三塘湖盆地致密油水平井钻井液技术研究与应用

曹 辉，陈 磊，陈恩让

（1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安710021；2.川庆钻探钻采工程技术研究院,陕西西安710021）

1 概述

三塘湖盆地马朗区块是典型山前构造，地壳区域挤压作用强烈，断层、裂缝多，地层复杂，地质特征主要发育有天然裂缝系统，强非均质性，岩性混杂，断裂系统发育；在条湖组和卡拉岗组、芦草沟组和卡拉岗组地层破碎带交接处存在不整合面，钻井井壁垮塌问题严重且掉块大而多（见图1），引起的井下复杂轻则造成起下钻阻卡划眼，重则卡钻或埋死钻具等井下事故[1-5]。针对以上技术难题，我们对钻井液存在的技术难点进行分析，研发出一种具有强封堵性、抑制性好、流变性良好、润滑减阻效果明显的强封堵性钾盐聚合物钻井液体系，该体系采用复配的封堵性材料和钾盐作为主要处理剂，具有封堵性强、抑制性好、抗污染能力强、固相容量限高等技术特点。

图1 三塘湖盆地马朗区块井壁垮塌掉块

2 技术对策

由于钻井液滤液进入裂隙后其间的膨胀压力增大，降低了泥岩的强度和刚性，使其微孔隙压力升高，从而导致凝灰质泥岩崩裂垮塌，钻井液失水越大，井壁剥落垮塌越严重。因此：加强钻井液封堵造壁性十分必要，可以降低和稳定钻井液滤失量；通过无机盐（电解质）的加入，可提高钻井液水相的矿化程度，平衡钻井液水相与地层流体的渗透压差；发挥聚合物的包被絮凝作用，稳定泥页岩；从上述三个方面的考虑，开展室内研究并研发出强封堵钾盐聚合物钻井液体系，该体系具有强封堵性、强抑制性、滤失量低、润滑性好等特点。

2.1 基本配方

对该体系进行常温、高温条件下的一系列的配方优选试验，该体系性能稳定、具有强抑制性，最后得出了该体系的基本配方如下：0.2%烧碱+0.3%提切剂+0.2%絮凝剂+0.5%降失水剂+8%钾盐+5%复配封堵剂+1%~2%水基润滑剂+适量重晶石，钻井液性能见表1。

表1 钻井液体系性能参数

2.2 体系抗温性评价试验

由于该区块井底温度接近120℃，长时间钻进对钻井液的抗温性和稳定性要求较高，为此对钻井液体系配方在室内做抗温性评价试验。在不同温度下热滚，对比前后性能变化（见表2）。

表2 钻井液体系抗温实验

由表2中试验数据可以看出，120℃热滚后粘度损失率仅33.8%，表明该钻井液体系使用温度可达到120℃以上，完全满足该区块页岩油水平井钻井液抗温要求。

2.3 页岩回收率评价

针对上部齐古组、头屯河组地层易水化膨胀的特点，优选出钾盐作为体系的主要抑制剂，测试了不同抑制剂在120℃×16h热滚前后岩屑回收率（岩屑取自齐古组地层），试验结果见图2。

图2 不同抑制剂对岩屑回收率的影响

由图2可知，对配制不同抑制剂的钻井液在120℃×16h热滚后，含8%钾盐的钻井液岩屑一次回收率在95%，二次回收率在82%，明显高于其它。

2.4 钻井液滤失性能评价

针对三塘湖地区下部地层火山成岩凝灰质页岩微裂缝发育丰富的特点，在室内筛选出封堵性材料及降失水剂，按一定的比例进行复配形成4种配方，进行相应常压和高温高压滤失性能评价，见图3。

