塔中西部三叠系钻头泥包原因分析及对策

明瑞卿，张时中

1.长江大学石油工程学院(湖北武汉430100)

2.中国石化河南石油工程有限公司(河南郑州450000)

塔中西部三叠系钻头泥包原因分析及对策

明瑞卿1，张时中2

1.长江大学石油工程学院(湖北武汉430100)

2.中国石化河南石油工程有限公司(河南郑州450000)

在塔中西部钻探过程中，多口井三叠系地层出现了钻头泥包现象，严重影响了区块机械钻速和经济效益。开展了三叠系钻头泥包原因分析，对塔中三叠系地层岩性、钻井参数、钻头选型、钻井液性能及现场钻井液体系使用情况等进行了研究。认为三叠系地层钻头泥包的重要原因是钻井液体系的选择失误和钻井液性能问题。对现场实际使用的4种钻井液体系的性能和常用的抑制剂组合的性能进行了评价，给出了满足塔中西部三叠系钻头泥包要求的KCl聚合物钻井液推荐配方。

钻头泥包;三叠系;钻井液;钻井效率;塔中西部

PDC钻头具有较高的机械钻速和较长的使用寿命，在快速钻进中扮演着重要角色[1-5]。近年来，随着PDC钻头对复杂地层适应性的不断提高，其应用也越来越广泛[6]。在塔中西部，PDC+螺杆钻具的广泛使用，使机械钻速迅速提高，效果显著。但在实际应用中，PDC钻头也出现了不少问题。部分井段(如三叠系，二叠系等)均出现了不同程度的PDC钻头泥包现象，其中以三叠系的泥包问题尤为突出。为提高三叠系钻井效率，对钻头泥包原因进行了分析，优选出钻井液抑制剂组合，推荐钻井液配方在现场应用中取得了较好的效果。

1 三叠系钻头泥包原因分析

1.1 地层泥岩粘土矿物成分分析

针对塔中西部三叠系发生泥包井段，选取ZG262井2 628m和ZG162-H3井3 175m处岩心，进行X射线衍射矿物成分分析(表1)。三叠系地层粘土矿物含量较高，为30%～40%，这是该地层发生钻头泥包的主要原因之一。同时，水敏性矿物伊蒙混合物含量较高，相对含量在50%以上，易引起地层岩石水化分散，从而造成钻头泥包。

1.2 钻井参数分析

1)在泥岩地层，加大钻压易形成钻头泥包。应适当减小钻压，提高转速，以减少泥包的发生。塔中西部三叠系为泥岩井段，塔中西部17口井在三叠系钻井施工中钻压60～80kN、转速60～75r/min，比较适合。

2)由于三叠系机械钻速较高，能产生的钻屑相对较多，提高排量能及时带出井底钻屑避免钻屑在井底堆积、堵塞水眼或泥包钻头。现场三叠系钻进时的排量在27～31L/s，泵压在21～23MPa，故提升排量的余地不大(此处仅列出塔中西部17口井中的9口井，如表2所示)。

1.3 钻头选型分析

塔中西部二开井段常用多种型号多种尺寸PDC钻头，多数钻头中心孔流道与排水槽均较大。

1.4 钻井液性能分析

钻井施工过程中，不合理的钻井液的密度和固相含量往往是钻头泥包很重要的因素[7-8]。统计了塔中西部三叠系不同的钻井液密度、钻井液固相含量，PDC钻头泥包发生的概率，如表3、表4所示。在三叠系钻进中，当钻井液密度小于等于1.25g/cm3时，泥包率为11.10%;而当固相含量小于等于10%时，泥包率为12.50%。故钻井液密度与固相含量过高也是三叠系钻头泥包原因之一。

1.5 现场钻井液体系使用情况分析

从表5结果可以看出，现场在三叠系钻进过程中使用的4种钻井液体系发生钻头泥包的比例都较大。其中，KCl聚合物钻井液体系低于50%，使用CP全阳离子钻井液体系发生钻头泥包比例高达100%。

