哈密油田马中区块长裸眼井钻井液技术

邱春阳，张亚男，朱福军，郑成胜，于 雷

（中石化胜利石油工程有限公司钻井液技术服务中心，山东 东营 257000）

引言

马中区块位于哈密地区伊吾县，构造位置属于三塘湖盆地马中构造。马中构造主力油层位于石炭系，埋深约为3 500 m，采用二开制直井进行施工。由于地质构造复杂，钻进过程中穿越多个地层，地层岩性复杂多变，二开裸眼段长达3 000 m，井壁稳定性差，钻井液施工技术难度大。通过使用聚胺抑制防塌钻井液体系，辅助现场钻井液维护处理工艺，保证了该区块的顺利施工。

1 工程地质概况

马中区块位于三塘湖盆地三塘湖油田马中构造，地层自上而下发育新生界、白垩系、侏罗系、三叠系和石炭系。该区块直井设计井深约3 500 m，采用二开制井身结构，一开采用Φ375 mm 钻头钻至井深约300 m，下入Φ273 mm 表层套管；二开采用Φ215.9 mm 钻头钻至井深约3 500 m，下入Φ139.7 mm 油层套管。

2 钻井液技术难点

1）上部地层机械钻速快，环空钻屑浓度高，泥岩水化能力强，振动筛返出大量泥球，钻井液体系中固相含量高，井眼净化难度大。

2）侏罗系上部红色泥岩较软，水化后膨胀分散严重，易造成缩径卡钻；中部煤层抗拉强度很低，弹性模量很小，裂缝发育、脆性大，在地应力或其它外力的作用下易坍塌。

3）三叠系以粉砂岩、泥岩和碳质泥岩互层为主，碳质泥岩硬脆性强，粉砂岩吸水后胶结强度降低，易导致与其互层的碳质泥岩坍塌，且掉块硬脆，不易破碎，易发生卡钻事故。

4）受地质构造运动影响，石炭系地应力作用强。井眼钻开后，地应力沿着井眼的径向方向释放，导致井塌。

5）二开裸眼段长达3 200 m，裸眼段上下压力不同，地层岩性差异大，施工中钻井液维护处理工艺不同，易造成上漏下塌等复杂情况；裸眼段长，施工周期长，地层受钻井液浸泡时间长，井壁不稳定性增强。

3 钻井液体系研究

3.1 钻井液体系配方

通过调研邻近区块及深井长裸眼钻井液施工经验[1-5]，针对马中区块地层岩性和钻井液技术难点，优选了聚胺抑制防塌钻井液体系，基本配方如下：

3%～4%膨润土+0.3%～0.5%聚丙烯酰胺PAM+0.5%～1.5%聚胺抑制剂+2%～3%防塌降滤失剂+2%～4%抗盐降滤失剂+2%～3%磺化酚醛树脂SMP-2+3%～5%井壁稳定剂+3%～5%磺化沥青+3%～5%超细碳酸钙

3.2 钻井液体系作用机理

聚胺分子上多个独立的胺基可充填在黏土颗粒的晶层之间，并把它们束缚在一起，有效地减少黏土的吸水倾向，其抑制作用具有长效性，抗冲刷能力强，保证钻井作业结束后也具有长时间的抑制效果[6]；磺化沥青具有“软化点”，当温度达到软化点附近，沥青变软，和超细碳酸钙一起，在压力下封堵地层孔隙和微裂缝，达到稳定井壁的目的。

4 现场钻井液施工工艺

1）上部地层，保持钻井液体系的低黏、低切和低密度，有利于提高机械钻速。进入侏罗系，提高钻井液体系黏切，增强钻井液体系的悬浮携带能力，防止冲刷井壁。

2）上部地层钻速较快，工程上保证大排量，提高钻井液体系的环空上返速度，适当冲刷井壁，并提高环空岩屑的净化效果，防止钻头重复破碎及形成虚厚泥饼。

3）上部地层疏松，施工中加入碳酸钙和单向压力封闭剂，封堵地层疏松孔隙和微细裂缝，防止钻井液漏失。进入侏罗系后，加入磺化沥青、井壁稳定剂和超细碳酸钙，并定期进行补充，使钻井液体系能够在井壁上形成致密且低渗透性的泥饼，封堵煤层和破碎带，防止发生硬脆性垮塌及应力性垮塌。

