冀中油区超深井武清1井钻井液技术

冀中油区超深井武清1井钻井液技术

胡围焱  刘娅飞

渤海钻探第二钻井工程分公司技术服务中心  河北省廊坊市  065007

摘要：武清1井是中油集团公司在冀中地区部署的一口超深风险探井，完钻井深6007m，最大井斜33.43°，水平位移1778.42m，斜井段长3781m，井底温度189℃，钻井液密度1.89g/cm3，期间钻遇玄武岩、白云岩、紫红色泥岩、灰岩等多种特殊岩性，施工难度大。针对武清1井地层特点以及满足井壁稳定和抗高温等钻井液性能的需要，优选复合盐钻井液体系进行施工，有效解决了高温稳定、井壁防垮、井眼净化、定向托压等难题，保证了武清1井的安全施工，实现了钻井周期119.79天，钻完井周期178天，平均机械钻速7.04m/h，钻机月速1012.98m/台月，深井段双筒取芯收获率100%的成绩，创武清凹陷最快机械钻速、最短钻井周期纪录。

关键词:超深井；钻井液；高密度；井壁防垮；井眼净化

前言：随着油气资源的勘探和开采向深部地层发展，钻遇高温高压地层的几率逐渐增大，可以预见今后对抗高温、高密度钻井液的需求将会逐渐增大，本文通过研究总结冀中地区超深井武清1井的钻井液技术应用，对抗高温、高密度钻井液的在冀中地区的技术难点和性能调控技术进行研究，形成一套适用于冀中区块深井、超深井的抗高温、高密度水基钻井液体系，为二公司今后在冀中市场承钻井底温度高，压力系数大的深部油气资源的开采提供钻井液技术支撑。

1  工程概况

武清1井自上而下钻遇地层分别为平原组，明化镇组、馆陶组、东营组、沙河街组、孔店组，主要岩性为砂岩、泥岩、砾岩、紫红色泥岩、玄武岩、炭质泥岩、泥灰岩为主。武清1井井身结构：Φ444.5mm×1201m+Φ339.7mm×1200m，Φ311.2mm×4052m+Φ244.5mm×4050m，Φ215.9mm×6007m。

2  钻井液技术难点

2.1 高温稳定性

根据地温梯度预测，武清1井井底温度达189℃。在超深井施工中，钻井液的各种性能随着井温的升高而变化，如果钻井液抗温能力不足，高温会使深井钻井液性能恶化，钻井液的抗温能力和热稳定性是保证武清1井安全施工的关键。

高温对钻井液性能影响较大的处理剂包括抗高温分散剂和抗高温的降滤失剂等，本文仅对目前二公司现有的抗高温降滤失剂进行优选。

2.2 井壁稳定

武清1井需钻穿馆陶组底砾岩、沙一段大套含膏泥岩、沙四段5114-5376米大套玄武岩和高压盐水层。在钻遇大段膏泥层、高压盐水层时大量无机盐污染钻井液，使钻井液的粘度、切力升高，失水增大，同时会因为失水较大导致水敏性掉块，造成井径扩大或井下复杂，为了应对上述复杂情况，武清1井采取向钻井液中加入工业食盐的方法（即复合盐体系），使复合盐钻井液具有更强的抗盐能力和抑制性，与淡水基钻井液相比更有利于井壁稳定。

2.3 井眼净化

武清1井一开311.2mm钻头钻至1201m、二开311.2mm钻头钻至4052m，裸眼段长、环空返速低，要求钻井液的携岩能力满足低上返速度的条件下的安全施工需要。如何调整合理的流变参数，尤其是提高低减切速率下的粘度和动塑比，有效携带出井内岩屑，保持井眼清洁，就显得极为重要。

2.4 润滑防卡

武清1井是一口三段制大位移井，最大井斜33.43°，水平位移1778.42m，斜井段长3781m，大井眼定向井段托压、长稳斜井段减扭降摩，对钻井液的润滑性能提出较高的要求。武清1井钻井液密度1.89g/cm3，高密度钻井液普遍存在摩阻大的问题，需要优选出与体系配伍的润滑防塌材料，以提高钻井液的润滑性、稳定性，保障施工需求。

3  钻井液配方优选及其性能评价

3  体系配方确定

3.1 主要降滤失剂

通过室内实验，筛选目前在用的抗温处理剂，Redu1、Redu2实验结果较好，其中Redu2是在Redu1降滤失剂的基础上，通过优化官能团比例合成的降滤失剂，保持吡咯烷酮基团比例不变，减少N,N-二甲基酰胺基团比例，减少粘度效应，解决增稠问题，三元协同增效作用抗温达180-200 ℃。

