苏里格气井水平井钻井液技术难点分析

段晓东，赵 强

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830000）

苏里格气井水平井钻井液技术难点分析

段晓东*，赵 强

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830000）

气井水平井钻井液是气井水平井钻井中最为关键的技术，突出的表现在井眼净化、井壁稳定、润滑防卡、产层保护等几项关键技术。苏里格气井水平井钻井液技术除具有以上技术难题外，最关键的技术是如何有效地控制大斜度井段“双石层”、山西、太原组煤层的垮塌和有效预防PDC钻头的泥包，以提高斜井段的机械钻速为最终目的。

水平井；钻井液；难点分析

1 钻井液技术难点

（1）苏里格二开直井段直罗组垮塌严重，这是一直制约苏里格区块提高电测一次成功率的主要原因。

（2）区块普遍存在延长、刘家沟组地层承压能力低，完成的常规井曾发生过多次渗透性漏失和“只进不出”的大型漏失，气井水平井大斜度井段为了平衡“双石层”和煤层的垮塌，要提高钻井液密度至1.28～1.35g/cm3,更易发生压差性漏失。2010年水平井共发生漏失10井次，其中使用桥塞堵漏39次、注水泥堵漏10次，共计损失时间2175h。漏失区域分散，主要是苏36、苏5、靖中北及子洲区块，尤其是苏5区块漏失量最频繁；而漏失地层主要是承压能力较低的刘家沟组和水平段的石盒子组。因此，处理好井漏和井塌的矛盾是气井水平井钻井液的关键技术。

（3）双石层、煤层正好处于大斜度井段，这不仅增加了垮塌层井段的长度，同时井筒内的力学平衡也发生了根本的变化。这是导致水平井、定向井在斜井段易发生复杂和事故的致命因素。

（4）如何优化钻井液体系、性能、组分，通过钻头选型，水力参数优化，是预防PDC钻头泥包和提高斜井段机械钻速的关键。

（5）如何通过改善水力参数、调节钻井液的携砂能力，同时采取有效的井眼轨迹控制、提高复合钻井井段等工程措施，是大斜度井段和水平段携砂的关键；同时也是降低摩阻的关键。

（6）如何通过改善泥饼质量，提高钻井液的润滑性，是水平井钻井液防卡润滑的关键。

（7）如何合理使用四级固控、合理调整体系中的固相匹配，是实现低摩阻、低失水、优质泥饼的前提。

2 钻井液技术措施

2.1 钻井液关键技术

（1）“双石层”煤层的防塌仍然是气井水平井钻井液工作的重点。

（2）通过挤封堵漏和随钻堵漏逐渐提高地层承压能力是“双石层”煤层防塌的力学基础。

（3）斜井段推广使用无土相复合盐水钻井液体系，是解决“双石层”的垮塌、PDC钻头的泥包、提高机械钻速和降低钻井液成本的关键。

（4）四级固控的正常使用是维护好钻井液性能的最基本的手段。

2.2 钻井液的转化

（1）在井下正常的情况下要尽量使用清水聚合物泥浆钻穿石千峰上部造浆地层。然后彻底转化为复合盐无土相钻井液体系。

（2）在井下不正常的情况下，在转化时必须配40m3白土三磺泥浆清扫井筒内未带出的岩屑，白土的加量要控制在总泥浆量不超过3%的范围内，要进一步提高泥浆的携砂能力需通过加CMS-1、XCD和无机盐来实现，同时白土浆要回收不要混在复合盐水体系中，以免影响钻井液性能。

（3）泥浆的转化要按水平井下部井段抗盐、抗高温无土相复合盐体系进行，严禁加入不抗盐、不抗高温的其他处理剂，转化三磺盐水泥浆的主处理剂为：、CMS、JT-1、PAC、SFT-1。

（4）钻井液体系转化配方：

原浆+0.2%～0.3%PAC+3%～4%QS-4+2%～3%CMS-1+0.2%～0.3%JT-1+1%～1.5%SMP-2+ 1.5%～2%SFT-1+5%～10%无机盐+3%～4%有机盐+ 0.1%NaOH。

控制性能:ρ=1.06～1.10g/cm3，T=38～45s，FL= 4～6mL，pH=9。

加药顺序：按循环周按上述配方先交替加入、PAC、CMS、JT-1、SFT-1、SMP-2、QS-4，循环打钻6～8h后再加入NaOH，WT-1、工业盐。

2.3 提高延长组、刘家沟组底地层承压能力，强化挤封堵漏的技术措施[1]

