塔河油田超深大位移井油基钻井液技术研究与应用

贺春明

（中石化江汉石油工程有限公司钻井二公司，湖北武汉 433100）

1 易垮塌地层地质构造及岩性特征

1.1 易垮塌地层地质构造特征研究

塔河油田三叠系、石炭系、志留系、奥陶系桑塔木组，地层岩岩性主要为深灰色泥岩、棕褐色泥岩、细粒砂泥岩、灰质泥岩和泥质灰岩，其特点为：①砂岩地层胶结不好；②泥岩构造应力拉伸、剪切，形成很多纵向裂纹，易水化膨胀脆裂；③泥质灰岩构造应力拉伸、节理发达；④沿着砂泥岩交界面处释放，当应力超过岩石本身的强度时，便产生断裂而释放能量。

1.2 易垮塌地层岩性特征研究

塔河油田三叠系、石炭系、志留系、奥陶系桑塔木组的地层岩性主要为深灰色泥岩、棕褐色泥岩、细粒砂泥岩、灰质泥岩和泥质灰岩。

通过全岩定量分析，泥岩黏土总量占比高，黏土矿物中含有蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石，蒙脱石含量高的泥岩易吸水膨胀，绿泥石含量高的泥岩易吸水裂解剥落。泥岩岩性分析见表1。

表1 泥岩岩性成分分析

通过泥岩剪切应力实验，泥岩都是亲水物质，泥岩吸水后，强度直线下降（表2），这是造成泥岩地层坍塌的主要原因，通过应用混油及油基钻井液，可极大降低黏土的吸附力，抑制黏土水化膨胀。

表2 泥岩剪切应力分析

表3 体系基础性能指标

2 超深井油基钻井液技术研究

2.1 油基钻井液抑制防塌和降摩减阻研究

（1）由于油基钻井液连续相是油，与水敏性地层接触不产生水化、膨胀、分散和造浆，同时油基钻井液的分散相靠自身活度与地层水达到平衡，阻止水的自由迁移，从而避免水敏性地层井眼缩径或垮塌。

（2）由于油基钻井液润滑系数极低，可以降低钻进及起下钻柱时的扭矩和拖刮阻力，同时可以消除钻屑的泥包，使得钻井速度较快。

2.2 油基钻井液体系配方研究

（1）基本配方与性能指标

柴油+25%氯化钙水溶液（油水比80 ∶20）+2%主乳化剂+2.4%辅乳化剂+2%润湿剂+4%氧化钙+2%有机土+4%油基降滤失剂+2%刚性封堵剂+2%油基纤维封堵剂+0.1%油基流型调节剂+重晶石。

（2）体系配方基础成分优选

①油基连续相的选择

柴油闪点低（82℃）、芳香烃含量高，2号柴油苯胺点在59℃，普遍使用柴油作为连续相，优选2号柴油作为油基泥浆连续相。

②水相确定

测得塔河油田三叠系和石炭系4 500 ～5 800 m 井段泥岩的活度为0.64，为使钻井液的活度不大于地层泥岩的活度，确定水相为质量浓度28 g/L 的氯化钙水溶液。

（3）体系配方主处理剂优选

选择4种主乳化剂（辅乳化剂）进行实验，测其在不同加量下的破乳电压，在柴油中分别加入不同量的4种主乳化剂（辅乳化剂），再加入质量浓度为28 g/L 的氯化钙水溶液，油水体积比为80 ∶20，实验温度50℃，在11 000 r/min 下搅拌20 min 测其破乳电压。

实验结论：①分别对比LXEMUL-1、烷基磺酸钙、EP-233 和硬脂酸铝，加量3%时，使用LXEMUL-1的破乳电压达到458 V，均高于其他3种乳化剂，选作钻井液主乳化剂。②分别对比LXCOAT、油酸、SP-80和烷基苯磺酸钙，加量2%时，使用LXCOAT的破乳电压达到460 V，均高于其他3种乳化剂，选作钻井液辅乳化剂。

2.3 超深井油基钻井液体系配方优化

（1）主处理剂配比优化评价

评价条件：160℃热滚48 h，65℃测流变参数。

实验结论：随着乳化剂加量的增加，动切力增加，电稳定性增加，推荐加量3%主乳、4%辅乳。

（2）体系配方性能评价

体系配方：柴油+25%氯化钙水溶液（油水比85 ∶15）+3%主乳化剂+4%辅乳化剂+2%润湿剂+4%氧化钙+2.5%有机土+5%油基降滤失剂+3%超细碳酸钙+4%沥青防塌剂+重晶石（1.40 g/cm3）。