实验结果可得知Redu1降滤失效果较好、Redu2抗温性能优秀，形成的泥饼致密。

3.2 主要防塌剂

通过室内实验，筛选目前在用的防塌处理剂，主要为抗盐防塌剂KJAN、白沥青，固壁剂等，通过在氯根6万的盐水钻井液中加入，进行实验对比。

通过实验数据可以看出白沥青实验结果较好，在抗温、降滤失、形成泥饼润滑坚韧度、对体系影响等方面均优于其他两种常用防塌剂。

3.3 主要润滑剂

筛选目前在用的润滑处理剂，主要为乳化沥青、液体润滑剂两种，以降低摩阻为参考点，进行实验对比。

从实验结果看乳化沥青效果较好，加量3%时粘附系数降低率83.30%，液体润滑剂加量超过1.5%后，摩阻反而增大。武清1井施工期间使用了乳化沥青，但后续施工井因为环保问题，乳化沥青已经禁用，暂时使用液体润滑剂和塑料小球进行降摩阻，新型润滑材料正在寻找。

3.4体系配方

根据泗探1井施工配方、泥浆公司盐水配方、二公司在青海自主的盐水钻井液配方综合考虑，进行复合盐体系组方实验对比。以武清1井4500-6000m地层，抗温180 ℃，钻井液密度≤1.90 g/cm3为目标，选用≥4.20 g/cm3的BaSO4作为加重剂。形成不同配方的复合盐钻井液配方评价，具体钻井液配方如下：

1#

4%膨润土+8～10%NaCL/KCL+0.3～0.6%IND30/FA367+0.3～0.5%NH4-NPAN+0.5～1%Redu1+0.2～0.3%SO-1+0.3～1%%PAC-LV/HV+1～1.5%SMP-2/WGF-1+1%KJAN+1%LK-4+2～3%液体润滑剂+1%固体润滑剂+BaSO4(泗探1井配方）

2#

4%膨润土+8～10%NaCL/KCL+0.3～0.5%IND30/FA367+0.5～1%Redu1+0.6～1.2%Redu2+1.5～2%乳化沥青+1～1.5%聚合醇+1～1.5%白沥青+0.5～1%液体润滑剂+1%超细碳酸钙+BaSO4（武清1井配方）

3#

0.2%NaOH+2.5%BZ-TQJ+2%BZ-KLS-Ⅲ+4.5%Redu200+3.5%BZ-YFT+3%BZ-YRH+2%YX+40%BZ-YJZ-I+40%BZ-YJZ-II+BaSO4。（泥浆公司有机盐配方）

通过实验数据可得出1#、2#、3#配方均能够在180 ℃条件下有效地控制钻井液滤失量在合理范围，保障体系稳定。

但从实验各项数据、处理剂拥有、钻井液成本、体系应用成熟度等综合进行考虑，选择2#体系配方应用于武清1井施工，该体系抑制性强、抗温能力高，在高温、高密度体系具有良好流变性能，满足深井施工。

4  钻井液现场施工

4.1钻井液配方

4.4.1二开钻井液配方：

4%膨润土+8～10%NaCL/KCL+0.2～0.3%FA367+0.5～1%铵盐+0.5～1%PAC-LV+1～1.5%改性沥青+1～1.5%液体润滑剂+BaSO4

4.1.2三开钻井液配方：

4%膨润土+8～10%NaCL/KCL+0.3～0.5%IND30+0.5～1%Redu1+0.6～1.2%Redu2+1.5～2%乳化沥青+1～1.5%聚合醇+1～1.5%白沥青+0.5～1%液体润滑剂+1%超细碳酸钙+BaSO4

4.1.3武清1井现场实钻钻井液性能

表3. 武清1井实钻钻井液性能

由表可见，武清1井钻井液性能稳定，封堵、防塌性能强，返出砂样比较规则，说明本体系的抗温性、防塌性、抑制性、封堵性等方面均达到了预期的标准。

4.2施工过程出现的问题

4.2.1 漏溢同层

武清1井分别在4309m-4326m、4956m-5085m钻遇两套设计外的高压水层，钻至5567m发现水侵，钻井液密度1.79g/cm³不能压稳地层，提至1.85g/cm³发生漏失，密度窗口窄，经取水检测，地层水为淡水。

①为提高钻井液的抗水冲释能力，提高钻井液粘度至80s以上，并逐步提高钻井液密度至1.82g/cm3压稳水层。②使用600目超细碳酸钙和纳米封堵材料，提高地层承压能力。③提高各处理剂加入量，总量提高0.5%，降低API、HTHP滤失量，提高钻井液水容限。④为防止水侵导致井壁失稳，并每次起钻前均使用抗高温降滤失剂、防塌剂配制100s以上的稠塞封闭裸眼井段，起下钻均顺利，保障了水层施工时井下、井控双安全。

