大43区块定向井钻井液技术

邱春阳，仇博识，秦 涛，何同兴，李炳太

(中石化胜利石油工程有限公司 钻井工艺研究院，山东 东营 257000)

大43区块位于济阳坳陷沾化凹陷三合村洼陷构造较高部位，该区块油气资源丰富，油藏位于馆陶组及沙河街组，为扩大泄油面积，增大油气采收率，近几年采用定向井方式开采，定向井设计垂深大约2 200 m，井斜角大约30°。由于地质条件复杂，钻井液技术难度很大，通过优选聚糖润滑防塌钻井液体系，配合现场钻井液维护处理工艺，保证了施工的顺利进行，达到了优快钻井的目的。

1 地质工程概况

大43区块钻遇地层从上到下依次为平原组、明化镇组、馆陶组、东营组、沙一段、沙二段、沙三段和前第三系。平原组为棕黄色黏土及松散砂层。明化镇组上部为浅灰色、灰黄色砂岩夹棕黄色泥岩；下部为紫红色泥岩夹浅灰色粉砂岩。馆陶组上部为紫红色、灰绿色、浅灰色泥岩夹砂岩；下部为厚层状灰白色砂岩夹灰绿色、浅灰色泥岩；底部为厚层状底砾岩。东营组上部为灰白色含砾砂岩夹紫红色泥岩；下部为灰色泥岩、砂质泥岩为主夹粉砂岩、灰质砂岩。沙一段为灰色泥岩、灰褐色油页岩间互层，底部夹生物灰岩。沙三段上部以灰色泥岩、灰质泥质为主夹灰色灰质砂岩、细砂岩；下部为细砂岩夹灰质砂岩。前第三系为绿灰色凝灰岩、紫红色安山岩或灰色灰岩。

大43区块采用二开制定向方式施工，一开采用Φ346.1 m钻头钻进至井深350 m，下入Φ273.1 mm技术套管；二开采用Φ241.3 mm钻头开钻，大约在980 m开始造斜，钻进至井深约2 200 m完钻，下入Φ177.8 mm油层套管。

2 钻井液技术难点

1)上部地层成岩性差，泥岩较软且极易水化膨胀，岩屑在上返过程中易溶解在钻井液体系中，造成钻井液黏切增大，流变性难于控制。

2)上部地层压实性很差，机械钻速非常快，岩屑产生的量很多，如果岩屑得不到及时清除，则会导致钻头重复破碎，延误钻井周期；并且岩屑吸附在井壁上形成小井眼，导致起下钻遇阻，严重者造成卡钻。

3)该区块二开井段设计较长，并且下部为斜井段，岩屑易于沉降在井底形成岩屑床。岩屑床的形成，导致起下钻遇阻卡。

4)二开在井深约980 m造斜，斜井段较长，施工中钻具紧贴下井壁运动，和下井壁的接触面积大，导致施工中摩阻和扭矩大，钻井液润滑防卡难度大。

5)沙河街组地层层理发育，施工中剥蚀掉片明显，井壁失稳严重，保证井壁稳定是钻井液施工的前提。

3 钻井液体系

3.1 钻井液体系配方

通过调研国内定向井钻井液体系使用情况[1-4]，针对大43区块地层岩性特点及钻井液体系施工难点，优选了聚糖润滑防塌钻井液体系，其基本配方如下：

(3.0～5.0)%膨润土+(0.3～0.5)%聚丙烯酰胺PAM+(0.5～1.5)%铵盐+(1～1.5)%聚合物降滤失剂+(1.0～1.5)%抗温抗盐防塌降滤失剂+(3.0～4.0)%甲基葡萄糖苷MEG+(2.0～3.0)%超细碳酸钙+(2.0～4.0)%全油基润滑剂。

3.2 钻井液体系作用机理

聚糖润滑防塌钻井液体系作用机理[5-8]为：

1)半透膜效应。甲基葡萄糖苷是聚糖类高分子物质的单体衍生物，是一种极性较弱的表面活性物质，其分子结构上有一个亲油的甲氧基和四个亲水的羟基。这些亲水的羟基吸附在井壁岩石表面或钻屑表面，而亲油基团朝外，因而在井壁上形成一层类似油包水钻井液的吸附憎水膜，把地层页岩中的水和钻井液地层水分隔开。这种吸附膜为半透膜，通过调节甲基葡萄糖苷钻井液的活度控制钻井液和地层水的运移，从而有效地抑制页岩的水化膨胀和分散作用，以保持井壁稳定。

2)封堵作用。甲基葡萄糖苷母液中含有悬浮胶状物，这些胶状物是一种良好的桥堵剂，能很好地封堵页岩裂缝和孔隙。在没有膨润土和暂堵剂的条件下，用甲基葡萄糖苷母液配制出的钻井液能很快形成低渗透致密滤饼，阻止滤液和固相向地层中侵入，从而降低地层页岩的水化作用，同时也起到保护储层的作用。

