于得水，徐 泓，吳修振，陳迎偉，徐金永

（1.中石化中原石油工程有限公司塔里木分公司，新疆庫爾勒 841000；2.中石化中原石油工程有限公司，河南濮陽 457001）

滿深1 井位于滿深1 斷裂帶，地處塔北、塔中2 大古隆起的鞍部，區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育滿深1 北東向走滑斷裂。該井設(shè)計為四級井身結(jié)構(gòu)：一開，采用φ444.5 mm 鉆頭鉆至井深1498.00 m，下入φ365.4 mm表層套管，封固地表疏松層，防竄漏；二開，采用φ333.4 mm 鉆頭鉆至井深5209.50 m，下入φ273.1 mm套管，封固二疊系易漏失復(fù)雜地層，并預(yù)留志留系穩(wěn)定地層進行開窗側(cè)鉆；三開，采用φ241.3 mm 鉆頭鉆至井深7509.50 m，進入一間房組4.00 m 后中完，懸掛φ196.9 mm 套管封固一間房組以上地層；四開，采用φ168.3 mm 鉆頭鉆至井深7665.60 m，裸眼完鉆。

滿深1 井三開主要鉆遇志留系和奧陶系，奧陶系可細分為上奧陶統(tǒng)鐵熱克阿瓦提組、桑塔木組、良里塔格組和吐木休克組，以及中奧陶統(tǒng)一間房組。奧陶系桑塔木組埋深6260.00～7556.00 m，巖性主要為中厚層狀灰色泥巖、泥灰?guī)r，質(zhì)地硬脆，裂縫發(fā)育，鉆進中應(yīng)力釋放及濾液削弱了泥巖強度，井眼極易發(fā)生失穩(wěn)垮塌[1-3]。該井三開采用鉀基聚磺防塌鉆井液鉆進，鉆至井深7392.54 m 接單根后難以下放到底，開泵劃眼頻繁憋停頂驅(qū)，在井深7372.00 m 以深反復(fù)劃眼、倒劃眼后上提下放仍有掛卡顯示，從振動篩返出大量灰色泥巖掉塊。為此，采取提高鉆井液密度強化井壁力學(xué)支撐、補充磺化樹脂材料進一步降低濾失量和加入KCl 提高鉆井液抑制性等措施，井下情況未見改善，劃眼、倒劃眼頻繁憋停頂驅(qū)。多次大拉力上提活動鉆具艱難鉆至井深7407.00 m 后，因卡鉆風(fēng)險大，起鉆換下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，應(yīng)用“MWD+螺桿鉆具”鉆進；鉆至井深7392.54 m 后劃眼困難，頻繁憋停頂驅(qū)，振動篩返出大量灰色泥巖掉塊；繼續(xù)鉆進上提下放阻卡嚴(yán)重，振動篩一直有掉塊返出；鉆至井深7480.57 m 時上部鉆具斷裂，打撈困難，被迫回填側(cè)鉆。

滿深1 井回填后在井深7150.00 m 處側(cè)鉆，對側(cè)鉆用鉆井液的抗溫、抑制、防塌、封堵和潤滑等性能進行了調(diào)整，按照“致密封堵、嚴(yán)控濾失”的思路，研究應(yīng)用了高性能防塌水基鉆井液，并采用了“MWD+螺桿鉆具”側(cè)鉆。該井側(cè)鉆過程中扭矩正常，無劃眼、倒劃眼情況發(fā)生，振動篩返出巖屑代表性強，無掉塊，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 桑塔木組泥巖地層鉆井液技術(shù)需求

根據(jù)鄰井順北4 井的實鉆情況及滿深1 井的地質(zhì)、工程設(shè)計結(jié)果，滿深1 井奧陶系桑塔木組泥巖地層鉆井液主要應(yīng)具備以下性能：

1）桑塔木組地層埋藏深，溫度可達140 ℃，鉆井液需具備優(yōu)良的抗溫性能。

2）桑塔木組泥巖地層黏土礦物含量高（測量結(jié)果為40.9%），對水基鉆井液濾液敏感性強，鉆井液濾液侵入后泥巖含水量增加，孔隙壓力升高，密度降低，導(dǎo)致泥頁巖強度降低。因此，要求鉆井液具有低濾失特性。

