钻井液在准噶尔盆地(董7井)应用

摘 要：董7井钻井液工艺技术的重点是解决地层成岩性差，泥岩容易出现的缩径卡钻，上部地层层序变化大、物性复杂、砂岩疏松可能发生井漏、坍塌及卡钻，及清水河组、西山窑组煤层存在的坍塌掉块问题。本井钻井液工艺技术采用了强抑制封堵抗温聚合物防塌钻井液。该体系抑制抑制能力、封堵防塌能力强，保护井壁井壁稳定效果好。

关键词：强抑制；封堵；井壁稳定

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2013）24-0194-03

1 工程概况

董7井是中石化集团公司在新疆维吾尔自治区准噶尔盆地中央坳陷阜康凹陷东部北斜坡所部署的一口重点预探井。本井设计井深5140米，完钻井深5405米，完钻层位侏罗系三工河组。

1.1 地质工程概况

新近系，古近系：主要为泥岩、砂岩、泥质粉砂岩不等厚互层。

白垩系东沟组：泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩不等厚互层。

白垩系连木沁+胜金口组：泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩不等厚互层。

白垩系呼图壁组：含有硬石膏、石膏，泥岩粉砂岩不等厚互层。

白垩系清水河组：主要为泥岩、粉砂质泥岩。

侏罗系头屯河组：主要为泥岩，砂质泥岩夹粉砂岩互层。

侏罗系西山窑组：主要为粉砂岩，泥岩，砂质泥岩、泥质粉砂岩，夹黑色煤层及碳质泥岩。

侏罗系三工河组：主要为泥岩、砂质泥岩与砾砂岩、细砂岩、不等厚互层。

1.2 钻井工程概况

一开：2012年10月13日2：00开钻，2012年10月22日14：00完钻。井眼Ф444.5mm×1522.00m，表层套管Ф339.7mm×1500.25m。

二开：2012年10月27日20：00开钻，2012年11月24日22：00完钻。井眼Ф311.2mm×3940.00m，技术套管Ф244.5mm×3917.37m。

三开：2012年12月8日20：00开钻，2013年6月6日7：10完钻。井眼Ф215.9mm×5405.00m，油层套管Ф139.7mm×5403.5m。

2 钻井液重点及难点

本井工作重点及难点：加强钻井液抑制能力和封堵能力，要做好化学防塌和力学防塌结合，防止地层坍塌。

2.1 井壁垮塌分析

（1）地层应力垮塌：中生界地层埋藏深，成岩性好但性脆，砂泥岩互层，钻进时易发生地层应力垮塌。

（2）破碎地层垮塌：头屯河组灰色砂泥岩、西山窑组深灰色泥岩、煤层和碳质泥岩，地层稳定性差，施工中容易发生煤层垮塌掉块。

2.2 钻井液重点分析

（1）力学防塌：采用合适的钻井液密度，来支撑井壁，为了保持井壁稳定，钻井液密度必须平衡地层坍塌压力从而支撑井壁。

（2）化学防塌：加入羟基铝抑制防塌剂、无水聚合醇，增强钻井液的防塌能力，从而保证井壁的稳定性。

（3）抑制能力：加入有机胺抑制剂，增强钻井液抑制能力，满足对泥岩的有效抑制。

（4）封堵能力：加入封堵类材料，采用屏蔽暂堵技术，增强钻井液的封堵能力，采取化学固壁或在井壁形成半透膜的措施防止钻井液进入易塌地层。

2.3 钻井液难点分析

（1）煤层：本井4884m开始钻进至煤层，震动筛返出煤块逐渐增大，煤块最大有5cm-6cm。西山窑组煤层和碳质泥岩比较发育，井壁不稳定，容易出现掉块和坍塌，应在钻遇该井段前及时优化钻井液性能。

（2）高压盐水层：本井5313m出现高压盐水层，三开开钻钻井液密度1.45g/m3，最后密度提至2.0g/m3才平衡了高压盐水层。

2.4 水侵、溢流压井

本井5月25日下钻至5295m，发现液面上涨2m3，判断为盐水侵，甲方通知提密度至1.49g/cm3。5月27日下钻至5290m，发现液面上涨8m3，判断为盐水侵，17：30甲方通知提密度至1.52g/cm3，24：00甲方通知提密度至1.54g/cm3，最后密度加至1.56g/cm3恢复正常钻进。