综合上述分析，认为三叠系钻井施工中钻井液体系的选择失误和钻井液性能问题是钻头泥包的重要原因。

2 钻井液评价与分析

2.1 钻井液体系评价

对塔中西部三叠系钻井施工中实际使用的4种钻井液体系进行钻屑线性膨胀率和滚动回收率实验(表6)。

由表6可知，4种钻井液中KCl聚合物钻屑线性膨胀率最低，防膨性能最好，滚动回收率最高，其次为聚合物钻井液体系，2种钻井液对三叠系地层泥岩水化有相对较强的抑制性。

2.2 抑制剂组合筛选

根据多元协调理论[9-10]，抑制剂和KCl复合后抑制性会有较大的提升，表现出较好效果。在此基础上复合MMH正电胶，抑制性又有所提高。

对复合抑制剂对钻屑的线性膨胀性和滚动回收率进行室内实验，结果如表7所示。由表7可知，0.4%KPAM+3%KCl+2%MMH复合抑制剂膨胀率最低，防膨性最好。

2.3 推荐三叠系防泥包钻井液配方

针对三叠系地层特点，采用多元协调理论，推荐配方为：4%膨润土+0.2%NaOH+(0.6～0.8)%KPAM (或80A52或IND-30或NMI-4)+(0.5～0.8)%HVCMC+(1.5～2.0)%Redul+(2～3)%SMP-1+(2～3)% JNJS-220+(3～5)%KCL+(2～3)%PGSS-1+(2～3)% TVRF-1+(1～2)%SY-A01+(3～4)%DEF-6+加重剂。基本性能如表8所示。

3 现场应用

钻井液配方提出后，在塔中西部后期多口攻关井钻井施工中得以应用。现场效果证明：在相同钻具结构条件下，较邻井的相同井段，机械钻速平均提高了30%，现场泥包率平均降低了73%，大大改善了三叠系的钻井工况。

以钻井施工的中古164井为例，中古164井三叠系为2 515～3 821m，长1 306m。现场在二开井段使用推荐的钻井液体系700m3，在三叠系钻井过程中，未出现钻头泥包现象，平均机械钻速达到了6.82m/h。而攻关前的邻井中古162-H3井三叠系钻井施工中，出现了4次钻头泥包，分别在2 683m处出现水眼被堵一个、2 800m处2个水眼被堵死、3 100m处3刀翼被泥包、3 500m处2刀翼被泥包，大大降低了机械钻速，导致平均机械钻速仅为3.91m/h。相比于邻井中古162-H3井，中古164井平均机械钻速提高了42%，泥包次数为0，三叠系提速和防泥包效果明显。

4 结论与认识

1)通过对现场多方面的研究分析，塔中西部三叠系地层钻井施工中钻头泥包的原因是粘土矿物含量较高，极易水化分散;出现钻井液体系的选择失误和钻井液性能的问题。

2)通过对现场钻井液评价，优选了适合的抑制剂组合和防泥包钻井液配方。

3)通过抑制剂的多元复配，抑制剂组合的抑制性有明显增强，有利于抑制地层泥岩水化，在该区块三叠系地层应用提速和防泥包效果良好。

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In drilling process of Triassic in western Tazhong Oilfield，bit balling appears in several wells，which seriously influences mechanical drilling rate and economic benefit.For this reason，the causes leading to the bit balling are analyzed.The formation lithology，the drilling parameters，the bit type，the performance of drilling fluid and the field use conditions are studied，and it is held that the main cause leading to bit balling is inappropriate selection of drilling fluid system.The property of 4 common drilling fluid systems is evaluated，the KCI-polymer drilling fluid formula suitable to drilling of the Triassic in western Tazhong Oilfield is proposed.

bit balling;Triassic;drilling fluid;drilling efficiency;western Tazhong Oilfield

尉立岗

2015-05-05

中国石油钻井科研项目“塔中西部三叠系钻头泥包和二叠系井壁稳定技术研究”(编号：121013050107)

:明瑞卿(1989-)，男，在读硕士研究生，现主要从事钻井工艺与技术研究。