董801井防塌钻井液技术

王宝田 周晓轩 邱春阳

(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)

董801井位于新疆维吾尔自治区阜康市北偏西约40km，构造位置属于准中阜康凹陷东部斜坡带。该井为评价直井，设计井深4600m，完钻层位为西山窑组，钻探目的为评价董801井区侏罗系头屯河组含油气情况。通过使用聚胺封堵防塌钻井液体系，在现场钻井液维护处理工艺的辅助下，钻至目的层，完成了钻探目的和地质任务。

1 地质工程概况

董801井位于准噶尔盆地阜康凹陷东部斜坡带，地层自上而下发育新生界、东沟组、胜金口组、呼图壁组、清水河组、头屯河组和西山窑组。董801井一开采用Φ444.5mm钻头钻至井深102.26m，下入Φ339.7mm表层套管至井深102.26m；二开采用Φ311.2mm钻头钻至井深2002.00m，下入Φ244.5mm技术套管至井深2001.01m；三开采用Φ215.9mm钻头钻至井深4550.00m完钻。

2 钻井液技术难点

(1)上部地层压实性很差，机械钻速快，采用直径为311.2mm钻头产生岩屑的体积大，如果岩屑不能及时从环空被携带出，易导致起钻遇阻及下钻划眼等复杂情况。

(2)胜金口组上部棕红色及紫红色泥岩易水化膨胀，泥岩吸水后软化，井眼变小，起下钻阻卡的复杂情况时有发生，并导致与其互层的粉砂岩因失去支撑而坍塌。

(3)清水河组和头屯河组地层泥页岩硬脆，不易破碎，起下钻过程中在钻具等外力撞击下容易坍塌，并且掉块不易破碎，容易卡钻。

(4)西山窑组煤层发育，煤层脆性强，刚性差，在钻具等外力撞击下易造成坍塌；煤层坍塌后，其上支撑的泥岩因失去支撑易坍塌，最终造成井塌的连锁反应。

(5)侏罗系地层压力系数大[1]，发育较强的地层应力，井眼被钻开后，地应力突然释放，造成井壁坍塌。

3 钻井液体系选择

通过调研国内煤层[2-5]、深井及超深井[6,7]钻井液使用情况，根据邻井钻井液施工经验并针对地层岩性特征，优选了聚胺封堵防塌钻井液体系。

3.1 钻井液体系配方

钻井液体系配方为：3.0%—5.0%膨润土+0.5%—0.8%烧碱+0.5%—1.0%聚丙烯酰胺PAM+1.0%—2.0%聚胺抑制剂+2.0%—3.0%聚合物降滤失剂+3.0%—4.0%抗温抗盐钙降滤失剂+3.0%—5.0%磺甲基酚醛树脂+2.0%—3.0%聚铝封堵剂+2.0%—3.0%磺化褐煤树脂+4.0%—6.0%无水多元醇+3.0%—5.0%井壁稳定剂+2.0%—3.0%硅氟稳定剂+1.5%—3.0%双膜承压剂+5.0%—6.0%刚性封堵剂+2.0%—4.0%白油润滑剂。

3.2 钻井液作用机理

聚胺抑制剂分子能够与黏土缩聚成牢固的化学键；硅羟基在黏土表面形成疏水层，使得黏土表面的水化作用被阻止或减缓，体系的抑制能力得到增强[8]。双膜承压剂能在地层孔隙中形成具有一定强度的屏蔽膜，并能够与地层孔隙中的砂子和黏土胶结，阻止滤液的进一步侵入地层，达到持久承压稳定井壁的目的[9,10]。聚合醇具有“浊点效应”，能够封堵岩石孔隙，阻止滤液渗入地层，实现稳定井壁的作用[11]。聚铝封堵剂在pH值为9时以液态存在，当其渗入地层后，在温度、压力和适当的pH值条件下，与黏土结合形成具有固结作用的硅铝酸盐不渗透层，阻止滤液的进一步侵入。当它进入页岩内部后，与地层中多价阳离子发生化学反应生成沉淀，增强其在页岩孔喉或微裂缝内的井壁稳定性[12,13]。

4 现场钻井液技术

4.1 二开钻井液技术

(1)配制浓度为8.0%的膨润土浆250m3，水化24h后开钻。上部地层疏松，渗透性强，钻进中不断补充清水，一则稀释高浓度膨润土浆，二则保持钻井液体积充足。

(2)钻进中钻井液密度保持自然密度，临近中完前，逐渐提高钻井液密度，保持钻井液液柱压力平衡地层坍塌压力，保持井壁稳定。

(3)钻进时配制胶液维护钻井液性能，胶液配方为：0.3%聚丙烯酰胺PAM+0.3%烧碱NaOH。胶液按照循环周均匀加入，并且定期在胶液中加入0.4%低黏羧甲基纤维素LV-CMC来维护钻井液流变性，保证钻井液的悬浮携带能力。