5月29日钻进至5313.03m，发现泥浆量增加。停泵观察，井口外溢，关井，关井15min后套立压为16Mpa。准备压井液310m3，密度1.82g/cm3，泵入压井液260m3。节流循环防喷点火，20时50分放喷点火成功，火焰高度最高达5m，累计排放盐水40m3。3时15分压井完毕，立压由原来的18MPa降到5MPa，套压由18MPa降到7.5MPa，判断井内流体为高压盐水天然气。立刻准备二次压井，经过计算，确定第二次压井液密度为1.97g/cm3，5月31日准备压井液360m3，密度1.97g/cm3，泵入压井液254m3。节流循环防喷点火，10时30分开始压井，火焰高（0.5-3）m，持续燃烧至14时35分，15时压井成功，入口泥浆密度1.97g/cm3，出口泥浆密度1.90g/cm3。15时20分观察，出口无外溢，立压1.5Mpa，套压0Mpa。

6月1日11：00为保证下步施工的安全性，按照井控要求短起至套管静止测油气上窜速度，静止观察75min后发现泥浆槽出口轻微外溢（线流不到0.1m3），立即抢下钻柱，21：30下钻到底后泥浆量增长3.75m3，每柱下钻期间静止无泥浆外溢，循环测后效过程中排出盐水及混浆20m3，最后提密度至2.0g/cm3，正常钻进。

3 钻井液体系的优选

本井三开优选强抑制封堵抗温聚合物防塌钻井液体系，该体系采用多种防塌机理及其多种防塌剂协同作用保持井壁稳定，增加防塌效果。

3.1 作用机理

（1）聚合铝类防塌剂：聚合铝是一种以化学封固微裂缝胶结物为主要作用的防塌剂。这种络合物以AI（OH）4-的形式存在，在微裂缝的泥页岩地层中，与多价阳离子反映，AI（OH）4-的络合物转化为铝酸盐沉淀，形成具有固结作用的硅铝酸盐不渗透凝胶，阻止了钻井液滤液向地层的进一步侵入，从而提高井壁的稳定性，特别适用于具有微裂缝的硬脆性泥页岩地层的防塌。

（2）有机胺抑制剂：有机胺独特的分子结构与传统的有机阳离子型抑制剂不同，不含长碳链和季铵盐阳离子基团，有一定降低表面张力和升高粘土浆pH值的作用，对粘土颗粒zeta电势影响不大，通过离子交换形成了对粘土的束缚，在抑制钻屑分散的同时基本不损害造浆土分散性。与在地层孔隙表面的粘土中最活跃易于水化的基团作用，吸附覆盖在表面，层间水不会从层间排出，能有效防止粘土的水化膨胀。

（3）无水聚合醇：封堵作用：醇类具有浊点效应，当温度超过一定范围后，部分从水中析出，形成乳状油滴，在井内压差的作用下被挤入井壁缝隙并逐渐把缝隙填堵，降低滤失量。吸附作用：醇类能够吸附到粘土矿物表面，形成一层憎水的吸附膜，阻止水分子进入粘土矿物的晶层中，降低粘土的吸水膨胀。

3.2 应用效果分析

本井优选了强抑制封堵抗温聚合物防塌钻井液体系，保持了井壁稳定、有效的控制了地层坍塌，基本达到了预期目的，有效防止泥页岩水化膨胀分散，减轻了垮塌地层、煤层的坍塌掉块问题。缩径、拔活塞、卡钻问题得到了解决，控制地层坍塌掉块方面的问题也取得了良好的效果，保证了井壁稳定性，施工的顺利进行，全井未发生任何井下复杂事故。

4 分段钻井液体系及配方

一开井段：（0-1522）m；

钻井液体系：聚合物钻井液体系；

配方：（4.0～6.0）%膨润土+（0.1～0.3）%烧碱+（0.3～0.8）%聚丙烯酰胺干粉+（0.5～1.0）%LV-CMC+（2.0～3.0）%钻井液用聚合物降滤失剂。

二开井段：（1522-3940）m；

钻井液体系：强抑制封堵聚合物防塌钻井液体系；

配方：（5.0～7.0）%膨润土+（0.3～0.5）%聚丙烯酰胺干粉+（2.0～3.0）%钻井液用聚合物降滤失剂+（1.0～2.0）%钻井液用有机胺页岩抑制剂+（1.0～2.0）%羟基铝抑制防塌剂+（2.0～3.0）%井壁稳定剂+（1.0～2.0）%钻井液用无水聚合醇+（2.0～3.0）%钻井液用超细碳酸钙。

