聚硅醇非渗透钻井液在元陆 4 井的应用
摘要：川东北元陆区块地层构造复杂、油气压力系数高，是钻探难度较大的地区之一。该区块自流井、须家河多存在高压气层，钻井液密度常达到 2.0g/cm3 以上，这就要求使用性能优良的高密度钻井液钻进。聚硅醇非渗透钻井液体系，既有聚合物钻井液的强抑制性，又有良好的封堵性和较强的抗污染能力，在元陆区块广泛应用。
关键词：川东北；元陆区块；聚硅醇非渗透钻井液
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2013）05-0195-01
1 川东北地区地层特点
1.1 侏罗系自流井组
侏罗系自流井组岩性为泥页岩与砂岩混层，岩石破碎、胶结性差。粘土矿物组分以伊利石和伊蒙混层为主，属低活性的脆性地层，部分构造存在异常高压，元陆 4 井自流井组，油气压力系数高达 2.0。
1.2 上三叠系须家河组
上三叠系须家河组岩性以灰色泥岩与砂岩混层为主，底部有石英砂岩和含砾砂岩。存在多套不同压力系数的高压高产气层和漏层，地层压力系数难以准确预测，一般在 20 以上，部分邻井达到 2.3。
2 钻井液技术要求
川东北元陆区块对钻井液的技术要求如下：
（1）钻井液流变性能，要求其粘度、切力在悬浮稳定的基础上尽可能低，并且保持稳定，以保证尽可能小的环空循环压耗，避免过高的压力波动。
（2）钻井液密度可调范围大，具备可持续加重能力，在 1.30～2.50g/cm3 范围内可任意调整。
（3）钻井液防粘卡性能强，川东北地区常存在同一裸眼多套压力系统，且压力梯度相差悬殊，高低压力层交错出现，这就要求高密度钻井液的滤失造壁性强，防粘卡性能好。
（4）鉆井液抗污染能力强，特别是抗酸性气体污染能力强。川东北地区多数构造中含 CO2 气体。元陆 2 井、元陆 4 井钻井液碳酸氢根含量峰值均在 20000mg/L 以上。
（5）钻井液抑制性强，保持较高的聚合物含量，抑制粘土颗粒高温下分散，从而减少钻井液中亚微米粒子的含量。
3 钻井液技术思路
钻井液的研究始终围绕着一个问题，即在保持其胶体相对稳定的前提下抑制粘土的水化分散，但目前常用的无机盐和有机抑制剂，在增强体系抑制性的同时均有不同程度的不利于钻井液本身胶体稳定性的问题存在，这就需要加入大量钻井液稳定剂以改善变差的钻井液流变性和滤失造壁性，而这些处理剂的加入会削弱其抑制性。聚硅醇非渗透钻井液体系很好的解决了这一问题，既有聚合物钻井液的强抑制性，又有良好的流变性和密度可调性，选用合适的聚合物，使钻井液体系适度分散的同时又具有强抑制性和封堵性。
4 钻井液配方
经反复大量的室内试验研究出了适应川东北深井钻进的一种适度分散的强抑制、强封堵聚硅醇非渗透钻井液体系，其典型配方为：预水化好般土浆 +PAM+XY-27+SMP +SPNH+FF-2+ 非渗透 + 聚合醇 + 硅酸钠 + 润滑剂 + 加重剂。其中聚合物采用大小分子复配，XY-27 是一种两性离子聚合物降粘剂，具有强抑制性的同时有较好的降粘作用。使用磺化酚醛树脂、褐煤树脂提高体系的抗温能力、抗污染能力。使用非渗透处理剂有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩层，促使动滤失量降低进而使井壁稳定。
5 现场应用
5.1 元陆 4 井概况
元陆 4 井是中石化南方公司在川东北元坝中部断褶带花丛圈闭第一口预探井。承钻单位胜利石油管理局西南石油工程管理中心 70562SL 钻井队，该井于 2010 年 8 月 28 日 8：00 使用 Ф406mm 钻头一开，于 2011 年 5 月 4 日 6：00 钻达井深 4735.00m，完钻，该井施工顺利，无井下事故，电测、下套管均一次成功。
5.2 元陆 4 井钻井液体系选择
