征11井复杂地层防塌钻井液技术

邱春阳，吴晓文，温守云，张海青，陈二丁，王宝田

(中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司，山东东营257064)

征11井复杂地层防塌钻井液技术

邱春阳，吴晓文，温守云，张海青，陈二丁，王宝田

(中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司，山东东营257064)

征11井是准中1区块重点预探井，完钻井深4 540 m。下部地层岩性复杂，吐谷鲁群组泥岩水化膨胀性强，易造成起下钻遇阻;西山窑组煤层发育，易发生破碎性垮塌;三工河组泥岩坚硬，易造成应力性垮塌;三开裸眼段长，长时间施工作业易造成井壁失稳，钻井液技术难度大。通过优选聚胺封堵防塌钻井液体系，配合相应的现场维护处理工艺及应对复杂情况的技术措施，顺利钻至目的层，满足了完井作业的要求。

征11井;水敏性;煤层;地应力;井壁失稳;聚胺

征11井位于准噶尔盆地车莫古隆起中部1区块，是一口重点预探井，主探三工河组含油气情况。该井设计井深4 540 m，一开Φ444．5 mm钻头钻深149 m，Φ339．7 mm套管下深148 m;二开Φ311．2 mm钻头钻深2 402 m，Φ244．5 mm套管下深2 401．77 m;三开Φ215．9 mm钻头钻至井深4 540 m完钻，Φ139．7 mm油层套管下至井深4 535．44 m完井。据实钻资料统计，该区块上部地层钻进顺利，偶尔发生起下钻遇阻情况，通过简单划眼都能够解决。但在下部地层白垩系吐谷鲁群组及侏罗系的钻井过程中井壁失稳情况频发，轻者起下钻、电测遇阻，严重者卡钻。下部地层的井壁失稳问题已经成为制约该区块勘探速度与开发质量的瓶颈问题之一。为提高征11井钻探成功率，实现高效、快速钻进，最大可能预防及减少复杂事故的发生，优选了聚胺封堵防塌钻井液体系，配合相应的现场维护处理工艺，顺利钻至目的层。

1　地质概况及钻井液技术难点

征11井自上而下钻遇地层为新近系沙湾组、古近系紫泥泉子组、白垩系东沟组和吐谷鲁群组、侏罗系西山窑组和三工河组。下部地层岩性复杂，地层压力系数不同，施工中钻井液技术难点如下:

1)吐谷鲁群组上部棕色泥岩水敏性强，吸水后膨胀严重，易导致起下钻遇阻;粉砂岩吸水后胶结强度降低，导致上覆的泥岩因支撑力减弱而垮塌，泥岩的垮塌导致与其互层砂岩发生坍塌，井壁失稳严重。

2)西山窑组煤岩脆性强，强度低，起下钻过程中在钻具的碰撞下容易破碎，造成上覆的泥岩因失去支撑而垮塌;煤层层理、裂缝发育，微细裂缝较多，钻井液滤液易沿层理面、裂缝及微细裂缝渗入，降低煤层间的胶结强度，促使煤层垮塌。

3)三工河组地层岩性坚硬，不易破碎，如果钻井液液柱压力不能平衡地层坍塌压力，则会出现掉块，且掉块不易破碎，易发生卡钻事故。

4)据研究，准噶尔盆地中部侏罗系发育超压［1］，地应力作用强，当新的井眼形成后，地应力释放，易发生应力性垮塌。

5)三开裸眼段长近2 000 m，由于岩石耐磨性强，可钻性差，导致钻井施工周期长，裸眼段在长时间浸泡下井壁失稳严重。

2　钻井液体系研究

2．1钻井液配方

通过调研国内煤层［2-4］、深井及超深井［5-8］钻井液使用情况，结合邻井钻井液施工经验，针对征11井地层岩性特点及施工中钻井液技术难点，经过钻井液体系优选，确定使用聚胺封堵防塌钻井液体系，基本配方为:

(3．0～5．0)%(质量分数，下同)膨润土+(0．2～0．3)%烧碱NaOH+(0．2～0．3)%纯碱Na2CO3+(0．2～0．3)%聚丙烯酸钾KPAM+(2．0～3．0)%抗盐抗钙降滤失剂JZC-1+(2．0～3．0)%抗温抗盐防塌降滤失剂KFT-2+(2．0～3．0)%磺化酚醛树脂SMP-1+(2．0～3．0)%井壁稳定剂HQ-1+(1．0～2．0)%非渗透处理剂+(0．5～1．5)%胺基聚醇+(2．0～4．0)%超细碳酸钙+(2．0～3．0)%白油。

