双聚-成膜冲洗液体系在山西怀仁鹅毛口页岩气-煤层气预查孔施工中的应用

李艳宁，祝强，蒋睿，苏兴涛，纪卫军，单文军

双聚-成膜冲洗液体系在山西怀仁鹅毛口页岩气-煤层气预查孔施工中的应用

李艳宁，祝强，蒋睿，苏兴涛，纪卫军，单文军

(北京探矿工程研究所，北京 100083)

山西怀仁鹅毛口DY-2井是一口页岩气-煤层气预探孔，主要岩性为海陆交互相的泥岩、页岩、砂质泥岩、砂岩、煤层，地层成岩性、胶结性差，层理紊乱，井壁强度低。针对现场情况，作者针对破碎、坍塌掉块及水敏性地层的钻探施工中遇到的主要难题，研制了双聚和成膜防塌冲洗液体系，具有护壁性、抑制性和胶结性，通过在DY-2井中的应用，取得了较好的护壁、护心效果，保证了该项目的顺利施工。

钻井液；双聚；成膜；防塌；页岩气

1 概述

DY-2井是山西217地质队在山西怀仁鹅毛口实施的一口页岩气-煤层气预探孔，主要目的是获取石炭二叠系地层及岩心组合特征，查明石炭二叠系山西组和太原组含气页岩段和煤层气储层分布、页岩气、煤层气地质特征及含气特征，为页岩气煤层气资源潜力评价和有利区优选提供地质依据。该井设计终孔深度1060.54 m，终孔口径76 mm，全孔取心。现场初始采用的是低固相钻井液体系，配方为：4%钠土+0.3%CMC-hv+0.5%随钻堵漏剂+0.1%包被剂，泥浆性能参数为：漏斗黏度40～60 s(苏氏漏斗)，API滤失量30～40 mL/30 min，密度1.08～1.25 g/cm3。DY-2井前期坍塌、掉块严重，尤其是在360～520 m处。现场存在的主要问题是有效处理剂的加量不足，且现场缺少有效的冲洗液净化设备。后采用双聚-成膜防塌钻井液体系钻进，该体系护壁和护心效果好，井壁稳定，有效地保证了项目的实施。

2 DY-2井地质工程概况

2.1 DY-2井地质概况

2.1.1 施工区域

山西省大同煤田页岩气、煤层气勘查区，位于山西省北部，大同市城区西部，朔州市平鲁区东北部。行政区划属大同市和朔州市。勘查区中心位置位于大同市城区西南方向242°，直距约22 km，中心点坐标X：4412736，Y：19663600(北京1954坐标系)。

2.1.2 钻探的主要目的任务

获取石炭二叠系地层及岩心组合特征，查明石炭二叠系山西组和太原组含气页岩段和煤层气储层分布、页岩气、煤层气地质特征及含气特征，为页岩气煤层气资源潜力评价和有利区优选提供地质依据。

2.1.3 DY-2井地层概况

DY-2孔设计地层剖面见表1。

2.2 DY-2井工程概况

2.2.1 井号

井名：DY-2井；井别：煤层气-页岩气预探井；井型：直井；完井方式：裸眼完井。

2.2.2 施工设备及工艺

该钻孔施工所用主要设备见表2，施工工艺为绳索取心钻进。

2.2.3 孔身结构

该孔设计为三开孔(见表3)，实际孔身结构见图1所示。

3 施工难点与分析、冲洗液选择

3.1 施工难点与分析

(1)上部存在长孔段泥岩地层，易吸水膨胀和分散造浆。若冲洗液滤失量控制不好，冲洗液流动性差，除泥岩本身吸水膨胀外，还会在孔壁形成虚厚泥皮，很容易造成粘附卡钻事故。

表1 DY-2孔设计地层剖面

(2)砂岩、灰岩地层中的松散破碎地层容易引起孔壁坍塌和掉块。

(3)页岩孔段，可能存在强分散性地层，极易造成孔壁坍塌。

表2 DY-2施工所使用的主要设备表

表3 DY-2孔身结构

图1 DY-2孔孔身结构示意图

(4)地质要求无荧光干扰，因此不能采用沥青类防塌材料，增加了防塌的难度。

3.2 冲洗液的选用

针对地质设计给出的地层剖面、地质要求及施工工艺要求，该孔采用双聚防塌和成膜防塌冲洗液。主要以双聚防塌冲洗液为主，钻遇分散性地层时，将在双聚防塌冲洗液基础上转化为成膜防塌冲洗液。