评价条件：160℃热滚48 h，65℃测流变参数。

实验结论：该体系破乳电压高达1 000 V，电稳定性很好，黏度、切力适中，携砂能力强，失水小，满足设计要求。

（3）体系高温乳化稳定性评价

评价条件：80～160℃热滚48 h，65℃测流变参数。

实验结论：该油基钻井液抗温性比较好，从80℃到160℃流变、失水、电稳定性几乎不变，适用范围较广。

（4）体系高温沉降稳定性评价

评价条件：160℃热滚72 h，65℃测流变参数。

实验结论：油基钻井液经过热滚后静止72 h，破乳电压变化不大，密度下降0.02 g/cm3，沉降因子SAG ≤0.54，该油基泥浆体系稳定性好。

（5）体系高温流变性评价

评价条件：160℃热滚48 h，65℃测流变参数。

实验结论：该油基钻井液随着密度的增加，黏度、切力缓慢增加，但都在可控范围内。

（6）体系抗固相污染评价

评价条件：160℃热滚48 h，65℃测流变参数。

实验结论：该油基钻井液随着搬土及钻屑加量的不断增加，黏度、切力有增加的趋势，但是都在可控范围内，说明该钻井液抑制性较强。

3 超深井油基钻井液配制与维护技术

3.1 油基钻井液现场配制步骤

（1）配浆开始前，先检查、试运转循环系统设备，确保设备处于正常工作状态下。

（2）按照预先设计好的油基钻井液配方进行配制。

①在罐中注入所需用量的柴油。

②加入主乳化剂、辅乳化剂，充分搅拌40～60 min。

③加入碱度调节剂，充分搅拌15～20 min。

④加入有机土，充分搅拌 20～30 min。

⑤加入油基降滤失剂、沥青防塌剂、超细碳酸钙，充分搅拌15～20 min。

⑥按水油比例缓慢将盐水罐中的盐水转移至泥浆罐油基泥浆基液中，并持续搅拌40～90 min，使用剪切泵高速剪切；停止剪切，用配料漏斗循环；将泥浆密度提高至所需密度。

3.2 油基钻井液现场维护措施

（1）新浆采用剪切泵充分剪切，混合均匀。

（2）替浆：首先泵入10 m3氯化钙隔离液，25%浓度氯化钙盐水+0.5% HV-PAC+0.5%流型调节剂，再替入油基钻井液，第一罐油基钻井液可适当增加乳化剂加量，同时提高油水比至90 ∶10，增加抗污染能力。

（3）加装大泵上水滤网，严禁干加药品，确保仪器信号。

（4）250目以上振动筛全程开启，300目除砂除泥器全程开启，高低速离心机间断使用。

（5）确保碱度2.5以上，做好防硫工作。

（6）减少地层侵入钻井液中水相，同时补充主、辅乳化剂，基油，降滤失剂，石灰等材料调节钻井液性能。

3.3 油基钻井液异常处理措施

（1）钻井液中补充封堵防塌材料，超细钙总量3%，1 200目∶2 500目=2 ∶1，油基天然沥青3%，井壁稳定剂2%，弹性石墨1%。

（2）钻进过程中，若消耗大于0.5 m3/h，出现渗漏情况，适当增加封堵材料加量，超细增加至5%～6%，800目∶1 200目：2 500目=2 ∶2 ∶1。

（3）钻井过程中若出现漏失大于2 m3/h，可适当微降密度，每次降低密度不大于0.02 g/cm3，确保井控安全，同时配制15%堵漏浆循环段塞堵漏，包括10%超细钙+5%油基沥青。

（4）监测油水比、破乳电压、流变参数等性能变化，提高钻井液密度减缓钻井液污染，调整主、辅乳化剂、基油、降滤失剂、石灰等材料加量，保持钻井液性能稳定。

4 现场应用情况

4.1 塔河油田TKC5-1H井现场应用

TKC5-1H 井是一口两开制开发水平井，设计斜导眼井深5 275.9 m（斜）/4 850 m（垂），完钻后打水泥塞回填从5 040 m 实施水平井侧钻，水平段钻进至井深6 159.95 m（斜）/4 820.5 m（垂）完钻，目的层为石炭系卡拉沙依组（CK1）；实钻4 310 m 开始造斜，斜导眼中完井深5 307 m，打水泥塞回填从4 898 m 实施水平井侧钻，完钻井深6 048.4 m（斜深）/4 824.5 m（垂）完钻。井身结构见图1，井砂床封堵实验见图2。

图1 TKC5-1H井井身结构

图2 TKC5-1H井砂床封堵实验

本井二开采用水基钻井液钻进至4 310 m（三叠系哈拉哈塘组），转换为油基钻井液开始斜导眼和水平井施工，考虑三叠系柯吐尔组硬脆性泥岩水敏性强、坍塌应力高，通过优化油基钻井液封堵防塌，引入5 000～10 000目超细碳酸钙、弹性石墨、天然沥青和聚硅纤维，有效封堵泥岩裂缝，保持井壁稳定。