4）保持抑制剂的含量，聚合物PAM 含量保持在0.3%，聚胺抑制剂的含量保持在1.0%，抑制上部地层泥岩的水化膨胀。进入侏罗系，泥页岩的水化分散性减弱，聚合物的含量保持在0.2%，聚胺抑制剂的含量保持在0.5%，抑制泥页岩的水化膨胀。

5）滤失量的控制。上部地层适当放松对滤失量的控制，使用降滤失剂和铵盐，中压滤失量控制在8 mL左右；白垩系底部，增大降滤失剂的含量，中压滤失量控制在5 mL；进入侏罗系后，加入抗盐降滤失剂，中压滤失量控制在3 mL 以内，控制泥页岩水化。

6）钻井液密度的控制。上部地层钻进过程中，钻井液密度控制在自然密度范围内；白垩系底部，提高钻井液密度，依靠钻井液液柱压力平衡地层坍塌压力，保持井壁稳定。

7）固相控制情况。钻进中开动四级固控设备，清除钻井液体系中的固相，将钻井液密度控制在最低水平，利于提高机械钻速；进入侏罗系后，逐渐提高钻井液密度，停止离心机的使用，钻井液固相增加时，开动离心机，后面补充加重钻井液，保持钻井液体系流变性稳定。

8）润滑性的保持。白垩系底部，加入1%液体润滑剂，保持钻井液体系具有一定的润滑性；进入三叠系，加入2%液体润滑剂，提高钻井液体系的润滑性，保持起下钻顺畅，防止阻卡等复杂情况发生[6]。

9）工程措施。严格执行短起下钻措施，快速钻进期间每隔300 m 进行一次短起下钻；进入侏罗系后，每隔200 m 进行一次短起下钻，刮掉吸附在井壁上的虚厚泥饼，保持起下钻畅通无阻。

10）完井措施。完钻后，充分循环钻井液，待振动筛无返砂后，进行一次短起下钻，下钻到底后，配制稠钻井液净化井眼，确认井眼干净后，用磺化沥青和磺化酚醛树脂配制稠钻井液封井，封住侏罗系以下整个裸眼井段。

5 现场应用

聚胺抑制防塌钻井液体系在哈密油田马中区块马61-5 井、马6701 井和马36-48 井进行了现场应用。3 口井基本情况，表1 中所示。配合上述钻井液现场维护处理工艺。以马6701 井为例，钻井液性能控制情况，如表2 所示。取得了良好的应用效果。

表1 应用井情况

表2 马6701 井钻井液性能控制情况

1）井壁稳定。钻进过程中井壁稳定，井下安全，起下钻过程中畅通无阻。

2）完井作业顺利。中完及完井作业顺利，电测一次到底，下套管一次成功率100%。

3）井身质量好。马6701 井二开井径平均扩大率为9.18%，马61-5 井二开井径平均扩大率为13.2%，马36-48 井二开井径平均扩大率为12.18%。

6 结论和建议

1）优选了聚胺抑制防塌钻井液体系，该体系抑制性强，封堵性好，在马中区块3 口井进行了现场应用，解决了马中区块泥页岩水化分散、侏罗系煤层坍塌、石炭系应力性坍塌及长裸眼井壁失稳的难题。

2）长裸眼井段钻进，必须保证钻井液体系在井壁上形成良好泥饼，才能保证钻井液液柱压力有效支撑井壁，这是井壁稳定的基础。

3）长裸眼井段钻进，保证钻井液体系的流变性和润滑性，还必须保证工程配合，严格执行短起下钻，这样才能保证井眼通畅。