图3 不同配比下的滤失性能评价

从图3可以看出，第3#配方其降失水效果最好并且形成的泥饼性能既薄又韧，应有利于下部地层微裂缝发育丰富的条湖组、芦草沟组长水平段的安全快速钻进。

3 现场应用

三塘湖盆地马朗区块地层主要以砂砾岩、软泥岩、炭质泥岩、凝灰质页岩、火山白云质泥页岩为主，在条湖组和芦草沟组和卡拉岗组交接处存在不整合面，是地层破碎带，其岩性以凝灰质泥岩为主。针对区块致密油水平井地质地层特点，制定出相应的钻井液技术方案：导眼段采用坂土浆；一开表层段采用无机钾盐盐水+坂土稠塞；二开上部井段采用常规钾盐聚合物体系；二开进入条湖组转为强封堵钾盐聚合物体系；三开直导眼和侧钻造斜水平段延用在该体系的基础上注重钻井液的携砂性和润滑性。在ML-X致密油水平井钻进过程中取得了良好的现场应用效果，成功地解决了三塘湖区块山前构造井壁失稳垮塌的技术难题。整个钻井施工过程比较顺利，钻井液维护处理方便且性能稳定:密度1.13~1.45g/cm3,FV45~90s,FLAPI3.4~9mL,泥饼0.2~0.3mm,pH 8~10,含砂量小于0.5%,PV15~35mPa·s,YP8~20Pa，滤饼摩阻系数小于0.1，并且泥饼薄、不粘、摩阻小，流变性优良，动塑比适宜，携砂效果好，润滑性能好，井壁较为稳定，3趟取芯+7次电测+下套管作业均一次性成功。

3.1 井壁稳定的钻井液现场工艺技术措施

在上部易水化地层齐古组、头屯河组钻进过程中，始终保持钾盐含量在8%,大大增加了钻井液的抑制防塌性，未有井眼缩径、起下钻遇阻现象。在下部地层破碎带西山窑组、条湖组、芦草沟组钻进过程中，重点加强防塌封堵剂的使用，并有效控制井液API滤失量在5mL以内，大大降低了该段地层坍塌压力，从而有效缓解了破碎带垮塌遇卡的地质风险。

从振动筛返出的钻屑棱角分明（如图4所示），证明是一次切削后的岩屑，用手捏碎后发现里面多半是干的，说明钾盐起到了强抑制性，有效地控制了齐古组和头屯河地层泥页岩的水化膨胀分散。实践证明，在该段起下钻时都很顺利，基本没有发现缩径和遇阻现象。

图4 齐古组地层岩屑返出

3.2 防止钻头泥包措施

提高对页岩抑制性和絮凝性，尽可能地降低粘土分散造浆和停止采用钠膨润土调节其流变性，始终保持泥浆中MBT<40kg/m3，全井钻进过程中无一次泥包现象发生（见图5）。

图5 起出钻头清洁无泥包

3.3 机械钻速高，钻井周期短

采用强封堵性钾盐聚合物钻井液体系后，钻井平均机械钻速得到突破性的提高，4.67m/h，较邻井的平均机械钻速提高约126%，在甲方缩短钻井周期设计的情况下仍然提前了12.35d。

通过以上的现场应用分析及取得的技术指标表明：该强封堵性钾盐聚合物钻井液体系在三塘湖盆地马朗区块致密油水平井得到了成功应用，不仅从机械钻速、完钻周期方面取得良好的效果，而且综合钻井成本得到了大幅度降低。

4 结论和建议

强封堵性钾盐聚合物体系在三塘湖盆地马朗凹陷山前构造区块ML-X1、ML-XH钻井施工中得到了成功应用，并成功解决了因上部地层泥页岩水化膨胀而引起的缩径扩径、钻头泥包问题，以及下部微裂缝发育地层破碎带的井眼垮塌、井下漏失、机械钻速低等长期困扰安全快速钻井的技术难题。

（1）该钻井液体系成功克服了长裸眼段(2311~4232m)条湖组底部和芦草沟组地层破碎带井壁不稳定、易垮塌的技术难题。

（2）ML-X2H井三开单只钻头进尺715m，平均机械钻速5.47m/h，创该区块山前构造单只钻头进尺最长、机械钻速最快的记录，有效实现了安全、快速、优质钻井施工作业。

（3）建议进一步优化升级钻井液体系配方，使其性能更稳定、现场维护更简便，以满足该区块钻井低成本快速钻井需求。