董平华，黄新平

(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部 天津300457)

综合阳离子钻井液体系在JZ25-1SA区块的研究及应用

董平华，黄新平

(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部 天津300457)

针对JZ25-1SA区块难点，先后尝试了PEC、PEM钻井液体系，后期引进阳离子体系，经过不断的细化和优化，形成了综合阳离子体系及针对 JZ25-1SA区块的操作工艺。综合阳离子体系具有优良的携砂、防塌、封堵性能和合适的抑制性能。

JZ25-1SA区块 综合阳离子体系 携砂性能 防塌封堵性能 抑制性能

JZ25-1SA区块是渤海辽东湾的高产区块，但是由于此区块井贯穿层位较多且各个层位都有自己鲜明的特点，给钻井工程方面造成了起泥球、垮塌、钻进期间蹩抬钻具、倒划眼时憋压蹩扭矩、起下钻困难等复杂情况。针对本区块难点，先后尝试了 PEC、PEM钻井液体系，阳离子体系，经过不断的细化和优化，最终形成了综合阳离子体系及针对 JZ25-1SA区块的操作工艺。综合阳离子体系具有优良的携砂、防塌、封堵性能和合适的抑制性能。

1 地层特点及钻井液技术难点

①明化镇组，浅灰色砂砾岩、细砂岩夹少量绿灰色泥岩。岩性疏松，孔隙度高，渗透性好，易渗漏，易形成大肚子井眼，造成携砂困难，为形成泥球留下隐患。②馆陶组，浅灰色、灰色含砾中砂岩，砂岩夹少量深灰色泥岩。孔隙度高，渗透性好，由于地层压力的不同，特别是长裸眼的情况下，在馆陶组易形成压差厚泥饼，造成假缩径及起下钻阻卡现象，甚至造成卡钻事故。③东营组，大段绿灰色、深灰色泥岩。东营组泥岩分散性强，钻井液的流态由于有害固相的侵入而不稳定，而且层理发育，由于滤液的侵入以及应力的变化，易形成垮塌现象。④沙河街组，灰色泥岩、褐灰色泥岩与灰色粉砂岩不等厚互层。沙河街组的砂泥岩互层造成地层的可钻不均质性，在钻进的过程中易形成台阶。同时，沙河街组泥岩造浆能力强，易水化膨胀，砂岩的渗透性高，造成了沙河街组的井眼不规则，倒划眼起钻过程中憋压、蹩扭矩现象严重。

2 钻井液体系的选择和优化

2.1 本区块使用的体系及各自体系的特点

本区块先后使用了 PEM、PEC、阳离子和综合阳离子钻井液体系，其各自表现出了其本身的优缺点。

2.1.1 PEM钻井液体系

此体系抑制性强，流变性能稳定，能有效防止泥包，达到较好的封堵性能，失水较小，钻井液滤液侵入浅。但抑制性较强，造成井径相对规则，井壁较硬脆，起下钻过程中憋扭矩现象明显，容易形成剥落掉块，动切力及三六转粘度较低，随着井斜以及井深的增加，不能及时有效地将岩屑携带干净，造成岩屑滞留井内，以致钻进过程中有憋压、憋扭矩现象，起下钻时划眼困难。

2.1.2 PEC钻井液体系

此体系可提供较好的携砂和悬浮能力，对地层及岩屑实行软抑制，机械钻速较快，井壁及岩屑较软，减小了倒划眼起钻的难度。但是 PEC钻井液抑制性相对较弱，不能有效抑制东营组泥岩的分散，粘度和密度上涨明显，钻井液流变性能变化较大，不易控制，增加工作量，同时岩屑较粘软，易粘结成团和粘附井壁，导致钻进过程中及倒划眼起钻时常有憋压、憋扭矩现象。正电胶的加入以及有害固相的侵入也会导致PEC钻井液的失水偏大。

2.1.3 阳离子钻井液体系

引入 PF-CPI(改进型，Mutif)为主剂，对粘土采取部分抑制，部分分散的措施。本体系可提供较好的携带能力，返砂较PEC体系有所改善，抑制性较PEC体系稍强，增加了钻井液流变性能的可操作性，但仍不能有效抑制东营组泥岩的分散，粘度和密度易上涨，流变性能不易控制。岩屑较粘软，易粘结成团和粘附井壁，导致钻进过程中及倒划眼起钻时常有严重的憋压、憋扭矩现象。而且 PF-CPI的加入引起粘切上涨，失水增大，并且失水不易降低。