由于延长、刘家沟组易漏地层与“双石层”等易塌地层同处在同一裸眼井段，解决好易塌层垮塌和上部易漏层承压能力的提高是技术的关键。钻进过程中加入DF-A，同时加入CWD-1、K-PAM、6%～10%的KCl提高体系的抑制性，解决井漏与井塌的矛盾；与常规井不同的是水平井要求有更高的密度提升空间,即地层达到更高的承压能力。

（1）在易发生漏失的井区，钻井液转化后将密度逐渐提高到1.13～1.15g/cm3，若不发生漏失最终可通过加入DF-A、锯末及超细碳酸钙等进一步提高地层承压能力达到1.20g/cm3左右。若地层承压能力不能达到1.20g/cm3时，要采取提高地层承压能力的挤封堵漏工作。

（2）尤其是漏失严重的苏5井区，在钻穿刘家沟组后，要按当量密度1.25g/cm3做好地层承压能力实验。达不到此承压能力的必须进行承压堵漏。

2.4 防“双石层”煤层垮塌的钻井液措施

“双石层”煤层垮塌的治理是气井水平井的关键，石千峰、石盒子等易垮塌地层正好处于大斜度井段，而采用的复合盐钻井液体系具有：在大斜度井段“防塌携砂能力强、防PDC钻头泥包能力强、总固相含量低、润滑性好”的特点。

2.4.1 提高钻井液体系的防塌能力的主要思路

（1）做承压实验时，若当量密度能达到1.20g/cm3，可尽量提高钻井液密度。具体地通过增加无机盐和有机盐的含量提高密度。在井斜45°将密度提高到1.23～1.25g/cm3,在井斜＞45°逐渐将密度提高到1.25～1.28g/cm3,井斜达到60°以上密度必须达到1.28g/cm3。穿越下古煤层时要将钻井液密度提高到1.30g/cm3以上。

（2）增大钻井液中无机盐和有机盐含量，使钻井液的矿化度远大于地层水的矿化度，有效地降低钻井液中水的活度，提高钻井液对地层的抑制能力。第一次转化盐水泥浆工业盐的加量不少于泥浆量的5%，WT-1加量不少于3%。

（3）提高钻井液中封堵粒子的含量，增加阳离子乳化沥青质和细目碳酸钙的含量。SFT含量达到1.5%～2%，QS-4含量3%～4%。要通过有效的封堵来降低地层的坍塌压力。

（4）严格控制钻井液的滤失量，要求API滤失量在5mL以下，HTHP滤失量在15mL以下。兼顾降失水、强封堵、提动切力、改善泥浆流变性，根据泥浆性能和各种处理剂的特性使用好各种处理剂。

（5）加入K-PAM、CWD-1增强体系的抑制性，特别是在易造浆的石千峰地层要加大用量，一方面防塌，另一方面可有效地防PDC钻头泥包。

通过以上措施来增强体系的防塌、防漏能力、同时提高漏失层的承压能力和降低垮塌层的坍塌压力，在尽可能降低钻井液密度的情况下，达到防漏防塌效果，实现提高钻井速度的综合钻井液技术。

2.4.2 推荐斜井段钻井液性能控制（表1）

表1 钻井液性能控制表

2.5 斜井段、水平段有效携砂措施

（1）保证足够大的排量，力争环空返速度达到1.0m/s，防止岩屑床的形成。

（2）大斜度井段和水平井段通过加CMS-1和XCD来提高泥浆的携砂能力，减小岩屑床的形成的机率。

（3）确保钻井液具有良好的流动性，要采用适当的粘度，防止在斜井段粘切过高或过低而造成的携砂困难。

2.6 斜井段、水平段的防卡润滑措施[2]

（1）斜井段采用低固相含量的钻井液是降低斜井段摩阻和扭矩的基础，通过调整钻井液中的组分形成薄、致密光滑的泥饼，同时原油、XCS-3、GD-2等润滑剂来实现低摩阻和扭矩。

（2）强化四级固控的使用：进入斜井段要合理使用四级固控设备，严格控制钻井液中的有害固相，含砂量小于0.3%，在固控设备不能满足的情况下，采用清罐或替换部分钻井液来降低有害固相。

