熊雪莲 宋光明(中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院，四川 德阳 618000)

0 引言

中江-高庙构造施工井以上沙溪庙组或下沙溪庙组为目的层的Φ311.15mm井眼，上部蓬莱镇组，井深约1600m；以下沙溪庙组为目的层的Φ311.15mm井眼封上沙溪庙组中下部3000m左右。中江-高庙构造地质情况复杂，断层多，残存构造应力极其发育，岩石破碎且胶结强度极低，地层倾角大。

中江-高庙构造施工井中，在起下钻、测井时发生阻卡，由此增加划眼、通井工作量。其中Φ311.15mm井眼段每口井都遇阻卡。起下钻阻卡问题成了中江-高庙构造施工井提质提速提效的拦路虎。中江-高庙地区施工的以沙溪庙为目的层的井，每口井均存在起下钻遇阻划眼问题，蓬莱镇及以浅地层常遇泥团；以及深地层常遇井壁失稳产生掉块，起下钻遇阻卡问题；目的层水平段沙溪庙组顶部砂泥岩互层井段井壁失稳带来的起下钻组卡问题尤为突出。从2015年开始，着重钾石灰体系的室内研究及现场应用，逐年优选材料完善体系配方，至2019年，井下复杂情况逐年下降。

1 中江-高庙地区泥页岩膨胀试验

中江-高庙地区的岩屑水化膨胀量不是很大，但由于伊利石、蒙脱石的膨胀量不一致，易引起受力不均，极易导致泥页岩沿层理分散碎裂。取该区块岩屑，做岩屑膨胀率实验，实验结果如表1所示。

2 中江-高庙地区钾石灰聚磺防塌钻井液体系研究

2.1 中江-高庙区块钻井液技术难点

针对目的层沙溪庙组水平段钻井液技术难点，分析认为提高钻井液的封堵防塌、抑制润滑防卡性能是钻井液技术的重点。针对该地层水敏特性，采用小分子抑制剂NH-1、加入KCl以及包被抑制剂(FA367、KHPAM、HRH)，使体系具有抗盐、强包被抑制性；采用树脂-沥青类封堵固壁、固-液润滑等材料协同作用达到封堵防塌防卡的要求。

2.2 钾石灰聚磺防塌钻井液钻井液优化

根据目的层高压气层特点，确定钻遇水平段钻井液基础配方：2%～3%坂土浆 + 0.05%～0.1% KPAM + 0.05%～0.1% FA367 +0.05%～0.3% HRH + 0.1%～0.3% PAC-LV + 2%～3% FSL150-LV +3%～5% JNJS220 + 1.5%～3% SMP-Ⅲ + 1% FT-1 + 2% DYFT-2 +0.3%～0.5% NH-1 + 1%～3%聚合醇 + 5%～7% KCl + 0.3% CNLF1 + 0.3% CaO(简称“基浆”)。

2.2.1 封堵性能优化

高温高压砂床滤失实验对封堵剂进行优选。通过材料优选，选用超细碳酸钙CaCO3(800目：1200目：2500目=2:1:1)作为刚性粒子封堵剂；优选出FDFT-1、NS-1、FDM-1作为软性粒子并对其加量进行优化。测试1：采用71型高温高压失水仪评价。在滤网上放入与其内径面积一样大的纱布，倒入不同粒径的石英砂压平，再倒入配制好的钻井液，按高温高压失水方法测定滤失量记录数据FL1，实验条件150℃/30min，压差3.5MPa，待冷却后缓慢倒出杯体钻井液，注入蒸馏水，在相同条件下测定滤失量记录数据FL2。测试2：测定体系配方中压失水记录数据FL3，并记录初失水时间，结果如表2所示。

由表2得出，添加单剂对体系封堵均有显著效果。而采取刚性离子和软性粒子协同使用使用效果更佳。基于成本考虑优选配方1：基浆+2%CaCO3+1.0% FDFT-1+1.0%NS-1+0.5%FDM-1。

表1 岩屑膨胀率实验

表2 封堵防塌剂优选实验

2.2.2 润滑性能优化

目的层沙溪庙绝大多数为水平段钻进，钻井液密度高，必须加强水平段润滑性能，通过材料优选出高密度极压润滑剂、钻井液用套管减摩剂、RH-220、RH200、固体润滑剂石墨粉作为润滑剂，OP-10为乳化剂；加重至2.00g/cm3，对加量优选，如表3所示。

由表3得出，在配方1加重后基础上，单剂对摩阻具有明显降低效果，使用固-液协同的润滑性能明显优于单剂，基于成本，优选出固-液协同润滑的配方2：配方1+0.5%高密度极压润滑剂+3%RH-200+2%RH-220+0.5%钻井液用套管减摩剂 +1%石墨粉+0.5%OP-10，密度2.00g/cm3。

