红1井井壁稳定钻井液技术①

邱春阳， 王 刚， 孔德锋， 刘学明

(中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司，山东东营 257064)

0 引言

红1井是胜利油田部署在吐哈盆地哈密坳陷三堡凹陷红1构造的重点风险探井，完钻井深4875m.钻探目的是探索石炭系烃源岩及火山岩含油气性，兼探三叠系烃源岩及含油气性，评价哈密区块勘探潜力.该井井身结构为:导眼Ф660.4mm×59m，套管 Ф508mm ×58.9m;一开 Ф444.5mm 钻头 × 1062.5m，套管 Ф339.7mm ×1047.3m;二开Ф311.2mm 钻头 × 2698.0m，套管 Ф244.5mm ×2683.46m;三开 Ф215.9mm 钻头 ×4875m，裸眼完井.哈密坳陷自下而上主要发育3套较大规模的储层，分别为石炭系火山岩储层、二叠系火山岩储层及三叠系－侏罗系砂岩储层.哈密坳陷未有井钻揭石炭系，因此本井的钻探成功对于评价哈密区块的勘探潜力具有重要的意义.

1 钻井液技术难点

(1)上部地层胶结性差，机械钻速快，产屑量大，地层渗透性强，井壁上容易形成虚厚泥饼，造成起下钻阻卡.

(2)三叠系上统和中统地层岩性变化复杂，砂泥互层发育，砂岩吸水后强度降低，造成其上支撑的泥岩垮塌.

(3)三叠系中统下部至二叠系中统含大段棕红色和褐红色泥岩，水敏性强，易垮塌.

(4)石炭系顶部火成岩风化壳缝洞发育，火山岩段地层较厚(厚度1400m左右)，裂缝较发育，钻遇火山角砾岩，井壁失稳严重.

(5)三开空气钻后，地层出水，随后在转换泡沫钻井液过程中卡钻，无法建立循环，地层浸泡时间长，井壁失稳严重，给后期施工造成巨大隐患.

(6)储层埋藏深，穿遇地层多，未知因素多，井底温度高，复杂地层厚，钻井液处理难度大.

2 钻井液体系选择

通过调研国内深井钻井液使用情况[1～7]，结合邻近区块钻井液施工经验，针对该井地层特点及技术难点，经过处理剂优选及性能优化，确定二开采用聚磺封堵防塌钻井液体系;三开使用空气钻井液，卡钻后改为凝胶成膜屏闭封堵润滑钻井液.基本配方如下:

二开聚磺封堵防塌钻井液体系配方:

(3% ～5%)膨润土 +(0.3% ～0.5%)NaOH+(0.3% ～0.5%)PAM(KPAM)+(2% ～3%)SMP－1+(2% ～3%)褐煤树脂 SPNH+(2% ～3%)无水聚合醇+(3% ～5%)沥青类防塌剂HQ－1+(3% ～4%)超细碳酸钙+(1% ～2%)非渗透处理剂LW－7+(0.5% ～1.5%)铝络合物抑制剂+(2% ～3%)抗高温抗盐防塌降滤失剂KFT+(3% ～4%)白油润滑剂

三开凝胶成膜屏闭封堵润滑钻井液体系配方:

(3% ～4%)膨润土 +(0.1% ～0.2%)烧碱 +(0.1% ～0.2%)纯碱 +(0.3% ～ 0.6%)KPAM+(0.2% ～0.3%)磺酸盐共聚物降滤失剂+(2% ～3%)抗高温抗盐防塌降滤失剂 +(1% ～2%)有机胺抑制剂+(2% ～3%)低荧光沥青防塌剂 +(3% ～4%)SMP－1+(1% ～2%)无水聚合醇+(5% ～8%)全油基润滑剂+(0.5% ～1%)双膜承压剂+(1% ～2%)非渗透处理剂+(2% ～3%)固体润滑剂

3 钻井液技术

3.1 一开(0～1062.5m)钻井液技术

(1)配制120m3浓度为8%膨润土浆，充分搅拌，水化24h后开钻;逐步补充膨润土浆和KPAM浓度为0.5%的胶液，使之有效包被钻屑.

(2)加入(0.3% ～0.5%)CMC－HV 提高钻井液体系粘切，增加体系的携带能力，提高井眼净化的效率;加入2%超细碳酸钙QS－2和0.5%非渗透处理剂LW－7，减少地层渗透性漏失，防止形成虚厚泥饼，保证井眼畅通.

