大尺寸長裸眼井段鉆井液工藝研究

王 君，彭 磊，許桂莉，蔣 卓，舒福昌

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術服務公司，四川成都 610056；2.川慶鉆探工程有限公司井下作業公司，四川成都 610052；3.長江大學化學與環境工程學院，湖北荊州 434000）

川渝地區深層油氣勘探開發層系處于疊合盆地下構造層，隨著勘探目標地層埋深增大，鉆井需要穿越多套不同類型地層系統，導致深層工程地質環境復雜[1]。其復雜的巖性和壓力，導致同一裸眼井段各種不同類型地層互存和多套壓力體系互存[2-3]，同時，根據生產需求而設計的大尺寸井眼，進一步提高了鉆井液的應用難度。根據川渝地區地層特點，對現場鉆井液進行系統優化，提出分層設計維護理念，形成了一套適合該區塊大尺寸長裸眼井段的鉆井液技術及施工工藝，有效解決了大尺寸長裸眼井段的井眼清潔、漏失、壓差卡鉆及井壁穩定等問題，為后續該區塊的鉆井作業提供良好的借鑒作用。

1 鉆井液技術難點

1.1 井眼清潔問題

大尺寸井眼設計，鉆屑上返的環空間隙大。相同排量條件下，鉆井液的環空返速較低，導致鉆井液攜巖困難，容易引起井眼清潔問題，形成巖屑堆積，發生阻卡和沉沙卡鉆。

1.2 漏失損耗

川渝地區目標區塊部分井段異常高壓，同一裸眼井段壓差大。在高壓差條件下，滲透性好的地層，鉆井液維護困難，損耗大，并且井眼越大，損耗越嚴重。

1.3 高壓差黏附卡鉆問題

在高壓差條件下，滲透性好的地層，易形成虛厚泥餅，孔隙壓力更容易向地層傳遞，容易發生壓差卡鉆。同時，大尺寸長裸眼井段，鉆具與井壁接觸面積大，也增加了壓差卡鉆的概率和嚴重程度。

1.4 鉆井液污染問題

鉆遇含鹽膏地層的鉆井液體系為高密度鉆井液體系。鉆井液體系固相含量高，鉆井液污染后，體系中的膠體粒子和固相微粒受鈣離子影響，發生聚集和絮凝，導致鉆井液流變性失穩，封堵能力大幅下降，從而引起鉆井液的損耗、卡鉆、井壁失穩等一系列的鉆井工程事故的發生。

2 鉆井液技術措施

2.1 鉆井液體系穩定性優化

室內對現場鉆井液體系進行了鹽膏層污染模擬實驗，評價結果如表1和圖1所示。

圖1 鹽膏污染后高溫老化開罐及HTHP失水后泥餅狀態

表1 鉆井液體系抗鹽膏污染實驗

鉆井液體系配方：2%原礦土漿+0.5%NaOH+0.5%KPAM+0.5%護膠劑+0.8%降濾失劑+4%磺化酚醛樹脂+3%瀝青類封堵劑+2%潤滑劑+10%KCl+15%有機鹽+重晶石（2.0g/cm3）

從以上實驗數據來看，鉆井液加入污染物滾后，出現絮凝/膠凝成塊現象，同時黏度大幅降低，失水大幅增加。進一步解釋了現場鉆井液在鉆遇鹽膏地層后，出現的鉆井液損耗、井眼清潔、壓差卡鉆等復雜情況的產生原因。

從實驗評價結合現場復雜情況來看，鉆井液體系失穩是導致井眼凈化、漏失、卡鉆及井壁失穩等復雜的根本原因。因此，鉆井液優化首先要解決鉆井液體系的穩定性。對此室內在現場鉆井液體系中引入抗溫抗鈣聚合物HTP，形成有機鹽聚磺防塌鉆井液體系，來解決鉆遇鹽膏層后的鉆井液穩定性問題。具體優化配方及實驗情況如表2所示。

優化后鉆井液體系配方：2%原礦土漿+0.5%NaOH+2.5%抗溫抗鈣聚合物HTP+4%磺化酚醛樹脂+3%瀝青類封堵劑+2%潤滑劑+10%KCl+15%有機鹽+重晶石（2.0g/cm3）

從以上實驗數據來看，引入抗溫抗鈣聚合物HTP，優化后的鉆井液體系在模擬鹽膏層污染條件下，表現出穩定的流變性和失水控制能力，滿足現有長裸眼井段鉆遇地層的需求。

2.2 流變性性能控制

由于大尺寸井眼的特殊性，鉆井液的流變性確定不同于常規井眼。在大尺寸井眼條件下，高返速和高黏切會導致環空壓耗增大，增大現場施工難度。根據鉆井液與巖屑攜帶的影響規律研究[4-5]，鉆井液密度及鉆井液流變性是影響鉆井液攜帶的主要因素。為了進一步提高水利功率的利用效率，上部常規密度井段，適當提高黏切，提高攜巖能力；下部高密度井段，使用低黏切鉆井液，提高環空返速，提高攜巖能力；根據現場施工參數，當攜巖指數≥1.5，具備良好的攜巖效果。

