邱春阳，秦涛，司贤群，王宝田，何兴华

（中国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）

准中征沙村区块定向防塌钻井液技术

邱春阳，秦涛，司贤群，王宝田，何兴华

（中国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）

征沙村区块地质构造复杂，直井施工中井壁失稳严重，完井时效长。为保证定向钻完井成功率，根据区块地质情况及钻井液技术难点分析，确定了钻井液体系优选思路。在优选主要处理剂的基础上，研发了铝胺抑制防塌钻井液体系。实验结果表明，该体系具有较强的抑制性及封堵性，油层保护性能好。该体系在征沙村区块征1-斜3井和征1-斜5井进行了现场应用，通过辅助相应的钻井液现场维护处理工艺，施工中井壁稳定，润滑防卡、油层保护效果好，钻井时效和完井时效明显提高，达到了优快钻井的目的。

井壁失稳；铝胺；强抑制；强封堵；油层保护；准噶尔盆地

征沙村区块位于准噶尔盆地车莫古隆起，油藏位于白垩系吐谷鲁群和侏罗系三工河组，石油地质储量1 734×104t，勘探开发前景广阔。由于地层岩性复杂，直井施工中井壁坍塌严重，井径扩大率在40%以上，特别是完井作业过程中电测遇阻时有发生，必须多次通井，导致完井作业耗时长，严重阻碍该区块的勘探开发进程。为扩大泄油面积，提高油气采收率，该区块决定采用定向井方式进行施工。为解决定向施工中的井壁失稳、电测遇阻问题及减小钻井液对低渗储层的损害，通过处理剂优选，研发了铝胺抑制防塌钻井液体系，现场应用效果良好。

1　技术难点

征沙村区块地层自上而下发育第四系，古近系—新近系，白垩系上统东沟组、下统吐谷鲁群，侏罗系西山窑组、三工河组和八道湾组。从地层岩性特点及井身结构看，施工中钻井液技术难点如下：

1）吐谷鲁群以泥岩和砂岩为主。泥岩发育较厚，黏土矿物含量高，水敏性强，极易水化膨胀缩径。砂岩渗透性强，易形成虚厚泥饼，造成起钻“拔活塞”、严重遇卡及下钻遇阻划眼。前期施工中阻卡严重，经过多次拉划井壁后，井眼阻卡显示依然明显。

2）侏罗系地层压力高［1］，发育泥岩、碳质泥岩、煤层及煤线，局部泥煤互层。煤岩抗压、抗拉强度弱，脆性大，胶结性差，受到钻井液冲刷与钻具撞击时易坍塌［2］；泥岩和碳质泥岩较硬，易发生硬脆性及应力性垮塌；泥煤互层中，煤层坍塌易导致其上的泥岩垮塌，进而造成坍塌的恶性循环。

3）三开裸眼段长2 500 m，自4 200 m左右开始定向施工，定向井段由于上井壁悬空，斜井段井壁稳定难度大。该井段钻完井周期长，裸眼段被钻井液浸泡时间长，多次起下钻导致钻具严重碰撞井壁和钻井液对井筒的抽吸、激动压力增大，进一步加剧了井壁不稳定性。

4）定向施工中，钻具与井壁接触面积大，施工中摩阻和扭矩大，易导致传压不畅，形成“拖压”现象，钻井液润滑与防卡难度大。

5）岩心物性实测分析结果表明，征沙村区块储层属于低孔低渗地层，少量滤液侵入即会大幅增加孔隙间的毛细管力，导致油层渗透率的降低，造成储层严重污染［3-4］，因此油层保护的难度大。

2　优选思路

通过调研国内长裸眼井、深井及定向井钻井液使用情况［5-11］，结合邻近区块钻井液现场施工技术，针对征沙村区块地层岩性特点及钻井液技术难点，进行了钻井液体系优选，以保证定向施工中井壁稳定、井眼润滑与储层保护。钻井液体系优选思路如下：

1）抑制性好。钻井液能够抑制上部大段泥岩、泥煤互层及储层中泥岩的水化分散，稳定井壁，并有效保护储层。

2）封堵性强。钻井液封堵效率高，能够对不同直径、不同形状的孔隙及裂缝进行封堵；封堵强度高，能够形成严密封堵层，隔绝压力传递，在起下钻等负压环境下仍然起到有效的封堵作用。