(3)强化固控工作，以细目振动筛为主，除砂器使用率100%，配合离心机，降低钻井液中的无用固相含量.

(4)钻完进尺后，大排量循环，配制10%的膨润土浆10m3清扫井眼，保证下套管、固井作业顺利.

3.2 二开(1062.5m～2698m)钻井液技术

(1)密度调控.以自然密度开钻，1400m时密度提高至1.19 g/cm3;在1710m发现H2S，提高密度至1.22 g/cm3;2080m时密度提高到 1.25g/cm3;2583m时密度提高到1.35g/cm3;钻口袋至2664m后出现H2S，至2678m消失，由于电测下套管时间较长，为保证施工安全，提高密度至1.38g/cm3.

(2)膨润土含量的调控.2000m前膨润土含量在40g/L左右，漏斗粘度在50s左右;2000m后膨润土含量在80g/L左右，漏斗粘度提高至120s，改变钻井液流型，护壁防塌.

(3)钻进中根据地层渗透及固控设备损耗补充胶液量，维护钻井液性能.配方:井场水+(0.6% ～1%)NaOH+(0.3% ～0.5%)PAM(KPAM)+(2% ～3%)SMP－1+(2% ～3%)SPNH.

(4)加入2%无水聚合醇和1%白油润滑剂，逐步补充，保证摩阻系数小于0.06，增强体系的润滑性;通过2%KFT、3%SPNH和2%SMP－1搭配使用，控制中压滤失量在3～4mL，减缓钻井液滤液向地层的渗透.

(5)钻完进尺后，进行短起下钻，彻底循环，配置润滑封井浆封井，电测顺利.电测完，将钻井液漏斗粘度降低至100s左右，用1.5%白油润滑剂和1.5%固体润滑剂配置封井浆封井，确保套管顺利下到底.

3.3 三开(2698m～4875m)钻井液技术

(1)井壁稳定技术.加入8%沥青防塌剂、1%的非渗透处理剂和3%超细碳酸钙，提高钻井液的封堵能力;加入5%磺化酚醛树脂和3%抗高温抗盐防塌降滤失剂，降低钻井液滤失量，减轻地层的水化膨胀;加入1%有机胺和3%无水聚合醇，提高钻井液的抑制能力;密度控制在1.30g/cm3，以提供径向支撑力;增加膨润土含量，提高钻井液粘切，提高井眼净化能力.

(2)高温稳定技术.加入0.5%磺酸盐聚合物包被剂，解决高温条件下粘土的水化分散问题;加入1.0%硅氟稳定剂，保证钻井液高温下具有良好的流变性;加入0.5%高温稳定剂TW－80，提高钻井液的抗温能力.

(3)润滑防卡技术.地层具有一定倾角，井眼轨迹不规则，加入6%油基润滑剂，配合3%石墨润滑剂，保持钻井液具有良好的润滑能力.

(4)完井技术.充分循环，彻底净化井眼，然后配制润滑封井浆(70m3井浆+3%油基润滑剂+5%石墨粉+1%SMP－1+2%井壁稳定剂)封井.

4 应用效果

(1)凝胶成膜屏闭封堵润滑钻井液体系封堵性强，润滑性好，满足了三开复杂井段钻进的要求，顺利钻达目的层.

(2)中完及完钻采用封井技术，保证了电测及下套管顺利进行.特别是三开完钻封井技术，完井作业长达20多天，井下无复杂事故.

(3)取得了一定的成果.①郝家沟组见22层共32m煤层气显示;②黄山街组见荧光显示;③克拉玛依组见四层荧光一级显示;④上仓房沟群见1m气测异常层;⑤依尔希土组见一层油斑显示;⑥石炭系奥尔吐组见两层气测异常层及四层荧光一级显示.

5 认识和建议

(1)通过使用凝胶成膜屏闭封堵润滑钻井液体系，采取严封堵及复合润滑技术，解决了空气钻卡钻后井壁失稳及不平滑井身轨迹下润滑防卡的难题，保证了工程的顺利钻进.

(2)空气钻后地层出水，井壁失稳严重.保证井壁稳定的前提是通过合适的钻井液密度提供径向支撑力;关键是保证钻井液体系具有良好的造壁性;基础是钻井液体系具有良好的流变性及稳定性.

(3)空气钻是新疆区块实施空气钻的第一口井.空气钻井时机械钻速是钻井液钻进时的7倍，效果明显.虽然地层出水后空气钻改为钻井液钻进，但是这是有益尝试，有待于深化研究空气钻出水后钻井液体系转换的工艺和技术.

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