2.1.4 综合阳离子钻井液体系

针对阳离子体系出现的问题，我们对阳离子体系做了进一步的改进，引入 K＋和聚合醇，配合阳离子抑制剂，进一步提高钻井液的抑制性；适当降低 PFCPI的加量，引入适量正电胶调节切力；引入非离子降失水剂进一步降低失水，并对钻井液施工工艺做了些微调整，逐步形成了现在的综合阳离子体系的操作方案。K＋和聚合醇配合阳离子抑制剂，进一步加强了抑制性，钻井液流变性能稳定，易于控制和调整，钻进过程中的返砂增多，且岩屑成型，倒划眼过程中的憋卡问题得到明显改善；推迟转化深度，使砥砺岩阶段的起下钻情况有所改善，材料配伍性明显，实现较好的封堵性能，失水得到有效的控制。

2.2 材料的选择和作用

2.2.1 聚合醇的选择

本体系充分利用了聚合醇的抑制、防塌、润滑性能，通过稳定井壁、抑制钻屑水化分散而达到稳定钻井液性能、降低钻具扭矩、保护油气层的目的。聚合醇是一种非离子表面活性剂，具有浊点效应，当温度高于浊点温度时，发生相分离而从水中析出，形成憎水膜聚集在粘土表面，抑制泥页岩的水化膨胀。聚合醇可增大滤液的粘度、降低滤液的化学活性，抑制页岩的水化分散。同时聚合醇吸附于固体颗粒与钻具表面类似油相的分子膜，可以改善钻井液的润滑性能，且有效降低钻井液的塑性粘度，对钻井液的流变性能调节起到了一定的作用。

2.2.2 无机盐氯化钾的选择

本体系加入少量无机盐氯化钾，利用无机盐和聚合醇的协同增效效应，增强钻井液的弱抑制和防塌效果。

2.2.3 阳离子抑制剂的选择

本体系采用阳离子抑制剂PF-CPI和包被抑制剂PF-PLH对岩屑进行有效的包被，防止岩屑的粘结和分散。

2.2.4 有机正电胶的选择

本体系保留 PEC体系中的正电胶，但是其加量减至最低，在加量很小的情况下，它便可以给钻井液提供一定的微弱结构，故它的主要作用为调节钻井液的粘切，以最大限度地保证携砂。

2.2.5 降失水材料的选择

本体系采用阳离子淀粉 PF-FLOCAT和非离子型降失水剂PF-CPA作为主要降失水剂，尽量保证钻井液体系的阳离子环境，降低钻井液的滤失量。同时体系中加入磺化沥青 PF-DYFT和成膜封堵剂 PFLPF，加强钻井液的封堵性能。

3 现场应用

3.1 综合阳离子钻井液体系典型配方(见表1)

表1 综合阳离子体系典型性配方Tab.1 Typical formula for the integrated cation drilling fluid system

3.2 操作工艺

3.2.1 平原及明化镇组钻进

上部平原组和明化镇组地层，砂岩为主，结构松散，井眼容易出现垮塌，形成大肚子井眼，采用高粘度高切力的膨润土浆，提高携砂能力，稳定井眼，有利于安全钻进，配合 PF-SEAL和 PF-SZDL预防渗漏，保持高的pH值，促进少量泥岩的分散，以便及时清除。

3.2.2 馆陶组钻进期间

馆陶组为沙砾岩，机械钻速缓慢，利用这段时间转化钻井液体系为综合阳离子体系，加强封堵，为进入东营组做好准备。钻穿馆陶前 30～50,m开始转化泥浆，转化前控制搬含小于 40,g/L，首先在一个循环周内均匀加入PF-PAC HV和PF-XC H对海水膨润土浆护胶，之后同样在一个循环周内补充剪切稀释好的转化胶液。转化完成后调整钻井液性能，钻井液中加入 PF-SZDL，提高承压能力，出馆陶前提高密度到1.26,g/cm3。密度到位后，用PF-JMH-YJ提粘切，控制粘度在 65,s/qt以内，及时向井浆中加入 PF-LUBE、PF-JLX C，并一次性提高含量至 3%以上，提高泥浆的润滑性、抑制性，KCl以胶液形式加入，控制 K＋大致在5,000,mg/mL左右。

3.2.3 东营组钻进期间

主要调节钻井液对东营组泥岩的有效抑制性和携带性能，保证钻井液的清洁，同时控制失水，保证泥饼质量，稳定井壁。维持胶液正常补充，维持 PFLUBE、PF-JLX C 的含量，维持 K＋在 7,000～8,000,mg/mL，维持 PF-PLH和 PF-CPI的有效含量，以对东营组泥岩进行有效弱抑制，粘度控制在 55～65,s范围内，动切力大于12,Pa，动塑比0.38以上，保证优良的携砂性能，如粘切偏低，可点入少量 PFJMH YJ，提高粘切。

