熊雪蓮 宋光明(中石化西南石油工程有限公司鉆井工程研究院，四川 德陽 618000)

0 引言

中江-高廟構造施工井以上沙溪廟組或下沙溪廟組為目的層的Φ311.15mm井眼，上部蓬萊鎮組，井深約1600m；以下沙溪廟組為目的層的Φ311.15mm井眼封上沙溪廟組中下部3000m左右。中江-高廟構造地質情況復雜，斷層多，殘存構造應力極其發育，巖石破碎且膠結強度極低，地層傾角大。

中江-高廟構造施工井中，在起下鉆、測井時發生阻卡，由此增加劃眼、通井工作量。其中Φ311.15mm井眼段每口井都遇阻卡。起下鉆阻卡問題成了中江-高廟構造施工井提質提速提效的攔路虎。中江-高廟地區施工的以沙溪廟為目的層的井，每口井均存在起下鉆遇阻劃眼問題，蓬萊鎮及以淺地層常遇泥團；以及深地層常遇井壁失穩產生掉塊，起下鉆遇阻卡問題；目的層水平段沙溪廟組頂部砂泥巖互層井段井壁失穩帶來的起下鉆組卡問題尤為突出。從2015年開始，著重鉀石灰體系的室內研究及現場應用，逐年優選材料完善體系配方，至2019年，井下復雜情況逐年下降。

1 中江-高廟地區泥頁巖膨脹試驗

中江-高廟地區的巖屑水化膨脹量不是很大，但由于伊利石、蒙脫石的膨脹量不一致，易引起受力不均，極易導致泥頁巖沿層理分散碎裂。取該區塊巖屑，做巖屑膨脹率實驗，實驗結果如表1所示。

2 中江-高廟地區鉀石灰聚磺防塌鉆井液體系研究

2.1 中江-高廟區塊鉆井液技術難點

針對目的層沙溪廟組水平段鉆井液技術難點，分析認為提高鉆井液的封堵防塌、抑制潤滑防卡性能是鉆井液技術的重點。針對該地層水敏特性，采用小分子抑制劑NH-1、加入KCl以及包被抑制劑(FA367、KHPAM、HRH)，使體系具有抗鹽、強包被抑制性；采用樹脂-瀝青類封堵固壁、固-液潤滑等材料協同作用達到封堵防塌防卡的要求。

2.2 鉀石灰聚磺防塌鉆井液鉆井液優化

根據目的層高壓氣層特點，確定鉆遇水平段鉆井液基礎配方：2%～3%坂土漿 + 0.05%～0.1% KPAM + 0.05%～0.1% FA367 +0.05%～0.3% HRH + 0.1%～0.3% PAC-LV + 2%～3% FSL150-LV +3%～5% JNJS220 + 1.5%～3% SMP-Ⅲ + 1% FT-1 + 2% DYFT-2 +0.3%～0.5% NH-1 + 1%～3%聚合醇 + 5%～7% KCl + 0.3% CNLF1 + 0.3% CaO(簡稱“基漿”)。

2.2.1 封堵性能優化

高溫高壓砂床濾失實驗對封堵劑進行優選。通過材料優選，選用超細碳酸鈣CaCO3(800目：1200目：2500目=2:1:1)作為剛性粒子封堵劑；優選出FDFT-1、NS-1、FDM-1作為軟性粒子并對其加量進行優化。測試1：采用71型高溫高壓失水儀評價。在濾網上放入與其內徑面積一樣大的紗布，倒入不同粒徑的石英砂壓平，再倒入配制好的鉆井液，按高溫高壓失水方法測定濾失量記錄數據FL1，實驗條件150℃/30min，壓差3.5MPa，待冷卻后緩慢倒出杯體鉆井液，注入蒸餾水，在相同條件下測定濾失量記錄數據FL2。測試2：測定體系配方中壓失水記錄數據FL3，并記錄初失水時間，結果如表2所示。

由表2得出，添加單劑對體系封堵均有顯著效果。而采取剛性離子和軟性粒子協同使用使用效果更佳。基于成本考慮優選配方1：基漿+2%CaCO3+1.0% FDFT-1+1.0%NS-1+0.5%FDM-1。

表1 巖屑膨脹率實驗

表2 封堵防塌劑優選實驗

2.2.2 潤滑性能優化

目的層沙溪廟絕大多數為水平段鉆進，鉆井液密度高，必須加強水平段潤滑性能，通過材料優選出高密度極壓潤滑劑、鉆井液用套管減摩劑、RH-220、RH200、固體潤滑劑石墨粉作為潤滑劑，OP-10為乳化劑；加重至2.00g/cm3，對加量優選，如表3所示。