3）桑塔木組泥巖埋藏深，質(zhì)地硬脆，地層揭開后，近井壁垂直方向、水平方向應(yīng)力釋放形成微裂縫；如不能及時封堵，微裂縫將在水力、應(yīng)力等作用下相互連接而導(dǎo)致井眼失穩(wěn)。因此，要求鉆井液具有優(yōu)良的屏蔽暫堵性能。

4）桑塔木組地層揭開后，在做好屏蔽暫堵及控制濾失的同時，還要求鉆井液具備良好的造壁護壁性能，以及時對新鉆井眼井壁進行加固，降低井眼失穩(wěn)風(fēng)險。

基于此，滿深1 井三開采用了鉀基聚磺防塌鉆井液，并采取了以下維護處理措施：1）進入桑塔木組泥巖地層后，將鉆井液密度提高并維持在1.32 kg/L，以對井壁提供力學(xué)支撐；2）鉆井液中磺化酚醛樹脂、磺化褐煤樹脂的含量均保持在3%，以控制鉆井液高溫（130 ℃）高壓濾失量不高于12 mL；3）持續(xù)補充KCl，將K+質(zhì)量濃度維持在20000 mg/L；4）將乳化瀝青與瀝青粉復(fù)配，使瀝青總含量小于3%。

但采取上述措施的效果并不理想，滿深1 井在7392.54～7480.57 m 井段不斷發(fā)生井下故障。分析認(rèn)為：1）鉀基聚磺防塌鉆井液不能有效抑制灰色泥巖的剝落掉塊，導(dǎo)致灰色泥巖層井眼失穩(wěn)垮塌；2）鉆井液的中壓濾失量、高溫高壓濾失量較大，鉆井液濾液對灰色泥巖強度破壞嚴(yán)重；3）鉆井液中K+質(zhì)量濃度達不到要求，且化學(xué)抑制材料單一，抑制作用有限；4）鉆井液屏蔽暫堵能力不足，對微裂縫的瞬時封堵能力較弱[4]。因此，需要研究解決鉆進桑塔木組泥巖地層時的鉆井液問題，避免在滿深1 井側(cè)鉆中再次發(fā)生井下故障。

2 高性能防塌水基鉆井液技術(shù)研究

2.1 技術(shù)思路與鉆井液基本配方

滿深1 井使用鉀基聚磺防塌鉆井液鉆進桑塔木組泥巖地層時頻繁發(fā)生井下故障，而其鄰井順北4 井由水基鉆井液轉(zhuǎn)油基鉆井液后井下恢復(fù)正常，這是由于油基鉆井液具有高溫高壓濾失量低、抑制性強、抗溫性好和潤滑性強等特點[5-8]。因此，在滿深1 井側(cè)鉆前，從成本和性能2 方面考慮，提出了“致密封堵、嚴(yán)控濾失”的技術(shù)思路，研究應(yīng)用了高性能防塌水基鉆井液[9]。以盡可能縮小與油基鉆井液的性能差距和保障桑塔木組泥巖地層井壁穩(wěn)定為核心目的，配制了高性能防塌水基鉆井液，其基本配方為5.0%膨潤土+0.3%燒堿+3.0%～5.0%磺化褐煤樹脂SPNH+3.0%～5.0%磺化酚醛樹脂SMP-Ⅲ+3.0%～5.0%瀝青防塌劑FT-1A+5.0%～8.0%KCl+0.2%～0.4%多氨基井壁穩(wěn)定劑[10]+4.0%超細碳酸鈣+加重劑。

2.2 鉆井液配方確定及抑制性評價

在鉆井液基本配方的基礎(chǔ)上，通過試驗分析磺化樹脂材料、KCl、多氨基井壁穩(wěn)定劑和瀝青防塌劑等對其性能的影響，確定高性能防塌水基鉆井液的最終配方。

2.2.1 磺化樹脂材料加量優(yōu)化

鉆井液添加劑：燒堿，磺化酚醛樹脂SMP-Ⅲ，磺化褐煤樹脂SPNH，瀝青防塌劑FT-1A，KCl，多氨基井壁穩(wěn)定劑，超細碳酸鈣，加重劑。

試驗條件：按順序依次加入各鉆井液添加劑，將密度調(diào)整為1.44 kg/L，低速攪拌均勻后，以6000 r/min高速攪拌30 min，轉(zhuǎn)入老化罐，在溫度150 ℃下熱滾4 h，冷卻至50 ℃再以3000 r/min 高速攪拌5 min。