（1）新配制的油基钻井液中，封堵防塌剂浓度不低于井浆中的封堵剂浓度，优选多级封堵粒径复配使用，提高油基钻井液的封堵防塌能力。通过评价优选多级复配粒径形成封堵防塌配方：4%超细碳酸钙+2%天然沥青+2%弹性石墨+1%纳米封堵剂；防塌配方中超细碳酸钙采用多粒径比例混合：1 200目、2 500目、5 000目比例为1 ∶1 ∶1。

（2）每次起钻前充分循环携砂干净后，使用加重封闭浆对复杂井段进行封闭，防止静止时井底压力下降造成井壁垮塌，可减少复杂井段起下钻遇阻的概率；封闭浆配方：井浆+2%超细碳酸钙+2%天然沥青+0.5%弹性石墨+0.5%纳米封堵剂，密度在井浆基础上附加0.1 g/cm3。

（3）优化油基钻井液封堵防塌配方，降低钻井液滤失量，热滚后钻井液高温高压滤失量（140℃）由原来的2.6 mL 降至1.2 mL，滤失量降低，滤液中不含有自由水，并且形成的泥饼致密光滑，泥饼质量更好。

（4）油基砂床封堵，实验条件为：40～60目砂床，0.7 MPa，承压30 min 后，量取侵入深度，侵入砂床深度由6.4 cm 降至1 cm，防塌封堵评价对微裂缝封堵效果较好，在高温环境中封堵剂也能发挥良好的堵漏防渗效果。

4.2 塔河油田YJ3-1XC井现场应用

YJ3-1XC 井是塔河油田奥陶系油藏跃参1区块的一口四开制三开造斜的大位移井，设计三开石炭系卡拉沙依组造斜，采用“直-增-稳”的三段式井眼轨迹。本井三开采用241.3 mm 钻头钻至井深7 528 m 中完，井斜33°，完成进尺2 274 m，水平位移1 129 m，全井段共配制油基钻井液1 330 m3。YJ3-1XC 井钻遇地层见表4，钻井液性能见表5。

表4 YJ3-1XC井钻遇地层

表5 YJ3-1XC井钻井液性能

本井三开井段采用超深井油基钻井液体系，基本配方：80%～90% 柴油+10%～20% 氯化钙水溶液（25% 浓度）+3%～4% 主乳化剂+1%～2% 辅乳化剂+1%～2%润湿剂+2%～4%氧化钙+2%～5%有机土+3%～5%油基降滤失剂+2%～6%超细碳酸钙+0.1%～0.3%油基封堵剂。

（1）抗高温抑制防塌和封堵防漏效果好。施工中振动筛返出钻屑颗粒均匀、棱角分明、剪削面刮痕清晰可辨，无分散；特别是发生溢流和井漏，钻井液密度由1.45 g/cm3降至1.32 g/cm3，未出现井壁失稳现象。

（2）井眼携岩净化能力强。施工期间井筒清洁、井底干净，井眼畅通，全井段9次起下钻，均未出现遇阻卡情况。

（3）高温稳定性、流变性、润滑性和抗污染能力强。钻进过程中井底温度＞150℃，乳状液性能稳定、密度恒定、破乳电压ES ≥800 V；施工中钻遇高压含气盐水层，地层流体侵入钻井液性能无明显变化。

5 结论

1）通过研究塔河油田易垮塌地层地质构造和岩性特征，分析其岩性主要为深灰色泥岩、棕褐色泥岩、细粒砂泥岩、灰质泥岩和泥质灰岩。泥岩黏土总量占比高，黏土矿物含量高的泥岩易吸水膨胀或吸水裂解剥落，泥岩吸水后，强度直线下降，是造成泥岩地层坍塌的主要原因。

2）开展油基钻井液关键处理剂研选、配伍性研究，通过室内实验评价体系的高温乳化稳定性、高温沉降稳定性、高温流变性及抗固相污染能力。在现场应用中采取优化封堵防塌、强化抑制性能、增强携岩能力等措施，形成塔河油田超深大位移井油基钻井液体系及维护处理技术。

3）通过应用超深井油基钻井液体系，油相与水敏性地层接触不产生水化、膨胀、分散和造浆，水相活度与地层水达到平衡，阻止水的自由迁移。

4）由于高油水比油基钻井液成本高，流变性能调控比较困难，因此，在井眼稳定性可控条件下，油基钻井液尽量采用低油水比；同时，通过实验优选润湿剂、稀释剂等辅助处理剂，优化超深井油基钻井液体系维护技术，便于流型调整和成本控制。

5）对于砂泥岩地层大斜度井裸眼侧钻，油基钻井液尽可能控制低固相、低黏切及较低密度。通过开展油基钻井液封堵防塌和高温流变性评价实验，持续优化体系配方和维护技术，配合工程精细操作，降低托压黏卡风险。