川西高密度钻井液技术

摘要：在川西高密度钻井过程中主要存在以下钻井液技术难点：①高密度钻井液流变性控制难度大。②井壁失稳。③水平段摩阻大，电测、下套管困难。本文通过室内实验对钻井液配方进行优化、性能进行调整等措施，钻井液流变性、井壁稳定性、水平段摩阻等得到良好控制，保证了井下安全生产。

关键词：高密度钻井液;井壁稳定;润滑防塌;流变性控制

1、概述

中国石化西南地区油气勘探开发重要地区——川西地区，自2014年开始重点开发高庙子、中江区块，主要目的层为上沙溪庙组，2015年重点开发该区块的下沙溪庙组，水平井均采用二开制，完钻井深3700-4100m，水平段长（700-1000m）。目的层压力系数高，泥岩发育，井壁稳定性差[1]，钻井及完井施工难度大、风险高，钻井周期明显增加，机械钻速降低，施工难度增大。

通过调整钻井液性能、优化钻井液配方等措施，极大的降低了井壁失稳的发生，钻井液润滑性得到了充分发挥，保证了定向钻进的效率。

2、川西高密度钻井液存在难点

（1）地层压力系数高，钻井液密度高

本井一开地层压力系数达到1.80，钻井液密度高达1.95g/cm3，二开钻井液密度高达2.15g/cm3，给钻井液性能维护处理带来较大困难。

（2）地层岩性以泥岩为主，造浆率高

川西施工区域一开蓬莱镇组、遂宁组、二开沙溪庙组均有大段泥岩，造浆率高，钻井液坂含上升快，粘切难以控制。高密度钻井液固相含量高，坂土容量限、固相容量限低，造成坂含、固相控制困难，流变性难以控制;维持流变性经常陷入“加重→增稠→降粘→加重剂沉降→密度下降→再次加重”的恶性循环，影响钻井的正常进行，甚至可能引起严重卡钻事故。体系的流变性和沉降稳定性之间的矛盾十分突出。

（3）水平井段长，润滑性要求高

水平段长一般为700～1000米，这为高密度钻井液润滑性提出了更高的要求，定向钻进过程中出现不同程度的托压现象。

（4）地层岩性交错，井壁失稳发生率高

水平段地层泥岩砂岩互层，泥岩易吸水膨胀，砂岩渗透性好易形成虚泥饼，泥岩、砂岩膨胀系数不同，泥岩吸水后会造成井壁受力不均匀，在钻具的转动撞击下剥落掉块。

3、钻井液技术措施

根据井深结构各开次采用不同钻井液体系，导管：高坂含钻井液体系。一开：钾石灰聚合物钻井液体系预防上部地层造浆。二开：钾石灰聚磺钻井液体系，主要防塌、润滑，保证定向施工的安全顺利。

1）一开井段

一开采用钾石灰聚合物体系，以抑制防塌为主，钻井液配方：H2O+1%CaCl2+1.2%LV-PAC+5%KCl+0.3%XC+0.5%ZSC-201

一开钻穿层位剑门关、蓬莱镇、遂宁组、上沙溪庙组（未穿），地层岩性主要为大段泥岩，蒙脱石含量高易水化分散，造浆率高。本段钻井液重点工作是抑制泥岩水化分散、防塌等。利用K+、Ca2+抑制[2-3]泥岩水化分散。

Ca2+含量1000～1500 mg/L在加大降滤失剂的用量时可以维持滤失量在设计范围内。钻进过程中保持Ca2+1500 mg/L左右，能夠使钻井液具有较高的抑制能力，钻井液滤失量合适，保证了井下安全和快速钻井。

从图1、2可以看出泥岩钻屑没有水化分散，钻头切削的牙齿痕迹比较明显，体现了钻井液具有较强的抑制能力。

1）二开井段

二开采用钾石灰聚磺体系，以润滑防塌为主，钻井液配方：H2O+0.2%CaCl2+2%LV-PAC+5%KCl+0.3%HP+0.5%ZSC-201+3%

SMP+3%SMC+2%FT+0.2%聚胺+2%QS-2

通过室内实验确定润滑剂的最优复配比例：

a：润滑剂选择：LUB-S（固体润滑剂）、CGY（改性油酸脂）。

1#：基浆+2%CGY，2#：基浆+3%CGY，3#：基浆+4%CGY;

4#：基浆+2% LUB-S，5#：基浆+3% LUB-S，6#：基浆+4% LUB-S;

7#：基浆+2% LUB-S +2%CGY，8#：基浆+3% LUB-S +3%CGY，9#：基浆+4% LUB-S +4%CGY。

b.试验条件：室内室温条件下，不考虑其它因素对钻井液性能的影响，使用滑块式泥饼摩擦系数测定仪。

c.试验数据

由上表可以看出9#效果比较理想。

4、高密度钻井液流变性控制

4.1固相含量、膨润土含量控制

采用无机盐（KCl、CaCl2）作为液体加重剂减少固相含量，提高液相的密度和黏度，同时引入的K+、Ca2+可以增强钻井液的抑制性，减少因地层造浆而引起的钻井液粘切升高。

（2）在满足钻井液性能的前提下，应尽可能降低膨润土含量。

加入0.3～0.5%聚合物大分子包被絮凝剂、抑制剂等抑制黏土水化分散控制地层造浆。

加入0.1～0.2%小阳离子包被剂，通过静电吸附，大小分子复配控制地层造浆。

合理使用固控设备，保持低固相钻进，使膨润土土含量和固相含量都走容量下限。

（3）选用高品质的重晶石（ρ≥4.20g/cm3）。严格控制重晶石的黏度效应，注重重晶石的粒度分布，调整不同粒径重晶石的比例，降低固相含量，减少束缚水量。

（4）避免使用强分散剂，有利于保持体系的抑制性，减少固相含量，有利于流变性调控。

（5）使用抗高温处理剂增强高温稳定性。

5、结论

1、4%LUB-S和4%CGY可以满足井下润滑需求;

2、Ca2+含量在1500 mg/L具有良好的抑制性;

3、大小分子复配可以有效的抑制地层造浆。

参考文献：

[1]杨国兴 et al.川西沙溪庙组水平井封堵防卡钻井液技术.钻井液与完井液 29，35-37（2012）.

[2]匡绪兵.氯化钙无土相水基钻井液体系建立及室内评价.辽宁化工（2015）.

[3]邱正松，韩祝国，徐加放，于连香 & 张红星.KCl/聚合醇协同防塌作用机理研究.钻井液与完井液 23，1-3（2006）.

作者简介：

张攀辉，男，（1979-），工程师，中原石油工程有限公司钻井一公司;邮政编码：457331