試驗鉆井液：1#配方，5.0% 膨潤土+0.3% 燒堿+3.0%磺化褐煤樹脂SPNH+3.0%磺化酚醛樹脂SMP-Ⅲ+3.0%瀝青防塌劑FT-1A+5.0%KCl+0.2%多氨基井壁穩(wěn)定劑+4.0% 超細碳酸鈣+加重劑；2#配方，5.0% 膨潤土+0.3% 燒堿+5.0% 磺化褐煤樹脂SPNH+5.0%磺化酚醛樹脂SMP-Ⅲ+3.0%瀝青防塌劑FT-1A+5.0%KCl+0.2%多氨基井壁穩(wěn)定劑+4.0%超細碳酸鈣+加重劑。

通過改變鉆井液中磺化褐煤樹脂SPNH 和磺化酚醛樹脂SMP-Ⅲ的加量，進行了磺化樹脂材料對高性能防塌水基鉆井液濾失性能的影響試驗，結(jié)果見表1。

表1 磺化樹脂材料對鉆井液濾失性能的影響試驗結(jié)果Table 1 The influence of sulfonated resin on the filtration property of drilling fluid

由表1 可知，鉆井液中添加3.0%和5.0%磺化樹脂材料后的流變性差別較小，但配方2 的API 和高溫高壓濾失量更低，添加5.0%磺化樹脂材料后鉆井液具有更好的低濾失特性[10]。

2.2.2 KCl 加量優(yōu)化

試驗鉆井液添加劑和試驗條件與2.2.1 一致。

試驗鉆井液：2#配方；3#配方，5.0% 膨潤土+0.3%燒堿+5.0%磺化褐煤樹脂SPNH+5.0%磺化酚醛樹脂SMP-Ⅲ+3.0% 瀝青防塌劑FT-1A+8.0%KCl+0.2%多氨基井壁穩(wěn)定劑+4.0%超細碳酸鈣+加重劑。

通過改變鉆井液中KCl 的加量，進行了KCl 對高性能防塌水基鉆井液流性的影響試驗，結(jié)果見表2。

表2 KCl 對鉆井液流性的影響試驗結(jié)果Table 2 The influence of KCl on rheology of drilling fluid

由表2 可知，鉆井液加入8.0%KCl 可以在高溫條件下保持更長時間的低黏切流態(tài)。雖然相較于加入5.0%KCl，鉆井液加入8.0%KCl 后的高溫高壓濾失量有所增加，但兩者差異較小。因此，高性能防塌水基鉆井液加入8.0%KCl 后其性能更穩(wěn)定。

2.2.3 多氨基井壁穩(wěn)定劑加量優(yōu)化

試驗鉆井液添加劑和試驗條件與2.2.1 和2.2.2 一致。

試驗鉆井液：3#配方；4#配方，5.0%膨潤土+0.3%燒堿+5.0% 磺化褐煤樹脂SPNH+5.0% 磺化酚醛樹脂SMP-Ⅲ+3.0%瀝青防塌劑FT-1A+8.0%KCl+0.3%多氨基井壁穩(wěn)定劑+4.0% 超細碳酸鈣+加重劑；5#配方，5.0%膨潤土+0.3%燒堿+5.0%磺化褐煤樹脂SPNH+5.0%磺化酚醛樹脂SMP-Ⅲ+3.0%瀝青防塌劑FT-1A+8.0%KCl+0.4%多氨基井壁穩(wěn)定劑+4.0%超細碳酸鈣+加重劑。

通過改變鉆井液中多氨基井壁穩(wěn)定劑的加量，進行了多氨基井壁穩(wěn)定劑對高性能防塌水基鉆井液穩(wěn)定性的影響試驗，結(jié)果見表3。

表3 多氨基井壁穩(wěn)定劑對鉆井液穩(wěn)定性的影響試驗結(jié)果Table 3 The influence of multi-amino borehole wall stabilizer on drilling fluid stability