3)去水化作用。甲基葡萄糖苷环状分子上含有四个羟基，其吸水性很强，可以和水分子形成牢固的氢键。因此，当甲基葡萄糖苷钻井液中的滤液进入到地层内，其作用不同于普通的淡水，它能使地层岩石发生去水化作用。

4)渗透作用。由于钻井液与页岩之间存在着压差以及两者之间水的活度不同，因而导致钻井液中的水进入页岩，引起井壁失稳。甲基葡萄糖苷一方面可提高钻井液滤液的黏度，增加滤液阻力，减少滤失量，控制页岩的水化；另一方面可降低钻井液中水的活度，减小压力渗透，阻止滤液进入页岩，进一步提高页岩的稳定性。

4 现场钻井液维护处理工艺

聚糖润滑防塌钻井液体系在大43区块应用了5口定向井，其现场钻井液维护处理工艺如下。

1)一开采用膨润土浆小循环开钻，钻进中保持漏斗黏度30～40 s，工程上保证大排量来满足携带岩屑的需要；钻至设计井深后，进行充分循环和通井，确认井底清洁后，配制漏斗黏度为60 s的封井浆30 m3封井，确保下套管和固井顺利施工。

2)二开采用一开井浆进行钻进，当钻铤出套管后改为双路循环，防止冲刷套管鞋而形成大肚子井眼。

3)钻进中均匀加入聚合物胶液来维护钻井液性能，聚合物PAM浓度控制在0.3%左右，保证充分包被并絮凝钻屑；

4)进入东营组底部改为小循环，加入1%铵盐，降低钻井液的滤失量；小循环后，聚合物胶液的浓度降为0.2%，以有效控制地层造浆。

5)造斜前，加入聚合物降滤失剂和抗盐抗钙降滤失剂，将钻井液体系的中压滤失量控制在5.0 mL以内，防止泥页岩水化膨胀。

6)造斜前，向钻井液体系中加入2%全油基润滑剂，保持钻井液体系的润滑性，保证定向顺畅。

7)进入沙河街组前，加入2.5%甲基葡萄糖苷，增加钻井液体系的封堵防塌能力；同时加入1.5%超细碳酸钙，封堵地层层理、孔隙及微裂缝，防止钻井液滤液渗入地层，保持井壁稳定。

8)进入沙河街组后，提高抗温抗盐降滤失剂的加量，进一步降低钻井液的中压滤失量和高温高压滤失量，将高温高压滤失量降低至12 mL以内，防止地层发生剥蚀掉块。

9)定向后，随着井斜角的增大，继续加入全油基润滑剂，增强钻井液体系的润滑性，降低定向过程中产生的摩阻和扭矩。

10)保持固控设备高效运转，振动筛、除泥器和除砂器运转率保持100%，合理使用离心机，严格控制钻井液中的劣质固相含量和低密度固相含量，保持钻井液良好的流变性。

11)钻进过程中，注意观察井口返浆情况、振动筛上的岩屑返出、岩屑形状的变化，随时调节钻井液性能，提高钻井液的悬浮、携带岩屑能力，确保正常钻进。

12)完钻后，充分循环，配制漏斗黏度为70 s的稠浆携带岩屑，保持井眼干净。然后配制漏斗黏度为65 s的稠浆封井，保持电测及套管施工顺利。钻井液性能控制情况如表1所示。

表1 大43区块钻井液性能控制情况

5 结论和建议

1)聚糖润滑防塌钻井液体系抑制性好，有效抑制了上部地层易水化泥页岩和沙河街组泥页岩的膨胀，5口井施工中井壁稳定，起下钻畅通无阻。

2)聚糖润滑防塌钻井液体系通过调控钻井液流变性，有效保障了大井眼条件下的井眼净化，完井后电测及下套管顺利，一次成功率100%。

3)聚糖润滑防塌钻井液体系润滑性好，虽然钻具在上部疏松地层造斜，但是整个施工过程中摩阻和扭矩低，定向过程顺利，无托压现象。

4)聚糖润滑防塌钻井液体系封堵性好，有效封堵了沙河街组的层理、孔隙及微裂缝，施工中井壁稳定，偶尔返出掉块，但是摩阻和扭矩低，无复杂情况发生。

5)沙河街组地层不稳定，施工中必须保证防塌剂的含量，保证合适的钻井液密度，这样才能保证井壁稳定。

6)施工中在沙河街组偶尔出现了掉块，表明聚糖润滑防塌钻井液体系配方还有待于优化，性能还有待于完善。