2.2.3 抑制性评价

对配方2做页岩膨胀性实验和岩屑滚动回收率，评价体系的抑制性能，结果如表4所示。

由表4得出，配方2的页岩膨胀率显著低于清水，二次页岩回收率达98.7%，说明该体系的抑制性优良。

表3 固液协同润滑性能优化

表4 抑制性能评价

2.2.4 高温沉降稳定性

通过高温热滚来评价体系的流变性和沉降稳定性。测量沉降稳定性方法：将体系在150℃下热滚16h、24h、48h、72h后，静置24h，测上下密度差值，以及全套性能。由实验得知，体系热滚前后粘切和失水均无大的波动。动切力均大于14 Pa，上下密度差为0，沉降稳定性好，能满足水平段钻进过程中所需的良好携砂性能。

3 江沙33-44HF现场应用

3.1 江沙33-44HF基本情况

江沙33-44HF井，是川西采气厂在四川盆地川西坳陷东部斜坡回龙构造部署的一口水平井，完钻井深为3566m，完钻层位为下沙溪庙组。

该井导管钻进使用Φ444.5mm钻头，钻至井深422m，顺利下套管固井顺利；使用Φ311.2mm钻头一开钻进，钻至井深422m，一开完钻，下套管至井底固井；使用Φ241.3mm钻头二开钻进至2614m；使用Φ152.4mm钻头三开钻进钻至井深3566m，钻头出井口全井完钻。

3.2 钻井液体系的维护与处理重点

抑制性强化：在上部泥岩为主的井段增加大分子抑制剂含量，配合小分子的聚合物，增强抑制性同时控制滤失量。一开井段(泥岩段)控制K+含量＞25000mg/L，同时加入小分子抑制剂NH-1。二开井段(砂、泥岩互层)控制K+含量＞18000mg/L。

封堵性调整：优选不同软化点的沥青，同时配合其他封堵材料，以适应地层不同孔隙或微裂缝的需要。

强化钻井液的失水造壁性：控制好HTHP以及API失水，尤其是易垮塌或已发生井壁失稳的井段，HTHP(150℃)滤失量≤7.0mL，API滤失量≤3.0mL。

控制好合理的钻井液密度：根据实钻情况结合以往的施工井取得的成功经验，在钻进过程中随地层的变化，阶梯式的提高钻井液密度。在蓬莱镇组密度控制在1.56～1.88g/cm3，遂宁组密度控制在1.84～1.90g/cm3，沙溪庙组密度则控制在2.0～2.05g/cm3，避免因钻井液物理支撑不够而导致的井壁失稳。

3.3 应用效果分析

江沙33-44HF，使用钾石灰聚磺防塌体系，做到提前防塌、强化治塌，在水平段能保证井眼清洁，防粘卡，整个二开井段钻井过程中未发生起下钻遇阻及划眼情况。

4 结语

通过抑制性、封堵性、润滑性的优化，得出了中江-高庙地区水平井防塌钻井液配方为：2%～3%坂土浆+0.05%～0.1%聚丙烯酰胺钾盐(KPAM)+0.05%～0.1%两性离子聚合物包被剂(FA367) +0.05%～0.3%有机高分子絮凝剂(HRH)+0.1%～0.3%聚阴离子纤维素(PAC-LV)+0.3%～0.5%聚胺抑制防塌剂(NH-1)+2%～3%抗高温改性淀粉(FSL150-LV)+3%～5%改性天然沥青树脂复合物(JNJS220)+1.5%～3%磺化酚醛树脂(SMP-Ⅲ)+2%沥青树脂复合物(DYFT-2)+1%磺化沥青粉(FT-1) +1.0%封堵防塌剂(FDFT-1)+1.0%纳米封堵剂(NS-1)+2%超细碳酸钙(CaCO3)+0.3%抗高温减稠剂(CN-LF1)+0.5%高密度极压润滑剂+3%抗高温抗盐油基润滑剂(RH-200)+2%改性油酸酯润滑剂(RH-220)+0.5%钻井液用套管减摩剂+1%石墨粉+1%～3%聚合醇+0.5%OP-10+0.5%成膜封堵剂(FDM-1)+5%～7% KCl+0.3%CaO，根据井深及地层调节密度及加量。

中江-高庙地区施工井中，合理的钻井液密度是确保井壁稳定的关键点之一。

通过江沙33-44HF现场应用表明，二开定向及水平井段的井壁失稳问题已经基本解决。