2.3 濾餅質量優化

大尺寸長裸眼井段的漏失、井壁失穩以及壓差卡鉆問題的根本原因是鉆井液體系與井壁間形成的泥餅不能滿足現有地層的封堵性能。對此，針對長裸眼井段的不同地層滲透孔隙，模擬100~3 000mD砂床，研究了不同粒徑的復合封堵劑，來優化濾餅質量。通過對比，當體系中復合封堵劑PL含量達到5%時，可以實現滲透性地層全封堵，濾餅封堵承壓能力提高到8MPa，達到應用要求。

3 鉆井液現場施工工藝

鉆井液現場應用通過分層維護，逐步一體轉化進行。

上部壓力密度控制在1.2~1.5g/cm3井段，用常規的KCl聚合物鉆井液體系。下部壓力密度控制在1.6~2.3g/cm3井段，將KCl聚合物鉆井液體系直接轉化為優化后的有機鹽聚磺防塌鉆井液體系。

3.1 Φ660.4mm井段（100~700m）

使用KCl聚合物鉆井液體系鉆進（鉆井液配方：5%土漿+0.8%KPAM+10%KCl+0.5%石灰），保持大排量攜砂，根據井下情況通過間斷稠漿舉砂保證井眼清潔。

3.2 Φ455mm井段（1 000~2 500m）

（1）使用KCl聚合物鉆井液體系鉆進，補充護膠劑、小分子降濾失劑、復合封堵劑PL及潤滑劑，優化性能。鉆進過程中控制切力在10Pa，動塑比≥0.3，提高鉆井液攜巖能力，保持井眼清潔。

（2）侏羅系上部泥巖互層，鉆井液以包被抑制性為主，KCl含量10%，包被劑含量1%，小分子聚合物控制失水。

（3）侏羅系下部區域性垮塌層，提高密度到1.53g/cm3，提高復合封堵劑PL濃度到3%，提高地層的承壓封堵能力。

（4）鉆井液性能控制：密度1.07~1.25g/cm3、黏度35~45s、YP≥10Pa、API濾失量≤8mL、濾餅厚度≤5mm ；密度1.25~1.53g/cm3、黏度45-65s、YP ≥10Pa、API濾失量≤5mL，濾餅厚度≤5mm。

3.3 Φ333.4mm井段（2 500~6 000m）

（1）進入高壓地層前，將鉆井液直接轉化為有機鹽磺化防塌鉆井液體系，提高密度到2.03g/cm3，進入鹽膏層前，對井漿進行抗污染預處理，控制膨潤土含量小于10g/L，使用抗溫抗鈣聚合物HTP，保持鉆井液的抗溫抗污染穩定性。

（2）膠液配方為：清水+0.5%NaOH+2%抗溫抗鈣聚合物HTP+3%~5%磺化瀝青+4%~6%磺化酚醛樹脂+0.5%~1%CaO+5%~10%KCl+5%復合封堵劑PL+15%有機鹽+3%~5%潤滑劑，鉆進中保持鉆井液低黏切特點，合理利用水利作用力，提高井眼清潔能力。

（3）鉆井液鉆遇鹽膏層后，進行氯離子監測。根據井漿中氯離子含量，合理使用KCl。鉆井液中保持200~500mg/L的鈣離子濃度，以增強鉆井液抗酸性氣體污染能力。

（4）井深＞4 000m后，維持復合封堵材料加量在5%、潤滑劑加量在5%，提高鉆井液體系封堵能力和潤滑能力，優化濾餅質量，減少高壓差下滲漏型地層的漏失，降低壓差卡鉆風險。

（5）鉆井液性能控制：密度1.87~2.13g/cm3、黏度45~65s、初切2~8、終切5~20、API濾失量≤5mL，HTHP濾失量≤10mL、濾餅厚度≤5mm、膨潤土含量10~20g/L、摩阻系數≤0.15，pH保持在9.5~11。

4 鉆井液應用效果

1）現場通過流變性調控，解決了大尺寸井眼的井眼清潔問題，舉砂、阻卡現象較鄰井明顯降低。

2）優化后的鉆井液體系抗鹽膏層污染能力強，在鈣離子量達到2567mg/L條件下，沒有出現鉆井液性能大幅惡化情況。

3）鉆井液密度提高到2.0g/cm3以后，控制復合封堵加量在5%-8%含量，鉆井液封堵能力明顯提高，沒有出現漏失和垮塌掉塊現象。

4）鉆井液損耗明顯降低，較鄰井降低損耗70%；井徑平均擴大率為8.63%，表現出良好井壁穩定能力。

5 結束語

1）針對目標區塊通過提高鉆井液體系抗溫抗鈣能力，保持鉆井液體系的膠體穩定性，是鉆井液性能調節優化的基礎，是解決的鉆井液攜巖、封堵的關鍵技術。

2）現場充分利流變性調節，來提高鉆井液攜巖能力。低密度條件，保持較高動切力和動塑比；高密度條件，保持低黏切特性，降低環空壓耗，提高環空返速。

3）大尺寸長裸眼井段鉆井液用量大，通過鉆井液體系一體轉化，降低鉆井液損耗的同時提高鉆井時效，進一步降低整個鉆井作業的綜合成本，提高經濟效益。