钾钙基聚磺混油钻井液在J HW 003水平井中的应用

倪红霞魏云彭健王少根段明祥汪世国

（1.新疆油田防塌封堵工程技术研究中心)

(2.新疆油田公司实验检测研究院)

(3.中原石油工程有限公司克拉玛依项目部）

引言

J HW003井是新疆油田吉木萨尔致密油钻井工区的一口开发水平井，设计斜深4530 m，水平段位移1280 m。邻井资料显示：表层成岩性差，砂泥岩、砂砾岩交错互层，易塌、易漏、易窜槽。二开直井段膏质、灰质泥岩易造浆、易缩径，西山窑组煤层易垮塌，韭菜园子组裂缝发育易井漏，硬脆性泥岩易掉块、崩塌，定向造斜段地层坍塌压力高，设计钻井液密度1.40-1.55 g/cm3，井底温度100℃。施工过程中钻井液的抑制性、失水造壁性、流变性难以控制。三开水平段地层芦草沟组碳质、泥质砂岩、粉砂岩，成岩性好，但CO3－2、HCO3－污染严重，造成钻井液粘切巨升，失水增大，严重时钻井液粘度为滴流。工区内完钻的吉17井，井深2793 m（P3wt2）、3036 m（P3wt1）发生井漏，井深3045 m发生井壁垮塌；吉8井，井深1411.54 m（J1b）发生井漏；吉9井，井深1259.04 m发生卡钻。

一、理论基础

1.利用KCl、KOH、N H4-HP A N提供K＋、N H4＋,而K＋和N H4＋的直径与蒙脱石硅氧四面体六角环直径相当,可以镶嵌在硅氧四面体的六角环中,致易水化的泥页岩呈惰性,从而降低泥页岩的水化分散能力。

2.CaO溶解在水中生成C a(O H)2,C a(O H)2可游离出C a2＋,而C a2＋与泥岩中吸附的N a＋发生不可逆的离子交换吸附,在粘土颗粒表面形成水化硅酸钙6 CaO·3SiO·2 H2O，结果大幅度降低了粘土颗粒的亲水性和分散度,从而抑制泥页岩的水化分散，同时可及时沉除CO32－、HCO3－，有效防止钻井液污染。

3.以F A 367、S P-8为代表的两性离子聚合物分子链上含有阳离子、非离子基团,对钻井液具有较强的抑制能力，配合阳离子乳化沥青K R-n和磺化类处理剂的应用,可有效抑制长段泥岩地层膨胀缩径、垮塌、造浆，提高钻井液抗钙污染能力。

4.定向造斜段和水平段混入10%-15%的白油，能大幅度降低环空流阻和泵压，显著降低井壁泥饼的粘滞系数，有效防止钻屑在井壁和钻具表面的粘附，防止岩屑床的形成，同时能改善体系的抑制性、失水造壁性和对储层的保护能力。

二、室内试验

针对钻遇地层难点结合钾钙基聚磺混油钻井液特点，室内对钾钙基聚磺和钾钙基聚磺混油钻井液进行了配伍性、抑制性、润滑性、抗盐膏污染等性能试验，通过试验优选出了二开直井段、二开造斜段、三开水平段钻井液基本配方及性能指标。

1.分井段钻井液配方

二开直井段钻井液配方：

5%-6%预水化坂土浆＋0.3%KOH＋7%KCl＋0.5%C a O＋0.5%F A 367＋1%S P-8＋1%N H4-HP A N＋2%S MP-1＋3%K R-n＋2%T P-2＋重晶石粉。

二开造斜段钻井液配方：

4%-5%预水化坂土浆＋0.3%KOH＋7%KCl＋0.5%C a O＋0.5%F A 367＋1%S P-8＋1%N H4-HP A N＋2%S MP-1＋3%K R-n＋2%T P-2＋2%T P-6＋10%白油＋重晶石粉。

三开水平段钻井液配方：

4%-5%预水化坂土浆＋0.3%KOH＋7%KCl＋0.5%C a O＋0.5%F A 367＋0.3%KOH＋1%S P-8＋1%N H4-HP A N＋2%S MP-1＋3%K R-n＋2%T P-2＋2%F D-8＋15%白油＋重晶石粉。

2.钻井液配方性能

⑴二开直井段钻井液配方性能（见表1）

表1 二开直井段钻井液配方性能表

HT HP性能：120℃ /3.5 Mpa，岩样回收率120℃ /16 h热滚后，下同。

⑵二开造斜段钻井液配方性能（见表2）

表2 二开造斜段钻井液配方性能表

＋10%岩屑粉＋15%岩屑粉1.481.48575936.59.51136102/5.52.5/73.23.6120.090.08/ /

⑶三开水平段钻井液配方性能（见表3）

表3 三开水平段钻井液配方性能表

从表1、表2、表3可以看出：优选出的钾钙基聚磺混油钻井液配方，与白油等处理剂配伍性好，抗温性能强，120℃/16 h热滚前后性能无较大变化。抑制强，120℃/16 h岩样回收率都在90%以上，说明可有效抑制地层中的粘土水化膨胀，防止井壁失稳。抗石膏污染能力强，加入0.8%石膏污染前后钻井液性能基本无变化，仍能保持良好的稳定性和流变性，可有效防止膏质泥岩对钻井液造成的污染。抗岩屑粉侵污染能力强，取邻井吉172井和吉174井800 m至2400 m地层泥岩岩屑粉，分别加入10%和15%，污染前后钻井液性能稳定，再次说明可有效抑制地层中的粘土造浆。

