深井抗高温钻井液技术研究

摘要：以某深井作业工程为例，在对钻井液的性能控制技术进行分析的基础上，以抗高温钻井液的现场施工应用为例，探讨了抗高温钻井液在深井作业中的应用。

关键词：深井 抗高温钻井液 石油钻井

一、深井工程概况

该井为西北某地区部署的一口盐下超深勘探井，完钻后井深为6350m，钻井周期是235.45d。在钻井过程中，该井采用了复合物钻井液、聚磺防塌和欠饱和盐水钻井液。工程情况如表1所示。

表1 钻井工程概况

二、钻井液的性能控制

1、流变性能

因为受到限制，环空间隙较小，容易造成砂桥卡钻的问题。所以，当出现掉块问题时，应该立即将钻屑携带出，减少由于钻屑堆积造成的间隙堵塞问题，所以通常要求钻井液具有很好的钻屑携带能力。另外，要保证钻井液具有足够的流动性，保证期满足方面的性能需求。

（1）将黏土、水与MMH相互作用，形成一个相对稳定的MMH一水一黏土复合体。该复合体具有“固一液”两重性：即其处于流动状态时能表现出流体的特点，而当期静止时则表现出固体的特性，属于一种弹性体。当MMH的混合含量增加时，整个混合体系的动切力上升速度增加，而其塑性黏度只是稍许增加，使得复合体具有良好的动塑比。另外，该复合体在剪切速率较低的情况下拥有良好的携砂能力、净化能力以及悬砂性能；在高速剪切速度下，其黏度相对较低，有利于钻井速度的迅速提高。同时，还具有同时还具有对井眼的冲蚀破坏低、抑制能力强、耐高温和较强抗污能力的特点。

（2）为了能够调节钻井液的流动性能，可以充分发挥SMT等碱液的调节作用，以保证钻井液具有良好的流动性，提高钻井过程中的封堵与造壁功能。同时，因为该井井深较大，通过在钻井液中加入适量的红矾，可以起到提高钻井液抗高温的能力，能达到减缓钻井液老化，提高钻井液流动性的目的。

2、油层保护性能

可以采用相关的保护油层技术，例如可以采用“理想充填理论”一d90规则。该理论的核心内容在于：为了保护存储层的钻井液，可以根据孔喉与暂堵颗粒之间的间隙，确定形成一个合理的粒径序列分布情况，保证形成的致密虑饼的虑失量最少，避免钻井滤液和固相进入到存储层。在实际钻井过程中，应该尽量保证暂堵剂颗粒累积体积分数与粒径之间的平方根成正比，确保其达到足够理想的充填效果。根据d90施工的经验规则，在暂堵剂颗粒处于粒径累计分布曲线的d90值与存储层最大的裂缝宽度或者是最大孔喉尺寸相等时，能得到良好的暂堵效果。

3、固相控制性能

在深井小井眼的施工过程中，通常要求足够的低固相，以保证钻井液具有足够的流变性和防黏卡性能。因为深井钻具有柔性强的特点，在高压下，钻具会与井壁之间形成一种“啮合”效果。这时，钻具将紧贴在井壁之上，一旦其固相含量较高，尤其是在虚滤饼存在的过程中，将很容易出现黏附卡钻的问题。一旦需要将钻具上提，将会使得钻具与井壁之间的瞬间摩擦迅速增加，若钻具强度不足，将会导致钻具折断的问题。但是，密度高、井深大必然会造成固相高的问题。所以，在钻井过程中应该充分发挥固控设备的作用，同时做好钻井液的净化工作，确保钻井液中的膨润土含量较低，通常要求低于35 g/L，这样可以将钻井风险降至最低。

三、抗高温钻井液的现场应用

以三开上部（3000-5139m）的工程施工为例，当钻井至5139 m的深度时，要进行MDT测试，然后在3000～5139m的上部地层进行对应的承压堵漏试验，确保其达到对应的密度。

1、三开部分钻井液的技术难点

首先，因为深井的上部段的砂岩具有较好的渗透性能，容易出现缩径的问题，这时的泥岩将容易出现吸水掉块的问题，使得钻进过程中出现卡钻的问题。尤其是侏罗系与石炭系上部的一些硬脆性泥岩很容易出现掉块剥落的问题，所以要求深井钻井液同时还具有较强的防塌与抑制能力；其次，因为裸眼段较长，而且机械钻速快，很容易出现造浆、钻屑多以及固相污染严重等问题；再次，对钻井液的固相控制柜以及性能的改善难度较大，一般要求处理剂的荧光级别低于4级，同时具有足够的抗高温性能，在达到对应的设计性能指标之后才能进行钻进作业。

2、钻井液的技术措施

考虑到三开山谷的井段主要是采用聚合物钻井液体系，而下部则是采用聚磺体系。因此在钻进作业过程中应该加入足量的KPAM，以此来保证钻井液具有足够的抑制能力，确保其具有较低的滤失量，使得形成的泥饼薄而韧。尤其是对于侏罗系、石炭系底层的泥岩，应该严格控制滤失量，尽量降低其垮塌量。另外，通过加入SMP 1对高温高压的滤失量进行控制。为了提高钻井液的性能，可以采用加入4%YL-100、1%RH 97D的方式达到目的，将系数控制在0.10以下。最后，为了改善钻井液的颗粒级配性能，可以采用加入PB-1、QS-2等方式对颗粒级配比予以改善，提高其防漏、堵漏的能力。使得钻井液体系中拥有足够的防塌剂、抗高温处理剂，使得钻井液的抗高温能力与防塌能力得到增强。

另外，还应该充分发挥固控设备的作用，使得钻井液中的有害固相含量得到控制，提高钻井液的净化程度。在对钻井液进行维护过程中，以提高其防塌、防卡、携砂性能为主。在完成基浆的配置之后，通过24h的水化作用之后，加入预先配制的聚合物胶液，通过适当调整之后就能够达到深井钻设计要求。

3、欠饱和盐水钻井液转换情况

在完成先期承压堵漏试验之后，根据设计的相关要求，应该将井浆转换成为欠饱和盐水钻井液体系。首先，将钻头起至2800m处，完成循环之后，将地面多余的井浆放掉，同时按比例将之与井浆混合；其次，钻进至井底，根据上部地层的配方，注入胶液之后循环均匀的加入液、KCL、NaCL等，使之达到设计密度。在处理完之后，使得其密度达到1.68 g/cm3，粘度达到52s，动切力达到12Pa，高温高压下的滤失量为8mL，pH值为9，膨润土含量28g/L，系数为0.0612。这时，其已经达到钻盐层的能力，可以开始钻盐层。

参考文献：

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