3.2.4 沙河街组钻进期间

流变性能相对容易控制，但是砂泥岩互层容易形成不规则井眼，提高对泥岩抑制性的同时要加强封堵，随着井深的增加，保持优良的流变性能，维持动塑比，以保证携带。所以在进入沙河街之前，可适当降低胶液中 PF-PLH 含量至 4～5,kg/m3，K＋含量5,000～6,000,mg/mL，依然维持 PF-JLX C 的含量不低于3%，同时加大封堵材料PF-DYFT和PF-LPF的含量，为配合排量降低可适当调整粘度在 62～65,s/qt。

4 应用效果

4.1 适当有效的抑制性

体系采用弱抑制的理念，主要应用聚合醇、PFCPI和 PF-PLH的抑制作用，同时配合适量无机盐氯化钾，利用其和以上材料的协同作用，控制钻井液流变性能，对岩屑进行弱抑制，防止泥球、掉块的形成，避免井壁硬脆现象，保证井壁稳定，倒划眼起钻期间的蹩扭矩现象有明显改善，大大提高了起下钻时效。

图1 A4H井，东营组钻屑，综合阳离子体系Fig.1 A4H Well，drilling cuttings of Dongying formation created by the integrated cation drilling fluid system

从图1我们可以看出，综合阳离子体系抑制的钻屑基本成型，但岩屑的硬度并不大，岩屑存在部分分散，但经过固控设备可以清除，保证了钻井液的稳定。

4.2 良好的降失水和封堵性能

综合阳离子体系主要降失水材料为非离子型降失水剂 PF-CPI，并配合 PF-DYFT、PF-LPF和 PFGRA，有效控制钻进液的失水，保证泥饼质量，同时聚合醇增加滤液的粘度，降低滤液的活性，进一步降低失水对井壁稳定的影响。

图2 JZ25-SA部分井的垂深失水曲线Fig.2 Filtration loss-vertical depth graph of some wells in JZ25-SA

由图2我们可以看出，自转化为综合阳离子体系之后，钻井液的失水基本控制在 3～5,mL，并随着井深的增加，失水呈现下降趋势。

4.3 优良的流变性能

综合阳离子体系的阳离子环境能够保持钻井液较高的动切力和三六转，同时聚合醇和润滑油在细微颗粒间的吸附，可以降低钻井液的塑性粘度，在较好的固控条件下，保证较大的动塑比，对水平井携砂起到关键作用。

表2 JZ25-1SA4H井钻井液流变性能表Tab.2 Drilling fluid rheological properties of JZ25-1SA4H Well

图3 J-Z25-1SA4H井综合阳离子钻井液流变性能曲线Fig.3 Integrated cation drilling fluid rheological property graph of JZ25-1SA4H Well

从表2和图3我们可以看出，综合阳离子钻井液体系的粘度稳定在 60,s/qt左右，随着钻进井深的及钻井时间的增加，动切力和三六转缓慢下降，塑性粘度缓慢增加，动塑比有下降趋势，但 YP依然维持在12,Pa以上，三六转维持在5,mPa.s以上，动塑比维持在0.36以上，总体表现出流变性能的稳定性。

4.4 起下钻效果明显

经过不断的优化和细化钻井液方案，同时加上完善的钻井工程措施配合，JZ25-1SA区块起下钻期间的憋压、蹩扭矩及阻卡现象明显减少，起下钻时效得到明显的改善。

从图4可以看出，12 1/4"井段的平均起钻速度有了大幅提高，提速效果显著。

图4 PEM和综合阳离子钻井液体系平均起钻速度对比Fig.4 Average drilling speed comparison between PEM and the integrated cation drilling fluid system

5 总结及建议

针对JZ25-1SA区块的地层特点及技术难点，综合阳离子钻井液体系进行了合理的材料选择和操作工艺的优化，有效提高了钻井时效及起下钻时效，缩短了钻进井周期。

［1］杜小勇，张宁. 正电型“双保”钻井液技术在轮古地区的应用[J]. 钻采工艺，2004，27(6)：76-78.

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［5］熊腊生，许京国，张松杰. 环保型正电聚醇钻井液在大港油田的应用研究[J]. 钻井液与完井液，2006，23(5)：36-39.

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Research and Application of an Integrated Cation Drilling Fluid System in JZ25-1SA Oilfield

DONG Pinghua，HUANG Xinping
(Oilfield Chemical Division of China Oilfield Services Ltd.，Tianjin 300457，China)

To tackle difficulties encountered in the JZ25-1SA Oilfield，PEC and PEM drilling fluid systemswere tried successively，and then a cation drilling fluid system was introduced. Through correction an optimization，an integrated cation drilling fluid system was formed and operating processes for the oilfield were developed. Thissystem features good capacity of sand-carrying and good properties of anti-sloughing，sealing and moderate rejection.

JZ25-1SA oilfield；integrated cation drilling fluid system；sand-carrying capability；anti-sloughing and sealing capability；rejection property

TE254

A

1006-8945(2014)10-0042-04

2014-09-10