三开井段：（3940-5405）m；

钻井液体系：强抑制封堵抗温聚合物防塌钻井液体系；

配方：（4～7）%膨润土+（0.3～0.6）%聚丙烯酰胺干粉+（1.0～1.5）%钻井液用磺酸盐共聚物降滤失剂+（1.0～2.0）%钻井液用有机胺页岩抑制剂+（2.0～3.0）%钻井液用低荧光井壁稳定剂+（3.0～4.0）%钻井液用羧甲基磺化酚醛树脂+（1.0～2.0）%羟基铝抑制防塌剂+（2.0～3.0）%钻井液用无水聚合醇+（2.0～3.0）%钻井液用超细碳酸钙。

5 钻井液的维护与处理

一开：（0-1522）m；

（1）根据新近系砂泥岩互层和施工时机械钻速快的具体情况，钻进时补充胶液细水长流的方法进行维护。

（2）钻至井深1000米以后，逐步控制钻井液滤失量并保证钻井液具有很强的悬浮携带能力和稳定井壁能力。

二开：（1522-3940）m；

（1）钻进时补充聚合物胶液维护钻井液性能。钻进中3000米之前使用LV-CMC，控制钻井液降低钻井液滤失量，配合水解聚丙烯腈铵盐调整钻井液流型；3000米以后使用抗温降滤失剂控制钻井液滤失量同时提高钻井液的抗温能力。

（2）钻遇白垩系地层时保持适当的粘切，可以满足钻井液的携带能力，同时维护良好的钻井液流动性来冲刷虚泥饼。

三开：（3940-5405）m；

（1）钻进时聚合物胶液维护，三开井段将钻井液API失水控制在3ml以内，高温高压失水在10ml以内，提高钻井液滤液粘度，减少滤液对地层的渗透、同时改善了泥饼质量。

（2）钻进时补充（2-3）%无水聚合醇和（1-2）%有机胺页岩抑制剂，这样可以抑制泥岩的水化膨胀、增强井壁稳定。

（3）本井三开井段为垮塌严重井段，该井段应该提高粘切，将粘度维持在110s-130s，确定合理的环空返速、减少对井壁的冲蚀力过大。

（4）本井三开井段一直存在掉块块问题，三开掉块严重的井段为4130m-4880m，最大的掉块5cm-6cm为缓解井壁掉块加入3%羟基铝抑制防塌剂，加强随钻封堵技术措施，加入2%井壁稳定剂、4%超细碳酸钙等药品。从而保证井壁稳定，有效的缓解了地层掉块。

（5）头屯河组起下钻过程中经常多点阻卡，开泵下探遇阻点固定，划眼过程中憋停转盘频繁，同时返出大量掉块，掉块较大且棱角圆润，掉块直径3cm-6cm。三开钻进4366m时，接单根上提钻具过程挂卡，挂卡点憋转盘，憋泵现象严重。为保证井下安全减少施工风险，上报甲方，在设计允许的范围内提高钻井液密度，由原来的1.45g/cm3提高到1.49g/cm3密度提高后，掉块明显减少，起下钻接单根基本正常。

（6）本井钻进三开井段4884m开始出现煤层，深灰色泥岩夹煤层。继续钻进震动筛返出煤块逐渐增大。钻遇该井段前及时优化了钻井液性能，加入3%羟基铝抑制防塌剂、3%无水聚合醇，从而增强钻井液的防塌能力，同时加入3%井壁稳定剂、4%超细碳酸钙，采用屏蔽暂堵技术，增强钻井液的封堵能力，减少钻井液侵入量，有效的控制了地层坍塌掉块，掉块明显减少、变小。

6 认识与建议

（1）钻井液密度应根据地层压力指数调整。随井深增加要选择适当密度平衡地层应力，平衡坍塌压力，要做好化学防塌和力学防塌结合。

（2）侏罗系西山窑组煤层和碳质泥岩比较发育，井壁坍塌严重，应在钻遇该井段前及时优化钻井液性能，在煤层段和易垮塌井段起下钻时，应控制起下钻速度，减少压力激动对地层造成的冲击和破坏。禁止在煤层中定点循环，防止造成煤层坍塌而发生复杂或事故。

（3）本井钻探过程中，灰色泥岩、煤层、碳质泥岩垮塌是一重大难题，侏罗系西山窑组出现煤层，欠平衡钻进难以平衡地层应力，防止地层坍塌方面效果不太理想。地层应力一直释放，跨塌不断，泥浆无法形成优质泥饼进行保护。建议根据实际情况钻遇垮塌地层前，采用适当的钻井液密度。

（4）侏罗系西山窑组、三工河组压力系数高，三工河组存在高压盐水层，建议套管先下深至头屯河组，然后选用合适的钻井液密度钻进。

参考文献

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[2]王树永.铝胺高性能水基钻井液的研究与应用[J].钻井液与完井液，2008.

[3]钟汉毅.胺制剂特点及研究进展[J].石油钻探技术，2010.

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