3）流变性好。钻井液具有适当的黏度和切力，能够悬浮携带岩屑，防止形成岩屑床；环空压耗低，防止激动压力对井壁稳定的损害。

4）润滑性好。优选润滑效果好的润滑剂，提高体系的润滑性，降低施工中钻具与地层及套管产生的摩擦，进而降低摩阻和扭矩，防止产生“拖压”现象。

5）储层保护能力强。钻井液能够改变储层岩石表面的润湿性质，降低滤液的表面张力，防止毛细管效应，保护低孔低渗储层免受损害。

3　体系研究

3.1主要处理剂优选

根据钻井液体系优选思路，优选胺基聚醇和聚合醇作为抑制剂。胺基聚醇能够镶嵌在黏土晶层间，抑制黏土水化，并且胺基聚醇水解后产生的正电荷能够吸附在黏土上，进一步增强抑制性［12］。聚合醇固有的“浊点效应”，使得聚合醇在高温下（高于浊点温度）从体系中析出［13］，黏附在钻具和井壁上，封堵岩石孔隙；低温下（低于浊点温度）吸附在黏土颗粒表面，防止泥页岩水化，稳定井壁。因此，胺基聚醇和聚合醇复配使用，能够确保钻井液体系的抑制性。

优选铝络合物、渗透成膜处理剂、低荧光沥青和超细碳酸钙作为防塌剂。铝络合物随钻井液滤液进入地层后，在地层低pH值（5～6）环境下能够和地层岩石发生化学胶结，增强对地层的封堵强度［14］。渗透成膜处理剂可弹性变形，能够封堵不同直径、不同形状的孔隙及微细裂缝，提高对地层的封堵效率［15］。低荧光沥青和超细碳酸钙复配使用，通过“软化点”机理封堵地层。

优选憎水憎油性较强的防水锁剂加入该体系。防水锁剂能够改变岩石表面的润湿性质，降低钻井液滤液的表面张力，防止泥岩水化和水锁损害的发生，使得滤液在孔喉两端压差作用下，容易被返排入井底，从而恢复油气流通道，保护油气层［16］。

3.2钻井液体系配方

（3.0%～5.0%）膨润土+（0.3%～0.5%）聚丙烯酸钾KPAM+（0.5%～1.0%）胺基聚醇+（1.0%～2.0%）铝基聚合物抑制剂+（2.0%～3.0%）聚合醇+（2.0%～3.0%）抗高温抗盐防塌降失水剂+（2.0%～3.0%）SMP-1+（2.0%～3.0%）低荧光磺化沥青+（2.0%～3.0%）超细碳酸钙+（0.5%～1.0%）渗透成膜处理剂+（3.0%～5.0%）白油润滑剂+（0.5%～0.8%）防水锁剂。

4　性能评价

4.1抑制性能

通过岩心膨胀和岩屑回收率实验，评价了铝胺抑制防塌钻井液体系的抑制性。该体系的8 h岩心膨胀高度为0.62 mm，远小于岩心在常规聚磺防塌钻井液中的膨胀高度（2.45 mm），并且岩屑回收率为96.5%，远高于常规聚磺防塌钻井液的回收率（74.0%）；因此，铝胺抑制防塌钻井液体系的抑制性强，能够抑制泥页岩的水化膨胀，保持井壁稳定。

4.2封堵性能

采用中压和高温高压砂床滤失仪评价了该体系的封堵性能，实验结果见表1。和常规聚磺防塌钻井液相比，优选的铝胺抑制防塌钻井液在中压下侵入砂床较浅，并且在高温高压下滤失量低，说明铝胺抑制防塌钻井液具有较强的封堵性。

表1　封堵性能评价

4.3润滑性能

铝胺抑制防塌钻井液的泥饼黏附系数为0.04，极压润滑系数为0.10，均比油基钻井液（0.03，0.06）略高，但远远好于常规聚磺防塌钻井液（0.12，0.34），能够满足定向井钻井施工的要求。

4.4抗黏土污染性能

按照配方配制铝胺抑制防塌钻井液体系作为基浆，分别加入不同量的黏土，在150℃下老化16 h，然后测量钻井液的流变性，结果见表2。8%的黏土侵入后，铝胺抑制防塌钻井液体系依然具有良好的流变性，说明该体系抗黏土污染能力强，同时抑制性也强。

表2　抗黏土污染性能评价

4.5油层保护性能

采用气测渗透率分别为0.1×10-3～40.0×10-3μm2的人造岩心模拟储层，进行油层损害程度评价实验。岩样污染压力为3.5 MPa，污染温度为120℃（油层温度为117.5℃），污染时间为2 h，实验结果见表3。