2．2作用机理

聚胺封堵防塌钻井液体系是在聚磺钻井液体系的基础上引入胺基聚醇和非渗透处理剂而形成的抑制性及封堵能力强的钻井液体系。由于引入胺基聚醇，体系的抑制性得到增强，原因如下:胺基聚醇含有多个独立的胺基，胺基可充填在黏土颗粒的晶层之间，并把它们束缚在一起，有效地减少粘土的吸水倾向;另外胺基聚醇在体系中显碱性，并使体系的pH值长时间保持在碱性范围内，能够使钻井液体系中各个处理剂的效能得到有效发挥，因此其抑制作用具有长效性［9］。非渗透处理剂的引入增强了体系的封堵性能，因为非渗透处理剂能够在井壁岩石表面形成致密非渗透封堵薄膜，有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层，稳定井壁［10］。

3　性能评价

3．1抑制性能评价

采用页岩膨胀实验和抑制岩屑分散实验，对聚磺防塌钻井液和聚胺封堵防塌钻井液的抑制性进行了考察，聚磺防塌钻井液8 h岩心膨胀高度为2．65 mm，岩屑回收率为67．4%;而聚胺封堵防塌钻井液8 h岩心膨胀高度为1．22 mm，岩屑回收率为90．5%，显著高于聚磺防塌钻井液相对应的数值，可见聚胺封堵防塌钻井液抑制性强于聚磺防塌钻井液，胺基聚醇的引入增强了体系的抑制性，能够降低泥页岩的水化膨胀。

3．2封堵性能评价

采用直径为30～40目的石英砂作为过滤介质，分别加入聚磺防塌钻井液和聚胺封堵防塌钻井液，固定后加压0．69 MPa，评价钻井液的封堵能力。聚磺防塌钻井液在加压15 min和60 min后侵入砂床的深度分别为1．2 cm和3．8 cm;而聚胺封堵防塌钻井液在加压15 min和60 min后侵入深度分别为

1．1 cm和1．8 cm，二者相差不大，说明聚胺封堵防塌钻井液能够形成承压封堵带，阻止滤液向地层渗透。

4　现场应用情况

4．1现场施工工艺

1)开钻前在套管内净化二开井浆，然后按照配方加入各种处理剂，充分循环，性能达到设计要求后开钻。

2)钻井液密度控制在设计下限，钻进中根据返砂情况及地层压力监测情况及时调整，保持井壁稳定。

3)漏斗粘度控制在45 s左右;西山窑组后，漏斗粘度控制在55 s左右;三工河组漏斗粘度控制在60 s左右，增强钻井液的护壁防塌及悬浮携带能力。

4)胺基聚醇含量控制在1%，保证聚合物的含量充足，抑制粘土矿物水化及岩屑分散。5)使用井壁稳定剂、超细碳酸钙和非渗透处理剂，对地层孔隙及微细裂缝进行封堵。6)中压滤失量控制在5～8 mL，适当冲刷井壁。吐谷鲁群组底部中压滤失量控制在5 mL以内，高温高压滤失量控制在10 mL以内，防止地层吸水膨胀。

7)保持振动筛、除砂器及除泥器运转率达到100%，并合理使用离心机，清除钻井液中的劣质固相和低密度固相，净化钻井液。

8)电测前充分循环钻井液，配置80 s以上的稠浆净化井眼。电测及下套管期间配制润滑稠浆封井，保证电测及下套管顺利。

4．2复杂情况处理

4．2．1情况介绍

征11井完井电测遇阻4次，延误钻井周期，以第一次遇阻为例进行说明。电测仪器下到3 950 m处有显示，冲到3 980 m遇阻，下钻通井，在3 980 m处有显示，下压4 t后通过，其它井段顺利下入，下钻至井底沉砂6 m。开泵循环，上返钻井液漏斗黏度高，循环时带上来一些掉块，从岩性和特征上分析，掉块分属不同的地层。循环同时，加入处理剂调整钻井液性能，调整完后钻井液性能如表1。

循环调整后，短起25柱，短起正常。起钻前用0．8 t白油、0．5 t胺基聚醇、0．5 t井壁稳定剂HQ-1、0．3 t磺化酚醛树脂SMP-1、0．2 t土粉和0．5 t塑料小球配30 m3滴流钻井液封井，封住井底800 m井段。封完井后起钻，起钻正常，进行第二次测井。

第二次测井时，仪器下到距井底4 m时遇阻，下钻通井，开动四级固控设备，降低钻井液中的劣质固相含量;然后加入稀释剂，降低钻井液的粘切。充分循环，待振动筛无返砂后，配制滴流钻井液封井。

第三次测井时，仪器下至4 450 m遇阻，反复活动后下至井底。起电缆时遇阻严重，起至4 300 m时测井径电极坏，重新补测顺利。测井径结束后进行通井，加入防塌剂，提高钻井液的粘切，适当提高钻井液密度，增强钻井液的封堵防塌能力，充分循环后封井。

第四次测井时，第一趟顺利，第二趟和第三趟起下电缆有多点遇阻显示，第四趟测地层倾角时，起电缆时遇卡，反复活动后提出电缆，下钻通井，加入防塌剂，增强钻井液的防塌能力;并使用稀释剂，调整钻井液的流变性。充分循环后，配制滴流钻井液封井，进行第五次电测，测井两趟，成功率100%。

