的基礎，一開配漿時坂土加量一般為5%即可滿足攜帶需要，轉化為陽離子鉆井液時通過稀釋和開離心機將鉆井液坂含降至30～40g/L，PDC鉆頭鉆進時通過CHM、NW-1和沖生石灰保持鉆井液強抑制性控制坂含。一般推薦坂含控制范圍見表1。

表1　使用PDC鉆頭鉆進的坂含控制推薦范圍

3.2固相控制措施

PDC鉆頭鉆進，鉆井液固相含量和鉆井液含砂量的控制是重點。具體措施為：

①根據鉆進時鉆井液排量，在不跑漿的情況下，盡量選用80目以上的鉆井震動篩除砂，并確保使用率100%。②現場使用好除砂器和離心機鉆井液凈化設備，除砂器使用率100%，離心機使用率50%，盡最大能力控制低密度固相的增長。③利用短拉和起下鉆時間及時清錐形池和沉砂池，采用物理法稀釋降低鉆井液劣質固相含量。④根據鉆進進尺容積量2～2.5倍，及時補充鉆井液處理劑膠液（注意適當增加絮凝劑和抑制劑的用量），達到降低鉆井液固相含量、含砂量和補充處理劑的目的。表2給出了鉆井液固相含量控制推薦范圍。

表2　使用PDC鉆頭鉆進鉆井液固相含量控制推薦范圍

3.3潤滑性能控制措施

①高密度鉆井液施工期間，加大液體潤滑劑的加量，潤滑劑復配基本加量：3%JXFQ-6+2%LRQ-1，采取少加勤加的方式，保證鉆井液中的潤滑劑含量不低于5%，使泥餅的摩阻系數保持在0.06以內；②下部嚴格控制鉆井液的HTHP濾失量，要求HTHP≤10mL/120℃，加入磺化瀝青和乳化瀝青，提高鉆井液封堵承壓能力和改善泥餅質量，降低壓差卡鉆的風險；③嚴格執行短起下鉆制度，每鉆進200m必須短程起下鉆一次。

3.4流變性的優控措施

①控制合理的坂含、保持體系的絮凝抑制能力和嚴格執行固控措施是流變性能控制的前提；②粘度3000m以前保持在40～45s，3000m以后保持在45～60s；③在陽離子體系中，水沖生石灰非常關鍵，Ca2+既能提高鉆井液的抑制性，又能改善泥餅質量，泥巖段對控制粘度非常有效，石灰每班沖200～300kg，Ca2+控制在400～600mg/L；④加重材料重晶石選用密度至少是4.2g/cm3以上的；⑤鉆井液流變性用稀膠液控制，盡量不用FClS降粘度；⑥維護中注意鉆井液pH值的變化，及時補充燒堿，以彌補各種因素造成的pH值較低，pH值控制在9～9.5較適當。表3給出了流變性指標控制的推薦范圍。

表3　使用PDC鉆頭鉆進的流變性指標推薦范圍

3.5濾失造壁性控制

泥巖段鉆井液采用“多聚少磺”，使用HS-1控制API失水，沖石灰改善泥餅質量，3000m后引入HS-2、DYFT-1降低高溫高壓失水，范圍：1300～2000m，API失水：15～8mL，2000～3000m，API失水：8～5mL，3000～4000m，API失水不大于5mL，HTHP失水：12～8mL。

4　PDC鉆頭鉆進的配套鉆井液工藝實施情況

近幾年來，酒東地區的所鉆井全部采用了PDC鉆頭鉆井工藝，實踐表明，PDC鉆頭鉆進的配套鉆井液工藝技術完全能滿足PDC鉆頭快速鉆進的需要，井漿性能穩定，消除了鉆頭泥包現象，杜絕了因鉆井液質量或技術原因造成的井下復雜事故，較好地滿足PDC鉆頭鉆進的工藝需要。

5　結論

（1）PDC鉆頭鉆進的配套鉆井液維護處理的關鍵是：嚴格控制鉆屑分散和污染井漿、盡量清除鉆屑等有害固相、提高鉆井液抗鉆屑污染能力和對鉆井液進行有效的處理。

（2）在含砂礫巖較多，滲透性強的泥巖段可適當放寬坂土含量至30g/L左右，以加強對API失水的控制，保證泥餅質量。

（3）在第三系大段軟泥巖的鉆進中應嚴格控制pH值在8～8.5，pH值過高會大大削弱陽離子體系的抑制性。

[1]卜志丹，徐旭東.周莊區塊PDC鉆頭泥包的原因分析及對策研究[J].長江大學學報：自然科學版，2013（20）.

[2]陳在君，劉頂運，韋孝忠，陳煉軍，王萬慶.長慶氣田水平井PDC鉆頭防泥包技術[J].天然氣工業，2009（11）.

TE254

B

1004-5716(2015)07-0062-03

2014-06-23

2014-07-09

張寶峰（1972-），男（漢族），甘肅酒泉人，工程師，現從事重點探井、深井、超深井的鉆井液技術研究和現場服務工作。