虽然岩心的原始渗透率不同，但是铝胺抑制防塌钻井液的封堵率高达92.00%以上，说明该体系能够封堵不同直径、不同形状的孔隙和裂缝。和常规聚磺防塌钻井液相比，该体系的渗透率恢复值也很高，说明油层保护性能好。

表3　油层保护性能评价

5　现场应用

铝胺抑制防塌钻井液体系在征沙村区块征1-斜3井和征1-斜5井进行了现场应用。2口井都采用三开制井身结构。征1-斜3井设计井深4 845 m，三开φ215.9 mm钻头自井深2 523 m开始钻进，4 200 m开始定向，钻至4 900 m完钻，最大井斜角30°；征1-斜5井设计井深4930 m，三开φ215.9 mm钻头自井深2 462 m开始钻进，4 100 m开始定向，钻至4 972 m完钻，最大井斜角32°。三开井段钻井液性能见表4。

5.1主要施工工艺

1）钻井液密度控制在设计下限，造斜后密度提高至设计上限，依靠钻井液液柱径向支撑以平衡地层坍塌压力，防止井壁垮塌［4］。

2）钻至吐谷鲁群之前，加足胺基聚醇和聚合醇，提高钻井液滤液的抑制性，防止黏土矿物水化膨胀。

3）使用铝络合物、渗透成膜处理剂和沥青防塌剂，辅助超细碳酸钙，封堵地层微裂缝和孔隙，增强体系的封堵防塌能力。

4）使用抗高温抗盐防塌降失水剂和SMP-1，控制钻井液的中压和高温高压滤失量，降低钻井液滤液向地层的渗透［4］，防止泥页岩水化膨胀。

表4　三开井段钻井液性能

5）定向前，加入白油润滑剂和聚合醇，增强体系的润滑性，控制摩阻系数小于0.06，降低施工中产生的摩阻和扭矩。

6）进入储层前，加入防水锁剂，补充降失水剂、抑制剂和防塌剂，使钻井液在井壁上形成屏蔽暂堵带，防止储层损害。

7）合理使用固控设备，振动筛筛布使用120目，除泥器和除砂器使用率达到100%，定期开动离心机，及时清除有害固相［4］。

8）执行短起下钻措施，及时修整井壁及破坏井底岩屑滞留层；控制起下钻速度，减小激动压力。

5.2应用效果

1）低密度下井壁稳定。施工中钻井液密度较周围直井低，但钻进过程中井壁稳定，起下钻畅通无阻。

2）润滑防卡性能好。斜井段无岩屑床形成，施工中摩阻和扭矩低，定向过程中传压顺畅，无“拖压”现象。

3）井身质量好，井径规则。征1-斜3井平均井径扩大率为8.96%，征1-斜5井平均井径扩大率为9.02%。

4）电测成功率高。征1-斜3井电测成功率100%，征1-斜5井通井1次，完成全部测井项目，电测成功率较邻井明显提高。

5）钻完井时效明显提高。与区块其他井（直井）相比，钻井时效和完井时效提高（见表5），达到了优快钻井的目的。

6）油气层保护效果好。征1-斜3井完井试油后，日稳产油4.5 t，获得了良好的工业油流［4］。

表5　征沙村区块钻完井时效对比

6　结论

1）铝胺抑制防塌钻井液抑制性强，封堵性好，适应了征沙村区块的地质特点，满足了工程施工需求，解决了吐谷鲁群大段软泥岩水化膨胀导致缩径卡钻和侏罗系井壁失稳的问题，特别是完井电测遇阻耗时过长的难题。

2）通过使用屏蔽暂堵技术和防水锁技术，降低钻井液体系的表面张力，达到了保护储层的效果，进一步证明了征沙村区块良好的勘探开发前景。

3）该区块吐古鲁群含大段软泥岩，水敏性强，必须保证胺基聚醇的加量在1%，才能有效抑制软泥岩的水化膨胀，同时调整好钻井液体系的流变性，以避免复杂事故的发生。

4）侏罗系地层压力高，应力性垮塌严重。保证井壁稳定的关键是钻井液抑制性和封堵性强，前提是钻井液密度合理，基础是钻井液流变性好。

［1］曲江秀，查明.准噶尔盆地异常压力类型及成因探讨［J］.石油实验地质，2003，25（4）：333-336.