①搞好一级固控，选用波浪筛布，筛布要求在100～120目，要求泥浆要100%的过筛。

②钻进时，不间断地开启除砂、除泥器，离心机对加重钻井液要通过清除—加重—清除的措施来调整钻井液中的固相比例。

③每次起钻前和下钻后可配置“清扫液”清洗井眼。

2.7 PDC钻头泥包的原因分析及对策

2.7.1 PDC钻头泥包分析

（1）钻井液性能：钻井液性能差，如抑制性、润滑性能差,失水大、滤饼厚、粘土含量高等。

（2）地质因素：软泥岩地层、易吸水膨胀的地层或软硬交错的地层，易形成泥包。

（3）钻井参数：钻进中排量较小，未能将钻屑及时带离井底，造成重复切削。钻进中钻压不均匀，钻时变慢后，盲目加大钻压。

（4）钻头选型：选用中心孔流道较小的PDC钻头，导致钻屑滞留在底部。

2.7.2 预防PDC钻头泥包的技术对策

（1）预防PDC钻头泥包的钻井液维护的核心是：一是通过维持大分子包被剂、无机盐、有机盐等强抑制剂的含量，提高钻井液的抑制性，抑制泥岩地层造浆、分散；二是保持低土相、低活性固相含量。

（2）复合盐钻井液防PDC泥包的维护：一是确保体系中有足够的抑制剂的含量，主要通过观测钻屑和钻井液的性能来掌握。一方面做到泥岩段的砂样成型好，不粘筛布；另一方面就是钻井液的性能在泥岩段钻进变化不大，密度、粘度、固含不升，性能稳定。二是加强固控，保持钻井液中低密度固相的含量始终保持较低水平。三是工程措施：一方面PDC钻头钻速快、钻屑多，必须要有足够的排量，避免钻屑重复切削会形成淤泥而泥包钻头，要求环空上返速度达到1.00m/s；另一方面是钻压要合理，送钻要均匀，速度太快时要适当控制钻压。最后要尽量避免长时间、长井段的滑动钻进。

2.8 防煤层垮塌的技术措施

泥浆措施：由于我们所钻遇的煤层均为陆相沉积，遇水极易分散。防煤层垮塌的泥浆技术措施应从提高泥浆密度和控制泥浆API及HTHP失水入手。

（1）进入山西组煤层前用密度为1.30～1.35g/cm3。

（2）采用CMS-1、JT-1、超细目碳酸钙粉等处理剂，使泥浆API失水控制在4mL以下，HTHP失水控制在15mL以下，并且可形成薄而韧、渗透率低的泥饼。

（3）采用高粘度泥浆、粘度控制在80s以上，防止水力对煤层的冲刷、工程在满足携砂的前提下在煤层采用较低的排量钻进。

2.9 完钻电测及下套管技术措施

（1）完钻后大排量充分循环钻井液2～3周，确保洗井彻底。

（2）配置15～20m3封闭润滑液（原浆中加入GD-2、XCS-3）打入井底，封闭大斜度井段。

（3）短程起下钻至造斜点附近，确保井眼畅通后开始起钻，起钻过程中连续灌浆，确保井筒内液柱压力足够。

（4）电测期间，每测完一趟灌浆一次，确保钻井液液面在井口。

（5）电测完按设计钻具组合、扶正器通井，中途循环1～2次，到底后大排量充分循环钻井液2～3周，确保洗井彻底；若下钻遇阻，及时接方钻杆建立循环划眼，并根据井下情况处理好钻井液，直到上提下方无遇阻，井眼畅通方可起钻。

（6）下套管过程中按要求灌浆，中途在刘家沟组上不循环一次，并适当控制下放速度，以免憋漏地层。

（7）套管到底后及时顶泵，先单凡尔顶通后，三凡尔循环，等固井准备工作做完后再适当稀释钻井液后固井。

3 结论与认识

（1）挤封堵漏和随钻堵漏逐渐提高地层承压能力是“双石层”煤层防塌的力学基础。

（2）PDC钻头泥包的钻井液维护的核心是“一强、三低、一适当”，即强抑制、低粘切、低失水、低坂含、适当密度。

（3）配置15～20m3封闭润滑液打入井底，封闭大斜度井段，有利于测井及下套管的顺利进行。

[1] 王清臣，杨荣锋，骆胜伟，等.挤封填充堵漏技术在山074-61井的应用［J］.钻井液与完井液，2012,29（1）.

[2]谢新刚,彭元超,李欣，等.长庆气区储气库Y37-2H井长水平段钻井技术［J］.钻井工程，2012,32(6).

TE243

B

1004-5716(2015)02-0042-03

2014-03-10

段晓东（1984-），男（汉族），陕西富平人，助理工程师，现从事钻井科技管理工作。