邵 平，王 淼，范 劲

1中国石油川庆钻探工程有限公司钻井液技术服务公司 2中国石油川庆钻探工程有限公司新疆分公司

0 引言

塔里木盆地库车坳陷巨厚盐膏层下埋藏丰富的油气资源，是塔里木油田重要勘探区块，顺利钻穿盐膏层并能在较长时间内保持井眼稳定通畅是钻完井难题之一[1-6]。KL9井是库车坳陷克拉苏构造带克拉区带9号构造高部位的一口预探井，含有大段复合盐膏层，极易发生盐膏层及软泥岩蠕变缩径阻卡，而且考虑到环保要求，在室内研发了一套超高密度复合盐聚合物环保型钻井液体系。超高密度钻井液降低了地层蠕变速度，良好的流变性有效冲刷井壁，饱和复合盐的高矿化度有效控制盐膏层井段的井眼扩大率，良好的失水造壁性及润滑性降低了盐膏层阻卡风险[7-11]。

1 钻井液技术难点

克拉苏构造带位于库车坳陷北部，蒸发岩沉积极为发育，形成巨厚盐膏层、且构造褶皱变形多、断层发育，盐膏层间及盐膏层下发育的盐质泥岩主要为盐质胶结，给钻井液工作带来极大风险。

(1)盐质含量大、矿化度高、孔隙度较大欠压实、成岩性差，强度低，泥岩易垮塌掉块，对钻井液的封堵防垮塌性能提出了极高的要求。

(2)为防止钻进时发生缩径、卡钻，必须在浅层盐膏层段使用超高密度钻井液，盐质泥岩岩屑容易机械分散，劣质固含进入超高密度钻井液体系导致流变性难以控制。

(3)软泥岩含水度高,欠压实，软泥岩易塑性流动造成阻卡、粘结成团块状堆积造成出口管堵塞。

(4)环保要求高、环保压力大，要求钻井液色度低，与周边环境对应相近。

2 钻井液性能评价

基于环保低色度、强包被、强抑制、强封堵防塌、强润滑防卡的思路，经过大量配伍、配方实验，优选出超高密度复合盐聚合物环保型钻井液体系。

体系配方：0.8%～1%膨润土+1.5%～2.5%抗盐小分子聚合物+0.5%～0.8%抗盐大分子聚合物+0.7%～1.2%阳离子抑制剂+1%～2%聚合醇+2%～4%白沥青+7%～13%KCl+18%～24%NaCl +0.5%～0.8%CaO+6%～8%环保型润滑剂+重晶石粉。

2.1 常规性能评价

对该体系流变性、滤失性、离子含量等进行常规性能评价，由表1可知，该钻井液体系在高密度下呈现高黏低切、滤失性良好的特点。

表1 实验基础配方钻井液性能

2.2 抑制性能评价

选用易水化分散的泥岩岩屑，对比评价了清水、10%KCl溶液、10%KCl+20%NaCl复合盐溶液、复合盐(10%KCl+20%NaCl)钻井液体系基液、该体系基液的滚动回收率和线性膨胀率评价，实验结果如表2所示。

表2 抑制性对比评价实验结果

实验结果表明该钻井液体系基液具有良好的抑制性能，滚动回收率和线性膨胀率效果均优于复合盐钻井液体系，可满足现场钻进需求。

2.3 抗污染评价

针对该体系分别进行了抗盐膏与黏土污染评价，将基础配方钻井液分别进行10%NaCl、2%CaSO4、5%膨润土抗污染评价，实验结果如表3所示。

表3 钻井液抗污染性能评价实验结果

实验结果表明该钻井液体系在经过10%NaCl、2%CaSO4、5%膨润土污染后，钻井液性能变化甚微，具有良好的抗盐膏和土相污染能力。

2.4 生物毒性评价

针对该体系中应用的聚合物处理剂、抑制剂、聚合醇、白沥青以及该体系室内钻井液配方分别进行了生物毒性检测，检测结果如表4所示。

表4 各处理剂及钻井液体系的生物毒性评价

处理剂及体系的生物毒性评价表明该钻井液体系所用处理剂及体系配方均无毒，其中聚合物均以天然高分子类处理剂为主，各处理剂均不含有毒组份及基团，处理剂容易生物降解，可以减少或避免对周围环境中生物的生物富集作用，有利于环境保护。

3 现场应用

3.1 基本应用情况

KL9井实钻井身结构为：一开Ø406.4 mm×98.15 m/表层套管Ø339.7 mm×98.15 m + 二开Ø311.2 mm×1 076 m/二开技术套管Ø259 mm×1 076 m+三开Ø215.9 mm×2 297 m/裸眼完钻。一开使用膨润土—聚合物钻井液，二开使用KCl—聚合物钻井液顺利完成钻进及中完作业，三开盐膏层采用超高密度复合盐聚合物环保型钻井液。