［2］邱春阳，刘学明，王兴胜，等.董7井井壁稳定钻井液技术［J］.天然气勘探与开发，2014，37（4）：77-83.

［3］范文永，舒勇，李礼，等.低渗透油气层水锁损害机理及低损害钻井液技术研究［J］.钻井液与完井液，2008，25（4）：17-19.

［4］邱春阳，马法群，王宝田.征1-斜3井防塌钻井液技术［J］.精细石油化工进展，2014，15（6）：9-11.

［5］赵向阳，张小平，陈磊，等.甲酸盐钻井液在长北区块的应用［J］.石油钻探技术，2013，41（1）：40-44.

［6］黄治中，杨玉良，马世昌.不渗透技术是确保霍尔果斯安集海河组井壁稳定的关键［J］.新疆石油科技，2008，18（1）：9-12.

［7］朱忠喜，刘颖彪，路宗羽，等.准噶尔盆地南缘山前构造带钻井提速研究［J］.石油钻探技术，2013，41（2）：34-38.

［8］张志财，赵怀珍，慈国良，等.桩1291HF大位移井钻井液技术［J］.石油钻探技术，2014，42（6）：34-39.

［9］姜世全，姜伟.大位移井钻井技术研究与应用［J］.中国海上油气：工程，2001，13（6）：15-23.

［10］王洪伟，李治华，李新建，等.“适度抑制”及“储层保护”钻井液的研制及应用［J］.断块油气田，2014，21（6）：797-801.

［11］高莉，张弘，蒋官澄，等.鄂尔多斯盆地延长组页岩气井壁稳定钻井液［J］.断块油气田，2013，20（4）：508-512.

［12］张克勤，何纶，安淑芳，等.国外高性能水基钻井液介绍［J］.钻井液与完井液，2007，24（3）：68-73.

［13］向兴金，肖稳发，易绍金，等.聚合醇类防塌水基钻井液体系的研究及其应用［J］.江汉石油学院学报，1996，18（4）：72-75.

［14］郭京华，田凤，张全明，等.铝络合物钾盐强抑制性钻井液的应用［J］.钻井液与完井液，2004，21（3）：23-26.

［15］左兴凯.非渗透钻井完井液体系的研究与应用［J］.石油钻探技术，2008，36（4）：41-44.

［16］李秀灵，陈二丁.低渗透油气藏“协同增效”钻井液及其作用机理［J］.钻井液与完井液，2013，30（5）：18-21.

（编辑赵卫红）

Anti-caving drilling fluid for directional well in Zhengshacun Oilfield，middle Junggar Basin

Qiu Chunyang，Qin Tao，Si Xianqun，Wang Baotian，He Xinghua
（Drilling Engineering Technology Corporation，Shengli Petroleum Engineering Co.Ltd.，SINOPEC，Dongying 257064，China）

With complex geologic structure in Zhengshacun Oilfield，middle Block 1，Junggar Basin，borehole wall is seriously instable and completion time is long.In order to drill directional well successfully，the geologic structure and technology difficulty of drilling fluid are analyzed，and an aluminium and amine drilling fluid with anti-caving agent is developed.The drilling fluid has high inhibition，high formation sealing function and good reservoir protection.Applying this drilling fluid in Well Zheng 1-X3 and Well Zheng 1-X5 resulted in good effect.With the maintenance and handling technics onsite，borehole wall was stable during the course of drilling，and the effect of lubricating on anti-sticking and reservoir protection is good.Drilling efficiency and completion are heightened and the goal of optimal and fast drilling is achieved.

borehole wall instability；aluminium and amine；high inhibition；high formation sealing；reservoir protection；Junggar Basin

胜利石油工程有限公司科技项目“准噶尔盆地钻井液技术研究与应用”（GKZ1211）

TE254.3

A

10.6056/dkyqt201505026

2015-03-28；改回日期：2015-07-14。

邱春阳，男，1978年生，工程师，硕士，2005年毕业于辽宁石油化工大学应用化学专业，现从事钻井液体系研究和技术服务工作。E-mail：drillingwell@163.com。

引用格式：邱春阳，秦涛，司贤群，等.准中征沙村区块定向防塌钻井液技术［J］.断块油气田，2015，22（5）：664-667.

Qiu Chunyang，Qin Tao，Si Xianqun，et al.Anti-caving drilling fluid for directional well in Zhengshacun Oilfield，middle Junggar Basin［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（5）：664-667.