4.2.2 沙四段钻遇38m连续辉绿岩

武清1井分别在5227-5265m钻遇连续38m辉绿岩，岩性密度高，易垮塌。邻井泗探1井也钻遇2层共计7m辉绿岩，井下掉块蹩卡现象严重。

①钻进期间使用润滑防塌剂聚合醇提高钻井液的粘切和动塑比，粘度控制在85-95s，Φ3数值提至4-6，动塑比达到0.6Pa/mPa.s。②每次短起下前使用30m3粘度100s稠塞清扫井眼，防止火成岩掉块无法带出。③加入1%单封和1%细目碳酸钙，提高地层承压能力，防止火成岩层段井漏。④出现井壁掉块现象时，采取先加入防塌剂1.5%提高钻井液造壁能力，使用Redu2降低高温高压滤失量，然后再逐步提钻井液粘切保障携岩，安全钻穿了火成岩层段。

4.2.3 三开施工扭矩最大35KN.M

武清1井钻至井深5600m以下地层，钻遇紫红色泥岩后，施工扭矩由原来26KN.M快速升高至35KN.M，但无粘卡显示，分析主要原因为稳斜段过长，施工时钻具屈曲或粘贴井壁导致。

①钻进期间随钻补充乳化沥青0.5-1%，聚合醇1.5-2%，降低高温高压滤失量≤12ml，同时形成带有油化膜的泥饼，降低摩阻。②三开段裸眼段长，为防止钻井液老化，钻至5300m以后，起钻期间配制30m3新浆，下钻到底清放角罐后均匀混入井内。③钻进期间控制粘切，粘度维持在85-95s，Φ3数值达到6-8，动塑比最高达到1.0Pa/mPa.s，保障携砂。④振动筛使用200目筛布，除砂器除泥一体机使用率不低于20%严格监控含砂量，入口含砂量不超过0.2%，出口含砂量不超过0.3%，含砂超标后，使用稠塞清扫井眼，并配合循环除砂，降低含砂量高导致摩阻大。⑤钻组组合中加入水力振荡器，利用新工具进行定向。⑥滑动钻进期间发生托压现象，采取将液体润滑剂、小球加量各2%配成10m3，以过段塞方式泵入环空同时在转动钻具60r/min，然后进行滑动钻进，有效解决了托压问题，5700m以上地层扭矩控制28KN.M以下。

4.3  应用效果

4.3.1 抑制性强。实钻过程中岩屑返出完整、规则、不分散、钻头切削痕迹明显。

4.4.2抗温性强。实钻过程中高温高压滤失量较小，检测HTHP滤失量（150℃）低于10ml，抗温性能稳定。

4.3.3 防塌性强。钻遇特殊岩性多（玄武岩、白云岩、凝灰岩、辉绿盐、紫红色泥岩），施工过程中岩屑返出量正常，起下钻通畅，取芯顺利，多次中途电测、中完及完井电测无阻卡现象，携岩和洗井效果好。

4.4取得成绩

4.4.1 武清1井全井纯钻853.5h，机械钻速7.04m/h，对比泗探1X井机械钻速4.03m/h（同井深），提速74.69%。

4.4.2 武清1井钻井周期119.79天，对比泗探1X井同井深施工周期174.92天（剔除三开中完作业及四开准备时间），节约55.13天，提速31.52%。

4.4.3武清1井 5300m以下地层钻井取心两次，收获率均100%，其中深部地层双筒取芯获得甲方感谢信。

5  认识与建议

5.1 复合盐钻井液抑制能力强，既能提供防水敏性垮塌的K+，又能提供高矿化度的CL-，防塌、抑制更强，成本较低、满足冀中深井和超深井施工。

5.2 复合盐钻井液抗温能力强，复合盐（无机盐）体系抗温达到189℃，高温高压滤失量可控制在10mL以下，满足钻井液抗高温需求。

5.3 通过使用流型调节剂提高Φ3数值和动塑比，配合过稠塞打封闭等措施，提高了携岩和洗井能力，有效解决了大井眼、低返速下的井眼净化问题。

5.4 定向托压时，通合理配置固液润滑材料，一般为10-15m3，总浓度不低于4%，以过段塞方式可减轻托压问题。

5.5易漏同层钻进时，要适当提高钻井液粘切、降低滤失量，防止水冲释钻井液导致井壁失稳。

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