吳 虞，何 淼

（1.中石化 江漢石油工程有限公司 鉆井一公司，湖北 潛江433100；2.長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢430100）

瀘203H5位于四川瀘縣的國家級頁巖氣示范區(qū)長寧區(qū)塊，該平臺下層侏羅中沙溪廟組為風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，抑制性差，開眼井段易發(fā)生垮塌和井漏[1-3]。大安寨～馬鞍山組有掛卡現(xiàn)象，密度1.30g·cm-3，舉砂返出大量巖屑，密度提高至1.50g·cm-3恢復(fù)正常；嘉陵江組密度1.68g·cm-3起鉆掛卡，重漿舉砂返出0.5m3；長興組密度1.54g·cm-3，上提鉆具困難，三次重漿舉砂返砂0.7m3；茅口組密度1.75g·cm-3，掛卡嚴(yán)重，漿舉砂2次，返砂0.5m3?，F(xiàn)場鉆井液存在抑制性不足的問題，鉆進(jìn)過程中遇泥巖水化造漿嚴(yán)重，黏切高進(jìn)而引起激動壓力增大，漏失風(fēng)險(xiǎn)高；同時(shí)封堵性不佳，濾失量大，井眼垮塌風(fēng)險(xiǎn)大。亟需提出針對性優(yōu)化措施，解決井下復(fù)雜問題[4-6]。

1 現(xiàn)場鉆井液性能評價(jià)

1.1 基本性能

取現(xiàn)場二開完鉆井漿進(jìn)行性能測試，密度為2.10g·cm-3，根據(jù)流變參數(shù)判斷現(xiàn)場鉆井液屬于典型高切力流型，終切達(dá)到18Pa，井漿靜置一段時(shí)間后再開泵會有明顯激動壓力升高現(xiàn)象，大大增加了漏失風(fēng)險(xiǎn)。且濾失量較大，API濾失量達(dá)8.2mL，控濾失效果差，過多濾液進(jìn)入到地層中引起孔隙壓力變化是造成井壁失穩(wěn)的關(guān)鍵因素之一，亟待改進(jìn)。

1.2 抑制性能

現(xiàn)場使用的鉆井液抑制性不佳，會導(dǎo)致鉆屑造漿而引起鉆井液增稠，尤其對于砂泥巖地層，抑制性不足極易產(chǎn)生泥包鉆頭現(xiàn)象，進(jìn)而引起壓差卡鉆、憋扭矩、憋泵等情況。將現(xiàn)場鉆屑烘干粉碎過100～200目篩，評價(jià)現(xiàn)場鉆井液被不同濃度鉆屑污染后的性能。結(jié)果表明：現(xiàn)場鉆井液抗鉆屑污染能力差，10%鉆屑污染下性能就急劇惡化，粘切大幅上漲，表觀粘度達(dá)65mPa·s，上漲率超過40%，終切達(dá)到27Pa；20%鉆屑時(shí)表觀粘度達(dá)82mPa·s，濾失量也隨之上漲，鉆進(jìn)過程中大量的鉆屑污染下鉆井液的抑制性能得不到保證就會造成黏切激增，進(jìn)而造成ECD增大容易壓漏地層。

1.3 封堵性能

室內(nèi)借助滲透封堵儀（PPT），采用砂盤替代傳統(tǒng)濾紙，模擬了現(xiàn)場鉆井液對地層巖石的封堵能力。結(jié)果得出壓差在3.5MPa下，現(xiàn)場鉆井液砂盤濾失量就達(dá)到了35mL，泥餅厚5.0mm，且比較虛，毫無韌性，極易在起下鉆過程中被破壞而無法起到保護(hù)井壁的作用。提高壓差至6.98MPa時(shí)，濾失量更是上漲至80.0mL，泥餅厚度增至9.0mm，封堵承壓效果差，亟待改進(jìn)。

2 現(xiàn)場鉆井液配方優(yōu)化

2.1 抑制劑優(yōu)選

在鉆井作業(yè)中，對于高含泥巖地層的鉆井液，要提高鉆井液抑制能力，以防止高泥巖地層造成鉆井液增稠的現(xiàn)象出現(xiàn)，避免憋壓、憋扭矩、鉆頭泥包、卡鉆等問題產(chǎn)生。室內(nèi)通過優(yōu)選一種新型強(qiáng)抑制劑配合包被劑FA367和無機(jī)鹽來抑制黏土水化分散和鉆屑造漿，以此提高鉆井液體系的抑制能力和流變穩(wěn)定性。

KCl抑制劑通過K+壓縮黏土顆粒雙電層，抑制黏土顆粒表面對于水化陽離子的吸附，從而導(dǎo)致黏土表面產(chǎn)生的水化膜減薄，電動電位降低而不易膨脹。

室內(nèi)通過滾動回收率和線性防膨率實(shí)驗(yàn)，對抑制劑進(jìn)行了對比優(yōu)化，結(jié)果見表1。

表1 抑制劑優(yōu)化評價(jià)Tab.1 Evaluation of inhibitor optimization

由表1可見，最終得出采用2%強(qiáng)抑制劑+5%KCl+0.3% FA-367的混合配比時(shí)，滾動回收率和線性防膨率均最高，可有效改善體系的抑制能力。

2.2 封堵劑優(yōu)選

現(xiàn)場鉆井液封堵承壓能力差，室內(nèi)借助滲透封堵儀（PPT），通過封堵試驗(yàn)，對常用的封堵劑進(jìn)行了篩選優(yōu)化，得出當(dāng)6% SPNH+6% SMP-3時(shí)，壓差在3.5MPa的砂盤濾失量為16mL，泥餅厚3mm。提高壓差至6.98MPa時(shí)，濾失量僅25.0mL，泥餅厚度為5mm，封堵承壓效果最佳。