4 DY-2井冲洗液设计

DY-2井设计使用成膜防塌无固相钻井液体系，具体如下：

4.1 一开0～30 m井段

该段地层为灰岩、泥岩和砂岩，易坍塌、漏失。使用配方如下：1 m3水+0.5～0.7 kg PHP+2～5 kg GTQ，性能维持在：漏斗黏度20～25 s，密度1.03 g/cm3以下。

4.2 二开30～400 m井段

该井段岩层为灰岩、页岩、泥岩和砂岩，地层破碎、胶结性不好。使用配方如下：1 m3水+0.5～0.7 kg PHP+10～20 kg GPC，性能维持在：漏斗黏度17～25 s，密度1.03 g/cm3以下。

4.3 三开400～1000 m井段

该井段岩层为本溪组、太原组、山西组，主要岩性为：泥岩和砂岩。使用配方如下：1 m3水+5～10 kg GPNH+10～20 kg防塌型随钻堵漏剂(提高地层承压能力)+1～2 kg包被剂+2～5 kg抗盐共聚物。性能维持在：漏斗黏度20～25 s，密度1.03 g/cm3以下，失水≤10 mL。如果遇到砂岩、砾岩等胶结性不好的地层，在原配方的基础上加30～50 kg成膜护壁剂。

5 DY-2井前期现场施工冲洗液存在的问题

该井钻遇地层岩性主要是泥岩、砂岩。二开地层以弱胶结型砂岩为主，孔壁不稳定。三开357.6 m以下，间断出现棕红色泥岩及少量绿泥岩，该层岩心水敏性强，吸水后易分散。地层有一定的造浆，且存在易见水分散坍塌地层，见图2。

图2 井深508～517 m处红色泥岩及绿色泥岩岩心

现场冲洗液存在的主要问题是各处理剂加量偏低(未达到体系设计加量)，导致泥浆滤失量较大(失水量20 mL)，泥浆较黏稠(一方面现场无固控设备，无沉降池，且循环管线短；另一方面地层造浆，聚合物加量小)，平均每天排浆约2 m3。另外，钻进时出现了掉块、需扫孔。

6 DY-2井冲洗液现场试验

山西217队从开孔使用成膜防塌无固相冲洗液体系，时间为2014年8月。

6.1 该体系材料组成

(1)包被剂(BBJ)，具有选择性絮凝和包裹岩屑的作用，能抑制地层造浆，有利于泥浆的固相控制。

(2)抗盐共聚物(GTQ)，提黏、降滤失作用。

(3)降失水剂：是一种良好的冲洗液处理剂，具有增黏、提切、抗污染等功能，能显著降低泥浆的滤失量。

(4)防塌随钻堵漏剂，天然高分子复合材料，具有零号的水溶胀桥接封堵功能，可以封堵漏失地层，提高地层的承压能力，兼有降滤失作用。

(5)成膜护壁剂，是一种具有较强成膜性和粘结性的护壁材料，对抑制强水敏地层膨胀与分散、强化松散破碎地层孔壁，具有良好的使用效果。

6.2 现场冲洗液的配制与维护

6.2.1 现场冲洗液配方

3%～5%成膜护壁剂+1%～1.5%降失水剂+2%～2.5%随钻堵漏剂+0.1%～0.2%包被剂+0.3%～0.5%抗盐共聚物。

6.2.2 冲洗液配制与维护

先将成膜护壁剂、降失水剂、随钻堵漏剂等依次加入到配浆罐中，待充分溶解或分散均匀后，加入包被剂和抗盐共聚物，充分搅拌后，倒入泥浆池中搅拌均匀，正常循环后逐步补充处理剂。

6.2.3 冲洗液性能

密度1.05～1.13 g/cm3，黏度20～25 s，滤失量5～8 mL/30 min。

7 结语

使用成膜体系共施工了1060.54 m，取得了比较理想的效果，具体表现在以下几个方面：

(1)护壁效果好，孔壁稳定。357.60 m(二开套管下深)后孔壁稳定，提下钻无遇阻现象。

(2)泥浆流动性好，岩粉携带能力强，下钻时孔底几乎无沉淀，钻具直接就能下到孔底。

(3)抑制造浆能力强，沉砂效果好，及时清理泥浆槽和沉渣池，避免泥浆排放(350 m之前每班次排放2 m3泥浆)。

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2017-01-05

李艳宁(1978-)，女，本科学历，北京探矿工程研究所工程师，主要从事泥浆处理剂方面的研究，Tel：010-69301761，E-mail：99408968@qq.com。

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