(4)钻井液漏斗黏度控制在36s左右，保证钻井液的低黏度和低切力，保证快速钻进。邻近中完时，适当提高钻井液的黏切，提高体系的悬浮携带岩屑能力。

(5)使用降滤失剂逐渐控制钻井液的滤失量；邻近中完时，中压滤失量控制在8.0mL，减缓钻井液滤液向地层的渗透。

(6)下部地层，适当加入白油润滑剂，保证钻井液体系的润滑性，防止起下钻遭遇阻卡。

(7)工程上，保证钻井液排量大于55L/s，保证钻井液体系的环空上返速度，以利于提高机械钻速，并提高井眼的净化效率。

(8)全面开动四级固控设备，振动筛、除砂器、除泥器和离心机使用效率达到100%，保证劣质固相含量减到最低，利于提高机械钻速。

(9)中完后，进行短起下钻，充分循环钻井液，配制稠浆净化井眼，待振动筛无返砂后，配制封井浆封井，确保电测及下套管顺利。封井浆配方：8.0%膨润土浆+1.0%低黏聚阴离子纤维素LV-CMC+3.0%白油润滑剂。

4.2 三开钻井液技术

(1)开钻前，在套管内循环钻井液，开动四级固控设备净化钻井液。按照配方低限逐渐加入处理剂，循环钻井液，待钻井液性能达到设计要求后开钻。

(2)钻进中钻井液密度保持在设计下限；进入头屯河组时，提高钻井液密度到设计上限，通过钻井液液柱压力平衡地层应力，保持井壁稳定。

(3)将各种处理剂配成胶液维护钻井液流变性，3500m前胶液配方为：0.2%聚丙烯酰胺PAM+1.0%聚铝封堵剂+1.0%聚胺抑制剂+2%无水多元醇+3.0%羧甲基磺化酚醛树脂；3500m后胶液配方：0.2%聚丙烯酰胺PAM+2.0%聚铝封堵剂+2.0%聚胺抑制剂+4%无水多元醇+5.0%羧甲基磺化酚醛树脂。胶液按照循环周均匀加入，后面补充预水化重钻井液，保持钻井液流变性稳定。

(4)钻井液漏斗黏度控制在40s左右，保持钻井液合适的黏切，以提高机械钻速；呼图壁组底部，提高钻井液体系的黏切，提高体系的悬浮携带能力。

(5)上部地层(3500m前)保持聚胺抑制剂的含量在1.0%，抑制泥页岩的水化膨胀；下部地层钻进中聚胺抑制剂的含量控制在0.5%左右，抑制硬脆性地层泥岩及泥煤互层中泥岩的水化膨胀。

(6)进入呼图壁组，加大抗温抗盐钙降滤失剂和羧甲基磺化酚醛树脂的含量，降低钻井液的滤失量，特别是高温高压滤失量。

(7)进入头屯河组前，一次性加入0.5%双膜承压剂、2.0%井壁稳定剂和3.0%刚性封堵剂，对地层进行严密封堵，防止井壁坍塌。

(8)呼图壁组底部，向钻井液中加入1.5%白油润滑剂，随着进尺的增加逐渐补充，提高钻井液体系的润滑性，降低施工中的摩阻和扭矩，防止发生起下钻阻卡等复杂情况。

(9)工程上，在上部地层快速钻进时严格执行短起下钻措施，并加强循环，畅通井眼；头屯河组后，控制起下钻速度，防止钻具碰撞井壁导致井壁失稳。

(10)固控设备使用合理，循环钻井液时，保证开动振动筛、除砂器和除泥器，间歇开动离心机，保持钻井液性能稳定。

(11)完钻后，充分循环，泵入封井浆封住下部裸眼井段。封井浆配方：井浆+2.0%固体润滑剂+2.0%白油润滑剂+2.0%井壁稳定剂+1.5%羧甲基磺化酚醛树脂。三开钻井液性能见表1中所示。

表1 三开钻井液性能控制情况

5 结论和建议

(1)通过使用聚胺封堵防塌钻井液体系，保证了工程的顺利钻进；电测顺利，下套管一次到底。

(2)全井机械钻速为8.96m/h，达到了提速提效的目的。准噶尔盆地中部4区块钻井时效见表2中所示。

表2 准中4区块钻井时效表

(3)清水河组和头屯河组地层硬脆，并且掉块不易破碎，必须提前加足降滤失剂和防塌剂，以保证井壁稳定。

(4)侏罗系地应力发育，钻进时可适当提高钻井液密度，保证钻井液液柱压力能够平衡地应力，保证井壁稳定。