玉门酒东地区使用PDC钻头的配套钻井液技术

张宝峰，段晓东，张庆柱，王静敏，孙新浩

（1.西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830000；2.西部钻探工程有限公司克拉玛依钻井公司，新疆克拉玛依834000）

玉门酒东地区使用PDC钻头的配套钻井液技术

张宝峰*1，段晓东1，张庆柱1，王静敏1，孙新浩2

（1.西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830000；2.西部钻探工程有限公司克拉玛依钻井公司，新疆克拉玛依834000）

为了追求钻井效益最大化，推广有利于降低钻井成本、提高钻井速度、缩短钻井周期的钻井工艺势在必行。近几年，随着酒东区块勘探开发速度的加快，钻井提速工作不断深化，PDC钻头钻进工艺大量应用。对影响PDC钻头使用的因素进行了分析，对PDC钻头使用时钻井液的维护、处理、性能进行了统一规范，形成了酒东地区PDC钻头钻井工艺的配套钻井液技术，满足了PDC钻头钻进对钻井液工艺技术的要求，机械钻速得到了大幅提升。

PDC；提速；钻井液

玉门酒东油田第三系地层泥岩段长2700m左右，非常适合PDC钻头钻井，但刚开始由于泥浆性能不好，钻头泥包严重，严重影响了钻井提速，根据PDC钻进特点，对PDC钻头使用时钻井液的维护、处理、性能进行了统一规范，形成了酒东地区PDC钻头钻井工艺的配套钻井液技术。现在，全井段使用PDC钻头，提速效果明显。

1　影响PDC钻头使用的因素

通过对酒东5口井分析，影响PDC钻头正常使用的根本因素是钻头泥包、没有进尺、被迫起钻，泥包井段一般在1300～3000m及“红层段”3700～3800m，这段岩性主要为泥岩。

1.1长101井第三系地层粘土矿物含量与井深关系（图1）

图1　长101井粘土矿物含量与井深关系曲线

从图1中可以看出，从1400m到3400m，粘土矿物含量均在30%以上，高点55%，平均含量42%，粘土矿物含量高。

1.2第三系地层钻屑回收率分析

长101井的钻屑回收率曲线见图2，井深1000～3000m钻屑回收率在清水条件下数值很低；仅小于10%。3000m以深回收率上升到40%以上，这种现象表明，在3000m以浅的井段地层水化能力极强，达到遇水就分散；钻井施工时，这种强水化地层极易造成因井眼缩径造成的起下钻遇阻卡、泥包钻头等井下复杂。

图2　长101井钻屑回收率与井深关系曲线

1.3PDC钻头泥包的钻井液因素

由于PDC钻头不同于牙轮钻头的破岩方式：普通的牙轮钻头是利用大钻压、低钻速的“压入破碎”方式进行破岩钻进的，而PDC钻头是通过低钻压、高转速的“剪切式”方式实现快速的“浅吃入切削”钻进的。PDC钻头所钻出的岩屑颗粒尺寸小、易分散，钻屑的产出速率也高得多，钻屑的比表面积大大增加，对钻井液的性能要求高，影响PDC钻头泥包的钻井液因素主要有以下几点。

1.3.1钻井液抑制性的影响

粘土的水化作用会显著地改变页岩和钻屑的应力状态和力学性质，研究表明，当粘土发生塑性变形时，钻头泥包的可能性最大[2]，从而大大降低机械钻速，同时，泥岩水化膨胀缩径引起起下钻遇阻卡也会占用很多时间，因此，提高钻井液的抑制性，有效地控制粘土的水化分散，会降低钻头泥包和钻屑沉积。

1.3.2钻井液流变性的影响

钻井液的流变性也是影响钻头泥包的一个重要因素。钻井液塑性粘度高，动塑比小，则钻头喷嘴液流的喷射速度低，就必然降低和减缓钻头对井底的冲击和切削作用，钻头泥包。

1.3.3失水的影响

钻井液的滤失与造壁性是钻井液的重要性能，它对水化膨胀地层有十分重要的影响，失水越大，井壁形成的泥饼越厚，而且水敏性地层还会造成水化膨胀，引起了井壁的缩小，易造成起下钻遇阻、钻头及扶正器泥包。

2　使用PDC钻头的配套钻井液工艺

2.1钻井液体系优选

根据酒东地层特点,酒东地层应全井实行强抑制,经室内评价和前期长101的两性复合金属离子、钾基硅油聚磺、深井聚磺，长2的钾铵基聚合物、金属离子聚磺及长3井的阳离子体系应用对比后认为，阳离子钻井液的抑制性优于其它体系，确定了酒东全井实行阳离子钻井液体系。

2.2处理剂优选

2.2.1抑制剂能力评价

在160℃、5%盐水条件下，抑制性评价表明：①大分子主抑制剂的抑制性强弱：CHM＞KPAM＞FA367＞JMHA＞PMHA；②聚合物降滤失剂抑制强弱：HS-1＞KHPAN＞NH4HPAN；③小分子主抑制剂的抑制性强弱：硅油＞甲酸钾＞NW-1＞KCl＞甲酸钠。因此选取CHM、NW-1、甲酸钾为主抑制剂。

2.2.2降滤失剂选择

经抗高温、流变性、抗污染试验表明：降滤失剂能力：HS-2＞SPNH＞SMP＞PSC；高温稳定剂能力评价：HS-2＞DYFT＞SMP-2＞LY-1＞SPNH＞SHR。由于在深井段泥页岩的水化分散能力仍较强，要求钻井液具有强抑制、弱分散、抗高温能力，因此主要选取HS-2为高温降滤失剂，DYFT-1为防塌剂。