3 鉆井液性能優(yōu)化與評價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場鉆井液存在的問題，室內(nèi)通過多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了鉆井液性能，優(yōu)化配方為：400mL清水+5%～7% SPNH+5%～7% SMP-3+4%～6% KCl+0.2%～0.4%FA-367+2%～3%強(qiáng)抑制劑+0.2%～0.3% DS-302+3%～5% FRH+0.3%～0.5% CaO。通過該優(yōu)化配方與現(xiàn)場老漿進(jìn)行一定比例的混配，以改善現(xiàn)場鉆井液抑制性和封堵性。經(jīng)研究，優(yōu)化配方與現(xiàn)場老漿按照1：1體積混合時(shí)，改造后鉆井液性能大幅降低了老漿的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少了新鉆井液的配制量，優(yōu)化了鉆井液體系性能。

3.1 流變性能評價(jià)

室內(nèi)按照要求配制新漿配方，與老漿按照1∶1比例混合，后加重至密度ρ=1.90g·cm-3，在60℃下測流變，120℃熱滾16h。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改造后的鉆井液表觀粘度顯著下降，老化前后性能穩(wěn)定，具有高密度低粘低切的特點(diǎn)，且API失水量＜2mL，濾失量小，能有效穩(wěn)定井壁，性能良好。

表2 鉆井液優(yōu)化前后性能評價(jià)Tab.2 Performance evaluation of drilling fluid before and after optimization

3.2 鉆井液滾動回收率實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)開展了滾動回收率實(shí)驗(yàn)，對改造后的鉆井液進(jìn)行了抑制性評價(jià)，并與老漿進(jìn)行對比。在鉆井液中加入6～10目烘干后的鉆屑，120℃熱滾16h，開罐后經(jīng)40目標(biāo)準(zhǔn)篩過篩后使用烘箱烘干，溫度為105℃，稱量鉆屑質(zhì)量后計(jì)算滾動回收率；重復(fù)第一次滾動回收率的實(shí)驗(yàn)操作，對剩余鉆屑繼續(xù)老化后過篩、烘干、稱量，即得到二次回收率。

由表3數(shù)據(jù)得出，優(yōu)化鉆井液中鉆屑的一次回收率為95.8%；二次回收率為91.1%，結(jié)果表明，優(yōu)化后的體系具有較強(qiáng)的抑制性。

表3 鉆井液優(yōu)化前后抑制性評價(jià)Tab.3 Evaluation of inhibition before and after optimization of drilling fluid

3.3 鉆井液抗污染能力

室內(nèi)評價(jià)了優(yōu)化鉆井液被不同濃度鉆屑污染后的性能，結(jié)果見表4。

表4 抗污染性能評價(jià)Tab.4 Evaluation of anti-pollution performance

由表4數(shù)據(jù)可知，在10%鉆屑污染下，優(yōu)化后的鉆井液體系表觀粘度上漲率顯著下降，在15%以下；20%鉆屑加量時(shí)鉆井液性能依然穩(wěn)定，粘切上漲幅度不大，濾失量有略微上漲，但在3mL以下，結(jié)果表明，改造后鉆井液抑制鉆屑造漿能力強(qiáng)，抗鉆屑污染能力強(qiáng)。

3.4 封堵性能評價(jià)

室內(nèi)測試了優(yōu)化后鉆井液的封堵能力，壓差在3.5MPa的砂盤濾失量僅為8mL，泥餅厚1.5mm；壓差為6.98MPa時(shí)，濾失量僅13.0mL，泥餅厚度為2.5mm，封堵承壓效果顯著。

表5 封堵性能評價(jià)Tab.5 Plugging performance evaluation

4 現(xiàn)場應(yīng)用

瀘203H55-4井地理位置在四川省瀘州市瀘縣喻寺鎮(zhèn)齊心村,該井在三開使用改造后的鉆井液體系，體系密度約為1.9～2.1g·cm-3，鉆井過程中循環(huán)的鉆井液粘、切均較穩(wěn)定，鉆井液體系流變受鉆屑侵入的影響較小，整個井下施工過程非常順利，無顯著增粘、憋泵、卡鉆等復(fù)雜問題發(fā)生?，F(xiàn)場鉆井液實(shí)際性能見表6。

表6 正常鉆進(jìn)井漿性能Tab.6 Normal drilling mud performance

5 結(jié)論

（1）針對瀘203H5現(xiàn)場鉆井液抑制性和封堵性不足的問題，通過篩選抑制劑和封堵劑，優(yōu)選了改造配方，與現(xiàn)場老漿按1∶1混配后，大幅降低了老漿的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增強(qiáng)了體系的抑制性和封堵性，減少了新鉆井液的配制量，優(yōu)化了鉆井液體系性能。

（2）改造后的鉆井液體系大幅降低了老漿的黏度和切力，表觀粘度降為18mPa·s，濾失量＜2mL，體系抑制鉆屑分散和造漿能力顯著提高，滾動回收率大于90%，20%鉆屑污染后體系粘切均在合理范圍內(nèi)，且形成的封堵層承壓能力強(qiáng)。

（3）現(xiàn)場203H55-4井使用該優(yōu)化體系后，流變性穩(wěn)定，抑制封堵性強(qiáng)，應(yīng)用效果良好。