由表3得出，在配方1加重后基礎上，單劑對摩阻具有明顯降低效果，使用固-液協同的潤滑性能明顯優于單劑，基于成本，優選出固-液協同潤滑的配方2：配方1+0.5%高密度極壓潤滑劑+3%RH-200+2%RH-220+0.5%鉆井液用套管減摩劑 +1%石墨粉+0.5%OP-10，密度2.00g/cm3。

2.2.3 抑制性評價

對配方2做頁巖膨脹性實驗和巖屑滾動回收率，評價體系的抑制性能，結果如表4所示。

由表4得出，配方2的頁巖膨脹率顯著低于清水，二次頁巖回收率達98.7%，說明該體系的抑制性優良。

表3 固液協同潤滑性能優化

表4 抑制性能評價

2.2.4 高溫沉降穩定性

通過高溫熱滾來評價體系的流變性和沉降穩定性。測量沉降穩定性方法：將體系在150℃下熱滾16h、24h、48h、72h后，靜置24h，測上下密度差值，以及全套性能。由實驗得知，體系熱滾前后粘切和失水均無大的波動。動切力均大于14 Pa，上下密度差為0，沉降穩定性好，能滿足水平段鉆進過程中所需的良好攜砂性能。

3 江沙33-44HF現場應用

3.1 江沙33-44HF基本情況

江沙33-44HF井，是川西采氣廠在四川盆地川西坳陷東部斜坡回龍構造部署的一口水平井，完鉆井深為3566m，完鉆層位為下沙溪廟組。

該井導管鉆進使用Φ444.5mm鉆頭，鉆至井深422m，順利下套管固井順利；使用Φ311.2mm鉆頭一開鉆進，鉆至井深422m，一開完鉆，下套管至井底固井；使用Φ241.3mm鉆頭二開鉆進至2614m；使用Φ152.4mm鉆頭三開鉆進鉆至井深3566m，鉆頭出井口全井完鉆。

3.2 鉆井液體系的維護與處理重點

抑制性強化：在上部泥巖為主的井段增加大分子抑制劑含量，配合小分子的聚合物，增強抑制性同時控制濾失量。一開井段(泥巖段)控制K+含量＞25000mg/L，同時加入小分子抑制劑NH-1。二開井段(砂、泥巖互層)控制K+含量＞18000mg/L。

封堵性調整：優選不同軟化點的瀝青，同時配合其他封堵材料，以適應地層不同孔隙或微裂縫的需要。

強化鉆井液的失水造壁性：控制好HTHP以及API失水，尤其是易垮塌或已發生井壁失穩的井段，HTHP(150℃)濾失量≤7.0mL，API濾失量≤3.0mL。

控制好合理的鉆井液密度：根據實鉆情況結合以往的施工井取得的成功經驗，在鉆進過程中隨地層的變化，階梯式的提高鉆井液密度。在蓬萊鎮組密度控制在1.56～1.88g/cm3，遂寧組密度控制在1.84～1.90g/cm3，沙溪廟組密度則控制在2.0～2.05g/cm3，避免因鉆井液物理支撐不夠而導致的井壁失穩。

3.3 應用效果分析

江沙33-44HF，使用鉀石灰聚磺防塌體系，做到提前防塌、強化治塌，在水平段能保證井眼清潔，防粘卡，整個二開井段鉆井過程中未發生起下鉆遇阻及劃眼情況。

4 結語

通過抑制性、封堵性、潤滑性的優化，得出了中江-高廟地區水平井防塌鉆井液配方為：2%～3%坂土漿+0.05%～0.1%聚丙烯酰胺鉀鹽(KPAM)+0.05%～0.1%兩性離子聚合物包被劑(FA367) +0.05%～0.3%有機高分子絮凝劑(HRH)+0.1%～0.3%聚陰離子纖維素(PAC-LV)+0.3%～0.5%聚胺抑制防塌劑(NH-1)+2%～3%抗高溫改性淀粉(FSL150-LV)+3%～5%改性天然瀝青樹脂復合物(JNJS220)+1.5%～3%磺化酚醛樹脂(SMP-Ⅲ)+2%瀝青樹脂復合物(DYFT-2)+1%磺化瀝青粉(FT-1) +1.0%封堵防塌劑(FDFT-1)+1.0%納米封堵劑(NS-1)+2%超細碳酸鈣(CaCO3)+0.3%抗高溫減稠劑(CN-LF1)+0.5%高密度極壓潤滑劑+3%抗高溫抗鹽油基潤滑劑(RH-200)+2%改性油酸酯潤滑劑(RH-220)+0.5%鉆井液用套管減摩劑+1%石墨粉+1%～3%聚合醇+0.5%OP-10+0.5%成膜封堵劑(FDM-1)+5%～7% KCl+0.3%CaO，根據井深及地層調節密度及加量。

中江-高廟地區施工井中，合理的鉆井液密度是確保井壁穩定的關鍵點之一。

通過江沙33-44HF現場應用表明，二開定向及水平井段的井壁失穩問題已經基本解決。