KL9井三开实钻盐膏层井段1 077～2 297 m共1 220 m，裸眼浸泡作业40.5 d，钻井液性能稳定，增量小、无排放；钻进扭矩小且平稳，16趟短程起下钻及起下钻十分通畅。三开钻井液包被抑制性强、流变性好且稳定、维护简单，体现强包被、强抑制、不分散钻井液体系的特点，三开钻井液性能统计(表5)。

表5 KL9井三开钻井液性能统计

3.2 现场工艺

(1)保持体系合理低膨润土相。三开采用充分水化的优质膨润土浆配制钻井液，MBT控制在6 g/L左右。通过采用2种大分子包被剂复配使用增强体系包被性，KCl与阳离子抑制剂配合增强体系抑制性，强化固控使用等措施，三开钻井液在钻揭大段软泥岩后MBT严格控制在13 g/L以内。

(2)KL9井盐膏层埋藏浅，盐膏层蠕变性强，平衡地层应力和盐膏层蠕变所须钻井液密度高。三开钻井液密度靠设计上限，保障井壁稳定。三开钻进时维护钻井液密度2.30～2.31 g/cm3，起下钻前维护钻井液密度2.32～2.33 g/cm3。

(3)维护钻井液合适的KCl、NaCl比例及Cl-含量。为达到盐层、盐质泥岩的适度溶解及对软泥岩的抑制目的，采用7%～15%KCl + 15%～22%NaCl的复合盐，使钻井液中Cl-总浓度处于饱和或过饱和、有足量游离K+含量状态、三开Cl-含量163 000～221 623 mg/L。

(4)维持钻井液中足够聚合物大分子浓度，保持体系不分散特性。杜绝引入任何分散性材料，使用0.5%～0.8%抗盐大分子聚合物复配胶液，在盐层采用低浓度、盐质泥岩和软泥岩段采用高浓度胶液细水长流维护。

(5)盐膏层钻进，因盐、膏的持续溶解等因素导致钻井液pH值降低。钻进时维护钻井液pH值采用少量均匀冲入石灰乳，保持钻井液pH值稳定在7～8，既有利于聚合物充分发挥效用，也避免高碱度增加泥岩分散风险。

3.3 现场应用效果

(1)软泥岩岩屑包被成形、完整性较好、不粘结成团。KL9井钻进中未发生软泥岩堆积堵塞防溢管现象，邻井KS603井采用聚磺钻井液钻进中，软泥岩岩屑返出地面时，粘结成团在井口附近持续堆积，频繁发生堵塞防溢管现象，停钻清理堆积的软泥岩浪费了大量作业时间。

KL9井三开用实钻软泥岩岩屑作清水、复合盐水(15%KCl+20%NaCl)、体系基液、柴油浸泡对比实验，见图1～图4。

图1 实钻褐色盐质泥岩岩屑

图2 柴油浸泡4 h用玻棒搅拌30 s情形

图3 浸泡初始情形

图4 浸泡4 h用玻棒搅拌30 s情形

实验结果显示软泥岩岩屑在柴油及体系基液中浸泡4 h搅拌30 s后保持较完整的形状,在盐水及清水中浸泡4 h搅拌30 s后基本分散了。表明该体系通过聚合物的强包被、高矿化度及K+的镶嵌达到了很好的协同抑制作用。

(2)井壁稳定，控制了盐膏层的缩径问题。KL9井二开电测地层倾角55°、三开盐膏层倾角50°，三开钻具组合在1 131～1 219 m井段带单扶正器、双扶正器，在1 219～2 297 m井段带1.25°～1.5°弯螺杆间断定向/复合钻进控制井斜等钻井作业情形下，短程起下钻及起下钻均通畅无阻卡。其中在钻进至1 505 m(裸眼长429 m)短程起下钻到底后因设备故障检修、钻具静止8 h的情况下井下正常。

4 结论与探讨

(1)超高密度复合盐聚合物环保型钻井液在塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带巨厚盐膏层及长段软泥岩成功应用，该钻井液体系包被抑制性强、抗污染能力强、润滑性能优良、性能稳定易于维护、环境相容性好。

(2)KL9井盐膏层井段起下钻过程中井眼畅通无阻，短程起下钻间隔时间最长5.67 d，有效地减少了拉划、短程起下钻频率，提高了钻井作业时效。解决了KL9井软泥岩强分散形成劣质固相剧烈污染超高密度钻井液的难题及软泥岩粘结成团堵塞防溢管的难题。

(3)超高密度复合盐聚合物环保型钻井液能有效降低钻井综合成本，具有继续突破密度高限、井温上限、井深下限的潜力，拓展了高密度钻井液体系、盐膏层钻井液技术思路。