2.3分段钻井液配方设计

0～600m：清水+0.2%～0.5%烧碱+0.1%～0.3%纯碱+5%～8%膨润土；600～1300m：0.3%～0.5%CHM+ 0.3%～0.5%NW-1+0.5%CaO+1%～2%HS-1+ 0.05%RH4；1200～3400m：0.4%～0.5%CHM+1% NW-1+0.5%CaO+4%HS-1+2%LRQ-1+0.2%RH4；3400～4100m：0.3%CHM+0.4%NW-1+1%CaO+2% HS-1+3%HS-2+3%DYFT-1+2%JXFQ-6+2% FCLS+0.15%RH4。

3　PDC钻头钻进的配套钻井液工艺技术措施

3.1坂土含量控制

坂含是钻井液流变性控制和提高抗钻屑污染能力的基础，一开配浆时坂土加量一般为5%即可满足携带需要，转化为阳离子钻井液时通过稀释和开离心机将钻井液坂含降至30～40g/L，PDC钻头钻进时通过CHM、NW-1和冲生石灰保持钻井液强抑制性控制坂含。一般推荐坂含控制范围见表1。

表1　使用PDC钻头钻进的坂含控制推荐范围

3.2固相控制措施

PDC钻头钻进，钻井液固相含量和钻井液含砂量的控制是重点。具体措施为：

①根据钻进时钻井液排量，在不跑浆的情况下，尽量选用80目以上的钻井震动筛除砂，并确保使用率100%。②现场使用好除砂器和离心机钻井液净化设备，除砂器使用率100%，离心机使用率50%，尽最大能力控制低密度固相的增长。③利用短拉和起下钻时间及时清锥形池和沉砂池，采用物理法稀释降低钻井液劣质固相含量。④根据钻进进尺容积量2～2.5倍，及时补充钻井液处理剂胶液（注意适当增加絮凝剂和抑制剂的用量），达到降低钻井液固相含量、含砂量和补充处理剂的目的。表2给出了钻井液固相含量控制推荐范围。

表2　使用PDC钻头钻进钻井液固相含量控制推荐范围

3.3润滑性能控制措施

①高密度钻井液施工期间，加大液体润滑剂的加量，润滑剂复配基本加量：3%JXFQ-6+2%LRQ-1，采取少加勤加的方式，保证钻井液中的润滑剂含量不低于5%，使泥饼的摩阻系数保持在0.06以内；②下部严格控制钻井液的HTHP滤失量，要求HTHP≤10mL/120℃，加入磺化沥青和乳化沥青，提高钻井液封堵承压能力和改善泥饼质量，降低压差卡钻的风险；③严格执行短起下钻制度，每钻进200m必须短程起下钻一次。

3.4流变性的优控措施

①控制合理的坂含、保持体系的絮凝抑制能力和严格执行固控措施是流变性能控制的前提；②粘度3000m以前保持在40～45s，3000m以后保持在45～60s；③在阳离子体系中，水冲生石灰非常关键，Ca2+既能提高钻井液的抑制性，又能改善泥饼质量，泥岩段对控制粘度非常有效，石灰每班冲200～300kg，Ca2+控制在400～600mg/L；④加重材料重晶石选用密度至少是4.2g/cm3以上的；⑤钻井液流变性用稀胶液控制，尽量不用FClS降粘度；⑥维护中注意钻井液pH值的变化，及时补充烧碱，以弥补各种因素造成的pH值较低，pH值控制在9～9.5较适当。表3给出了流变性指标控制的推荐范围。

表3　使用PDC钻头钻进的流变性指标推荐范围

3.5滤失造壁性控制

泥岩段钻井液采用“多聚少磺”，使用HS-1控制API失水，冲石灰改善泥饼质量，3000m后引入HS-2、DYFT-1降低高温高压失水，范围：1300～2000m，API失水：15～8mL，2000～3000m，API失水：8～5mL，3000～4000m，API失水不大于5mL，HTHP失水：12～8mL。

4　PDC钻头钻进的配套钻井液工艺实施情况

近几年来，酒东地区的所钻井全部采用了PDC钻头钻井工艺，实践表明，PDC钻头钻进的配套钻井液工艺技术完全能满足PDC钻头快速钻进的需要，井浆性能稳定，消除了钻头泥包现象，杜绝了因钻井液质量或技术原因造成的井下复杂事故，较好地满足PDC钻头钻进的工艺需要。

5　结论

（1）PDC钻头钻进的配套钻井液维护处理的关键是：严格控制钻屑分散和污染井浆、尽量清除钻屑等有害固相、提高钻井液抗钻屑污染能力和对钻井液进行有效的处理。

（2）在含砂砾岩较多，渗透性强的泥岩段可适当放宽坂土含量至30g/L左右，以加强对API失水的控制，保证泥饼质量。

（3）在第三系大段软泥岩的钻进中应严格控制pH值在8～8.5，pH值过高会大大削弱阳离子体系的抑制性。

[1]卜志丹，徐旭东.周庄区块PDC钻头泥包的原因分析及对策研究[J].长江大学学报：自然科学版，2013（20）.

[2]陈在君，刘顶运，韦孝忠，陈炼军，王万庆.长庆气田水平井PDC钻头防泥包技术[J].天然气工业，2009（11）.

TE254

B

1004-5716(2015)07-0062-03

2014-06-23

2014-07-09

张宝峰（1972-），男（汉族），甘肃酒泉人，工程师，现从事重点探井、深井、超深井的钻井液技术研究和现场服务工作。