4．2．2测井遇阻原因分析

1)西山窑组煤层不稳定及三工河组泥页岩夹层多导致多处井段形成大肚子“糖葫芦”井眼和“锯齿形”井眼。循环时，掉块积聚在大肚子处;当钻井液静止时，掉块下沉，造成电测遇阻。

2)西山窑组和三工河组地应力作用强，钻井液循环时的当量密度能够平衡地层应力或者略低于地层坍塌压力，因此在钻进过程中掉块少，井壁稳定;钻井液静止时，钻井液静密度不能平衡地层应力，导致出现掉块。这一点从后面提高钻井液密度后满足测井要求即可看出。

3)钻井液长期和地层泥页岩接触，泥页岩吸水后改变了岩石的应力状态，导致地层坍塌压力增加，平衡坍塌压力所需要的钻井液密度加大;并且泥页岩裸露在钻井液的时间越长，地层坍塌压力越大，相应平衡此坍塌压力所需要的钻井液密度就越大，这也就是多次通井井壁依然失稳的原因。

5　结论及建议

1)聚胺封堵防塌钻井液抑制性好，封堵性强，解决了吐谷鲁群组水敏性泥岩垮塌的难题;缓解了西山窑组煤层和三工河组硬脆性泥岩的垮塌。

2)完井时电测遇阻，通过采取合理的钻井液技术措施和工程措施，保证了测井作业的最终完成。

3)井壁失稳根源于力学失稳。井壁稳定的前提是合理的钻井液密度，关键是具有较强的封堵造壁性能，基础是钻井液具有良好的流变性。

4)该区块侏罗系井壁失稳严重，必须加足防塌剂和降滤失剂，增强钻井液的滤失造壁性能，保证钻井液能够对地层进行严封堵，这样才能保证井壁稳定。

［1］曲江秀，查明．准噶尔盆地异常压力类型及成因探讨［J］．石油实验地质，2003，25(4):333－336．

［2］王福印，王海涛，武少英，等．煤层防塌钻井液技术［J］．断块油气田，2002，9(5):66－69．

［3］陈在君，刘顶运，李登前．煤层垮塌机理分析及钻井液防塌探讨［J］．钻井液与完井液，2007，24(4):28－29，36．

［4］梁大川，蒲晓林，徐兴华．煤岩坍塌的特殊性及钻井液对策［J］．西南石油学院学报，2002，24(6):28－31．

［5］王关清，陈元顿．深探井和超深井钻井的难点分析和对策探讨［J］．石油钻采工艺，1998，20(1):1－17．

［6］黄治中，杨玉良，马世昌．不渗透技术是确保霍尔果斯安集海河组井壁稳定的关键［J］．新疆石油科技，2008，18 (1):9－12．

［7］周辉，郭保雨，江智君．深井抗高温钻井液体系的研究与应用［J］．钻井液与完井液，2005，22(4):46－48．

［8］赵秀全，李伟平，王中义．长深5井抗高温钻井液技术［J］．石油钻探技术，2007，35(6):39－73．

［9］周晓宇，赵景原，熊开俊．胺基聚醇钻井液在巴喀地区的现场试验［J］．石油钻采工艺，2011，33(6):33－36．

［10］左兴凯．非渗透钻井完井液体系的研究与应用［J］．石油钻探技术，2008，36(4):41－44．

简讯

我校获批承德市仪器仪表平台服务建设项目经过前期的调研、论证，科技处充分准备，由副校长于立国主持申报的承德仪器仪表产业群公共服务平台建设项目获得市工信局、财政局批准，资助经费50万元。

Drilling Fluid Technology of Complicated Formation in Zheng 11 Well

QIU Chun-yang，WU Xiao-wen，WEN Shou-yun，ZHANG Hai-qing，CHEN Er-ding，WANG Bao-tian
(Drilling Engineering Technology Corporation，Shengli Petroleum Engineer Co．，LTD，Dongying 257064，Shandong，China)

Zheng 11 well was an important exploration well，and was located in the first oilfield in Junggar Basin．The total depth was 4 540 m．The petrography character was very complicated in down formation in the area．Blockage tripping easily occurred because hydrous disintegration of argillutite in Tuguluqun formation．Crisp collapse often occurred in Xishanyao formation because compressive strength and rupture strength of coal bed was poor．Stress collapse about hard and crisp mudstone occurred usually in Sangonghe formation．The wellbore was very instabile because barefoot interval was long and drilling term was long．The target stratum was drilled after poly-amine formation sealing and anti-caving drilling fluid was used．With the help of onsite drilling fluid maintenance and handling technics，and technology measure of dealing with the complex situation，the demand of drilling operation was met．

Zheng 11 well;water sensitivity;coal bed;ground stress;wellbore instability;polyamine

TE25

B

1008-9446(2015)01-0006-04

2014-11-20

邱春阳(1978－)，男，辽宁铁岭人，中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司工程师，硕士，主要从事钻井液体系研究和技术服务工作。