三、现场应用

1.J HW003井井身结构（见表4）

表4 J HW003井井身结构

2.二开直井段

一开钻井液用清水冲稀，保持坂含在20～30 g/L之间，按基础配方依次加入处理剂充分循环均匀，再加入KCl，最后加入阳离子乳化沥青K R-n和随钻堵漏剂T P-2、T P-6，性能达到要求后二开钻进。

3.二开造斜段

二开造斜段前50 m启动所有固控设备，尽量清除钻井液中的劣质固相，并混入一定量的胶液把坂含降至20 g/L左右，按配方在性周上均匀混入10%的白油和1%S P-80,充分循环，保持钻井液密度不降低，待全井性能均匀稳定后开始造斜钻进。

4.三开水平段

三开水平段控制坂含在20～30 g/L之间，提高白油浓度至15%，同时加入1%S P-80、2%F D-8，调整钻井液性能至设计要求即可。

5.钻井液维护与处理

⑴二开段钻井液处理、补量和维护采用大、中、小分子聚合物、磺化类处理剂和钾盐复配，配制与钻井液同密度的胶液按循环周均匀加入。随钻堵漏剂T P-2、T P-6也必须按循环周均匀加入，以保持各种处理剂在钻井液中的功效得到最佳发挥。

⑵造斜段和水平段，保持钻井液良好的失水造壁性、流变性、流动性、润滑性和悬浮携带性，始终保持钻井液中的含油量和阳离子乳化沥青K R-n及随钻堵漏剂T P-2、T P-6及井壁封固剂F D-8的含量，通过加入抑制性材料严格控制坂含递增。

⑶二开后各井段必须用好四级固控设备，尽量清除钻井液中的无用固相，实现以“净化”保“优化”。

6.应用效果

J HW003井二开直井段采用钾钙基聚磺钻井液，二开造斜段和三开水平段应用钾钙基聚磺混油钻井液，完全满足了井下安全、快速钻井施工，全井无事故、无复杂情况。二开直井段、造斜段和三开水平段施工中钻井液性能良好、井眼畅通、井壁稳定、起下钻无阻卡，二开、三开电测均一次成功；表层套管与技术套管顺利到底，固井质量优质；钻井周期比设计缩短了17.5天，机械钻速同比提高23%。试油与投产证实，J HW003井初期产量是吉木萨尔致密油钻井工区先导试验水平井中最高的一口井。

结论

1.钾钙基聚磺混油钻井液抗污染能力强。具有良好的抗温、抗盐、抗钙和抗膨润土及钻屑污染能力，较好地解决了吉木萨尔致密油钻井工区二开直井段长段膏质泥岩和灰质泥岩强造浆污染钻井液性能和井眼缩径、起下钻遇阻卡的技术难题。

2.抑制与防塌能力强。利用同离子效应和K＋、N H4＋和C a2＋等阳离子和两性阳离子聚合物的抑制包被作用,有效地解决了二开定向造斜段长段泥岩和硬脆性泥页岩地层的垮塌问题。

3.体系中混入10%～15%的白油在常温和高温条件下润滑性能好，同时具有较好的弱凝胶特性，可有效降低环空流阻和泥饼粘滞系数，防止因环空不畅引起泵压升高而造成井漏，同时有效防止了造斜段、水平段岩屑床的形成和钻屑在井壁和钻杆上的粘附，提高了钻井液在造斜段和水平段的携砂能力，保证了造斜段和水平段井壁稳定和井眼畅通。

4.定向造斜段和水平段体系中含10%～15%左右的白油，无荧光，不影响地质录井。

5.阳离子乳化沥青K R-n、随钻堵漏剂T P-2、T P-6、井壁封固剂F D-8与钻井液配伍性良好，加入到钻井液中能在钻进过程中短时间内在近井壁地带裂隙中快速形成屏蔽环，起到封堵、护壁、防漏和提高地层承压能力作用，同时降低了储层伤害。

6.钻井液中含有过量的游离C a2＋，可及时沉除CO32－、HCO3－，防止其污染钻井液性能。

[1]郭明贤，庄义江，胡晓津等.聚磺钾盐钻井液的现场应用[J].钻井液与完井液，2002，19（6）：36-38.

[2]廖天彬，蒲晓林，罗兴树等.超高密度聚磺近饱和甲酸盐钻井液室内研究[J].钻井液与完井液，2010，27（4）：26-28.

[3]黄汉仁，罗平亚，杨坤鹏.泥浆工艺原理[M].北京:石油工业出版社,1981.

[4]徐同台，洪培云等.水平井钻井液与完井液[M].北京：石油工业出版社，1999.

[5]王平全，周世良.钻井液处理剂及其作用原理[M].北京：石油工业出版社，2003.79.