由表3 可知，多氨基井壁穩(wěn)定劑對鉆井液有較好的穩(wěn)定效果，加量為0.2%～0.4%時對鉆井液的切力影響不大，但加量為0.3%多氨基井壁穩(wěn)定劑后對鉆井液流變性的影響較小，老化無清液析出；加入0.4%多氨基井壁穩(wěn)定劑老化后，鉆井液的高溫高壓濾失量略微降低，但降幅不大。因此，從性能及成本2 方面考慮，選擇加入0.3%的多氨基井壁穩(wěn)定劑。

2.2.4 瀝青防塌劑加量優(yōu)化

試驗鉆井液添加劑和試驗條件與2.2.1 和2.2.3 一致。

試驗鉆井液：4#配方；6#配方，5.0% 膨潤土+0.3%燒堿+5.0%磺化褐煤樹脂SPNH+5.0%磺化酚醛樹脂S M P-Ⅲ+4.0% 瀝青防塌劑F T-1 A+8.0%KCl+0.3%多氨基井壁穩(wěn)定劑+4.0%超細碳酸鈣+加重劑；7#配方，5.0%膨潤土+0.3%燒堿+5.0%磺化褐煤樹脂SPNH+5.0%磺化酚醛樹脂SMP-Ⅲ+5.0%瀝青防塌劑FT-1A+8.0%KCl+0.3%多氨基井壁穩(wěn)定劑+4.0%超細碳酸鈣+加重劑。

通過改變鉆井液中瀝青防塌劑FT-1A 的加量，進行了瀝青防塌劑對高性能防塌水基鉆井液防塌性能的影響試驗，結(jié)果見表4。

表4 瀝青防塌劑對鉆井液防塌性能的影響試驗結(jié)果Table 4 The influence of asphalt anti-sloughing agent on anti-sloughing performance of drilling fluid

由表4 可知，隨著瀝青防塌劑FT-1A 加量增大，熱滾后鉆井液的黏度和切力逐漸升高，但鉆井液的濾失量逐漸降低。從流性及控制濾失2 方面考慮，將瀝青防塌劑FT-1A 的加量定為4.0%較為合理。

2.2.5 鉆井液最終配方及巖屑回收率試驗

通過試驗優(yōu)化磺化樹脂材料、KCl、多氨基井壁穩(wěn)定劑和瀝青防塌劑的加量，確定高性能防塌水基鉆井液的最終配方為5.0%膨潤土+0.3%燒堿+5.0%磺化褐煤樹脂SPNH+5.0%磺化酚醛樹脂SMP-Ⅲ+4.0%瀝青防塌劑FT-1A+8.0%KCl+0.3%多氨基井壁穩(wěn)定劑+4.0%超細碳酸鈣+加重劑。

為了評價所配鉆井液的抑制性能，取滿深1 井桑塔木組灰色泥巖巖屑，分別加入到清水、鉀基聚磺防塌鉆井液和高性能防塌水基鉆井液中進行了回收率試驗。試驗方法是：將巖屑烘干，取大顆粒巖屑50 g，加入到盛有350 mL 試驗介質(zhì)的老化罐中，在100 ℃下滾動養(yǎng)護16 h，然后用40 目分樣篩回收巖屑，烘干稱重，計算滾動回收率，結(jié)果見表5。

表5 滿深1 井桑塔木組灰色泥巖巖屑回收率試驗結(jié)果Table 5 The recovery ratio of grey mudstone of the Well Manshen 1 in the Sangtamu Formation

由表5 可知，相對于鉀基聚磺防塌鉆井液，桑塔木組灰色泥巖巖屑在高性能防塌水基鉆井液中的回收率更高，灰色泥巖巖屑回收率提高了26.8 百分點，說明高性能水基鉆井液更有利于桑塔木組灰色泥巖的穩(wěn)定[11]。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