针对以上地层特点，钻井液必须满足以下要求：（1）具有良好的携岩洗井能力和护壁能力。（2）具有很强的抑制能力和抗盐、抗钙、抗高温能力。（3）具有良好的润滑防卡和防塌能力。（4）能很好地保护油气层，减少油气层损害。本井进行大量室内试验，优选钻井液配方，最终采用钻井液类型为：聚硅醇非渗透钻井液体系。
5.3 元陆 4 井钻井液维护及处理
（1）钻井液准备工作。
三开前，充分利用二开中完时间，处理钻井液，使用离心机并配合高浓度聚合物胶液降低钻井液般土含量，将般土含量逐步降低至 20-30g/L。利用钻塞时间补充钻井液中聚合物含量，大量加入聚合物胶液，随着钻井液中聚合物含量提高，钻井液塑性粘度上升，动切力下降，加量集中段甚至为零或负值，从而使钻井液抑制性得到极大的提高。
（2）钻井液转换工作。
转换体系前做好护胶工作，加入 LV-CMC 护胶，钻至 3200m，逐步在钻井液中加入改性树脂、褐煤树脂、磺化酚醛树脂，当降滤失剂含量达 3% 时，元陆 4 井失水降至 3.2ml。加入磺化酚醛树脂，提高钻井液抗温、抗污染能力。加入沥青粉 FF-2，改善泥饼质量，封堵地层微裂缝，提高钻井液在高温高压下的滤失造壁能力。本井钻井液体系转换工作顺利。
（3）提高钻井液密度。
元陆 4 井钻进至 3184m，全烃值由 0.16% 上升至 9879%，将钻井液密度由 115g/cm3 提高至 130g/cm3，钻进至自流井组提高至 180g/cm3，钻进至 3860m，全烃值由 412% 上升至 4534%，将钻井液密度提高至 200g/cm3，压稳气层，静止测后效，油气上窜速度 30m/h 以内。
元陆区块油气层活跃，气层压力高，必须保持良好的钻井液性能，随时准备提高钻井液密度。保持较低粘度、较低切力、较好流型，才能顺利加重，加重时采用混入重浆的方法，逐步提高钻井液密度，且不可一次提高过大，导致压漏地层。
调好重浆性能是提高钻井液密度的关键，如果重浆粘切过高，会导致钻井液性能恶化。元陆 4 井在配重浆时，井浆为基础，先加入 10% 清水，按配方补加药品，然后加重至 240g/cm3，这样性能基本与井浆保持一致，保证了提高整个钻井液提高密度的顺利进行。
表 1 元陆 4 井聚硅醇非渗透钻井液不同密度下性能表
（4）防塌性能。
井塌是泥页岩水敏性与高陡构造破碎性地层受应力集中共同作用造成的。首先是力学平衡，根据地层情况确定合理的钻井液密度，千佛崖组密度 1.50-1.70 g/cm3，自流井组 1.60-2.00 g/cm3，须家河组 1.90-2.10 g/cm3。其次采用强抑制和强封堵相结合，聚硅醇非渗透钻井液体系，保证聚合物含量，提高钻井液的抑制性，加入沥青类防塌剂和非渗透处理剂提高钻井液的封堵能力。元陆 4 井，采用以上方法基本实现钻进时无掉块，起下钻无阻卡。
（5）CO2 气体污染。
元陆 4 井钻进中地层出 CO2 气体，碳酸根含量 27000mg/L，碳酸氢根含量高达 40000 mg/L，钻井液切力上涨，六速旋转粘度计 Ф3、Ф6 读数迅速升高，滤失量增加，泥饼发虚。针对以上情况，首先提高钻井液 pH 值，将钻井液 pH 提高至 11 以上，低密度情况下，配合降滤失剂加入生石灰、水泥，处理完后，补充大量聚合物，以提高钻井液稳定性。高密度情况下，配合降滤失剂加入稀释剂，同样处理完后，补充大量聚合物，以提高钻井液稳定性。在后续钻进中，保证较高的 pH，防止反复污染。
6 结论
（1）针对复杂地质条件下的川东北元陆区块深井高密度钻井液技术要求，采用适度分散的强抑制、强封堵性聚硅醇非渗透钻井液体系。
（2）适当的般土含量是高密度钻井液的基础，保持般土含量 20-30g/L 之间。元陆 4 井钻井液密度 2.0 g/cm3 时，般土含量 24g/L，适合钻进需要。
（3）沥青类防塌剂和非渗透有利于提高泥浆的封堵能力和防塌能力。
（4）聚硅醇非渗透钻井液体系有着很强的抗污染能力，可以加入部分磺化材料提升钻井液的抗污染能力。
作者 刘学明 王其星