川西高密度鉆井液技術

摘要：在川西高密度鉆井過程中主要存在以下鉆井液技術難點：①高密度鉆井液流變性控制難度大。②井壁失穩。③水平段摩阻大，電測、下套管困難。本文通過室內實驗對鉆井液配方進行優化、性能進行調整等措施，鉆井液流變性、井壁穩定性、水平段摩阻等得到良好控制，保證了井下安全生產。

關鍵詞：高密度鉆井液;井壁穩定;潤滑防塌;流變性控制

1、概述

中國石化西南地區油氣勘探開發重要地區——川西地區，自2014年開始重點開發高廟子、中江區塊，主要目的層為上沙溪廟組，2015年重點開發該區塊的下沙溪廟組，水平井均采用二開制，完鉆井深3700-4100m，水平段長（700-1000m）。目的層壓力系數高，泥巖發育，井壁穩定性差[1]，鉆井及完井施工難度大、風險高，鉆井周期明顯增加，機械鉆速降低，施工難度增大。

通過調整鉆井液性能、優化鉆井液配方等措施，極大的降低了井壁失穩的發生，鉆井液潤滑性得到了充分發揮，保證了定向鉆進的效率。

2、川西高密度鉆井液存在難點

（1）地層壓力系數高，鉆井液密度高

本井一開地層壓力系數達到1.80，鉆井液密度高達1.95g/cm3，二開鉆井液密度高達2.15g/cm3，給鉆井液性能維護處理帶來較大困難。

（2）地層巖性以泥巖為主，造漿率高

川西施工區域一開蓬萊鎮組、遂寧組、二開沙溪廟組均有大段泥巖，造漿率高，鉆井液坂含上升快，粘切難以控制。高密度鉆井液固相含量高，坂土容量限、固相容量限低，造成坂含、固相控制困難，流變性難以控制;維持流變性經常陷入“加重→增稠→降粘→加重劑沉降→密度下降→再次加重”的惡性循環，影響鉆井的正常進行，甚至可能引起嚴重卡鉆事故。體系的流變性和沉降穩定性之間的矛盾十分突出。

（3）水平井段長，潤滑性要求高

水平段長一般為700～1000米，這為高密度鉆井液潤滑性提出了更高的要求，定向鉆進過程中出現不同程度的托壓現象。

（4）地層巖性交錯，井壁失穩發生率高

水平段地層泥巖砂巖互層，泥巖易吸水膨脹，砂巖滲透性好易形成虛泥餅，泥巖、砂巖膨脹系數不同，泥巖吸水后會造成井壁受力不均勻，在鉆具的轉動撞擊下剝落掉塊。

3、鉆井液技術措施

根據井深結構各開次采用不同鉆井液體系，導管：高坂含鉆井液體系。一開：鉀石灰聚合物鉆井液體系預防上部地層造漿。二開：鉀石灰聚磺鉆井液體系，主要防塌、潤滑，保證定向施工的安全順利。

1）一開井段

一開采用鉀石灰聚合物體系，以抑制防塌為主，鉆井液配方：H2O+1%CaCl2+1.2%LV-PAC+5%KCl+0.3%XC+0.5%ZSC-201

一開鉆穿層位劍門關、蓬萊鎮、遂寧組、上沙溪廟組（未穿），地層巖性主要為大段泥巖，蒙脫石含量高易水化分散，造漿率高。本段鉆井液重點工作是抑制泥巖水化分散、防塌等。利用K+、Ca2+抑制[2-3]泥巖水化分散。

Ca2+含量1000～1500 mg/L在加大降濾失劑的用量時可以維持濾失量在設計范圍內。鉆進過程中保持Ca2+1500 mg/L左右，能夠使鉆井液具有較高的抑制能力，鉆井液濾失量合適，保證了井下安全和快速鉆井。

從圖1、2可以看出泥巖鉆屑沒有水化分散，鉆頭切削的牙齒痕跡比較明顯，體現了鉆井液具有較強的抑制能力。

1）二開井段

二開采用鉀石灰聚磺體系，以潤滑防塌為主，鉆井液配方：H2O+0.2%CaCl2+2%LV-PAC+5%KCl+0.3%HP+0.5%ZSC-201+3%

SMP+3%SMC+2%FT+0.2%聚胺+2%QS-2

通過室內實驗確定潤滑劑的最優復配比例：

a：潤滑劑選擇：LUB-S（固體潤滑劑）、CGY（改性油酸脂）。

1#：基漿+2%CGY，2#：基漿+3%CGY，3#：基漿+4%CGY;

4#：基漿+2% LUB-S，5#：基漿+3% LUB-S，6#：基漿+4% LUB-S;

7#：基漿+2% LUB-S +2%CGY，8#：基漿+3% LUB-S +3%CGY，9#：基漿+4% LUB-S +4%CGY。

b.試驗條件：室內室溫條件下，不考慮其它因素對鉆井液性能的影響，使用滑塊式泥餅摩擦系數測定儀。

c.試驗數據

由上表可以看出9#效果比較理想。

4、高密度鉆井液流變性控制

4.1固相含量、膨潤土含量控制

采用無機鹽（KCl、CaCl2）作為液體加重劑減少固相含量，提高液相的密度和黏度，同時引入的K+、Ca2+可以增強鉆井液的抑制性，減少因地層造漿而引起的鉆井液粘切升高。

（2）在滿足鉆井液性能的前提下，應盡可能降低膨潤土含量。

加入0.3～0.5%聚合物大分子包被絮凝劑、抑制劑等抑制黏土水化分散控制地層造漿。

加入0.1～0.2%小陽離子包被劑，通過靜電吸附，大小分子復配控制地層造漿。

合理使用固控設備，保持低固相鉆進，使膨潤土土含量和固相含量都走容量下限。

（3）選用高品質的重晶石（ρ≥4.20g/cm3）。嚴格控制重晶石的黏度效應，注重重晶石的粒度分布，調整不同粒徑重晶石的比例，降低固相含量，減少束縛水量。

（4）避免使用強分散劑，有利于保持體系的抑制性，減少固相含量，有利于流變性調控。

（5）使用抗高溫處理劑增強高溫穩定性。

5、結論

1、4%LUB-S和4%CGY可以滿足井下潤滑需求;

2、Ca2+含量在1500 mg/L具有良好的抑制性;

3、大小分子復配可以有效的抑制地層造漿。

參考文獻：

[1]楊國興 et al.川西沙溪廟組水平井封堵防卡鉆井液技術.鉆井液與完井液 29，35-37（2012）.

[2]匡緒兵.氯化鈣無土相水基鉆井液體系建立及室內評價.遼寧化工（2015）.

[3]邱正松，韓祝國，徐加放，于連香 & 張紅星.KCl/聚合醇協同防塌作用機理研究.鉆井液與完井液 23，1-3（2006）.

作者簡介：

張攀輝，男，（1979-），工程師，中原石油工程有限公司鉆井一公司;郵政編碼：457331