按照上述研究結(jié)果，滿深1 井在井深7150.00 m處側(cè)鉆后，將鉆井液轉(zhuǎn)化為高性能防塌水基鉆井液，轉(zhuǎn)化步驟：1）膠液中加入多氨基井壁穩(wěn)定劑，配制成高濃度聚磺膠液補充到井漿中，2 個循環(huán)周膠液補充完畢后保證井漿中的磺化樹脂材料含量達到5.0%，多氨基井壁穩(wěn)定劑含量達到0.3%；2）使用井漿配制瀝青粉漿，配制后充分水化12 h，1 個循環(huán)周均勻混入到井漿中，保證井漿中瀝青含量達到4.0%；3）按照循環(huán)周向井漿中均勻加入超細碳酸鈣、KCl，使K+質(zhì)量濃度達到35000 mg/L 以上；4）按循環(huán)周向井漿中補充4.0% 預(yù)水化膨潤土漿（質(zhì)量分?jǐn)?shù)10.0%），并補充1.0%液體潤滑劑植物油，使井漿中的含油量達到5.0%，在改善濾餅質(zhì)量的同時降低摩阻。

高性能防塌水基鉆井液的高溫高壓濾失量為7.8 mL（原鉆井液為11.3 mL），瞬時濾失量僅為0.6 mL；K+質(zhì)量濃度36000 mg/L（原鉆井液為20000 mg/L ）；中壓濾餅和高溫高壓濾餅致密、堅韌。

滿深1 井7150.00～7380.00 m 側(cè)鉆井段應(yīng)用高性能防塌水基鉆井液鉆進過程中，扭矩平穩(wěn)，振動篩返砂無掉塊，接單根上提下放正常，無阻卡顯示；在井深7380.00 m 處進行短起下鉆，短起下鉆井段為7380.00～7132.00 m，短起下鉆順利，無阻卡顯示，井底返砂無掉塊。井深7380.00 m 處短起下鉆后，因為后續(xù)為老井眼易垮塌井段，所以將鉆井液密度提高至1.45 kg/L，漏斗黏度提高至70 s 左右[12-13]，以強化攜巖能力，順利鉆至三開中完井深7509.50 m，未發(fā)生井下故障。

為了進一步說明高性能防塌水基鉆井液的實際應(yīng)用效果，對滿深1 井三開原井眼與側(cè)鉆井眼的鉆井情況進行了對比，結(jié)果見表6。

表6 滿深1 井三開原井眼與側(cè)鉆井眼鉆井情況對比Table 6 Comparison on drilling conditions between the original third spud borehole and the sidetracked borehole in the Well Manshen 1

從表6 可以看出，側(cè)鉆井眼應(yīng)用高性能防塌水基鉆井液后，保障了奧陶系桑塔木組泥巖層井壁穩(wěn)定，未發(fā)生井下故障；而且，相較于三開原井眼，長度相差不大的側(cè)鉆井眼鉆井周期大幅縮短，鉆井效率大幅提高。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1）滿深1 井奧陶系桑塔木組泥巖層質(zhì)地硬脆，鉆進時由于應(yīng)力釋放，在近井地帶形成了微裂縫，鉆井液濾液沿微裂縫侵入使巖石強度降低，當(dāng)鉆井液性能達不到要求時，泥巖剝落掉塊，造成反復(fù)劃眼且劃眼扭矩波動大、憋停轉(zhuǎn)盤，增大了發(fā)生井下故障的風(fēng)險，鉆井效率降低。

2）針對滿深1 井奧陶系桑塔木組泥巖地層的井眼失穩(wěn)問題，結(jié)合油基鉆井液的性能和特點，提出了“致密封堵、嚴(yán)控濾失”的技術(shù)思路，研究應(yīng)用了高性能防塌水基鉆井液，通過采取降低鉆井液濾失量、提高鉆井液化學(xué)抑制能力和強化物理封堵等措施，多元協(xié)同保障井壁穩(wěn)定。

3）滿深1 井側(cè)鉆井段應(yīng)用高性能防塌水基鉆井液后，桑塔木組泥巖地層井壁穩(wěn)定，無掉塊產(chǎn)生，接單根順利，扭矩平穩(wěn)，短起下鉆井眼通暢，鉆井效率大幅提高。

4）滿深1 井桑塔木組泥巖地層使用高性能防塌水基鉆井液的成功實踐說明，對于硬脆性泥巖地層的井眼失穩(wěn)問題，應(yīng)從提高力學(xué)支撐能力、嚴(yán)控中壓濾失量和高溫高壓濾失量、無機鹽KCl 與有機抑制劑復(fù)配提高化學(xué)抑制能力和膨潤土漿與超細碳酸鈣配合強化屏蔽暫堵性能等方面著手，通過多元協(xié)同方式解決井眼失穩(wěn)問題。