華 松，姬 浩，王 維

（中國(guó)石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，河南南陽(yáng) 473132）

塔河油田位于塔里木盆地沙雅隆起阿克庫(kù)勒凸起西南部，其目的層主要為中生界三疊系，古生界石炭系、奧陶系地層。鉆遇的地層自上而下有：上第三系庫(kù)車組、康村組、吉迪克組；下第三系蘇維依組、白堊系巴什基奇克組、巴西蓋組、舒善河組、亞格列木組；侏羅系；三疊系哈拉哈塘組、阿克庫(kù)勒組、柯吐?tīng)柦M；二疊系；石炭系卡拉沙依、巴楚組；泥盆系東河塘組；奧陶系一間房組、鷹山組。

三疊系泥頁(yè)巖中伊/蒙混層及蒙脫石等黏土礦物達(dá)60%以上，泥頁(yè)巖微裂隙發(fā)育，易吸水剝落掉塊，進(jìn)而在應(yīng)力的作用下發(fā)生如坍塌、井徑擴(kuò)大、遇阻、卡鉆、填井等其他井壁失穩(wěn)復(fù)雜。吉迪克組地層膏泥巖，有一定的膨脹性易縮徑，造成阻卡，鉆進(jìn)時(shí)，軟泥、泥餅、鉆屑黏附在鉆頭或扶正器周圍，有的填塞在鉆頭刀片或牙齒間隙中間，引起泥包，影響機(jī)械鉆速。軟泥巖地層鉆進(jìn)，由于其水化分散能力特別強(qiáng)，要求鉆井液具有很強(qiáng)的抑制性，以減弱鉆屑在鉆井液中的分散和井壁泥巖的水化、分散、膨脹，過(guò)分抑制又造成濾失量高，濾液侵入地層加劇水化分散。

1 抑制防塌機(jī)理研究

1.1 KCl 防塌機(jī)理分析[1]

KCl 的抑制防塌機(jī)理實(shí)質(zhì)是K+置換蒙脫石中層間的鈉/鈣離子，將其轉(zhuǎn)變成伊利石結(jié)構(gòu)。K+與晶層的負(fù)電荷之間的靜電引力比氫鍵強(qiáng)，水不容易進(jìn)入晶層間，K+大小剛好嵌入相鄰晶層間氧原子為網(wǎng)格形成的空穴中，起到連接作用，周圍有12 個(gè)氧與它配位，K+連接通常非常牢固，是不能交換的，因此其水化作用很弱，由于水化能低，會(huì)促使晶層間脫水，使晶層受到壓縮，形成緊密的構(gòu)造，從而能夠有效地抑制黏土水化[2]。

1.2 有機(jī)硅醇抑制劑防塌機(jī)理分析

有機(jī)硅的主要化學(xué)成分為CH3-Si（OH）2-CH（甲基硅醇）的不同縮合物。有機(jī)硅中的Si-OH 鍵和黏土表面上的Si-O-鍵形成Si-O-Si 鍵，使黏土表面吸附一層Si-CH3化合物，發(fā)生潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)，由親水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油，從而阻止或減弱了黏土礦物表面對(duì)水分子的吸附，表現(xiàn)為對(duì)黏土水化分散的抑制作用[3]。同時(shí)有機(jī)硅中的-OH基團(tuán)在黏土上發(fā)生吸附，能降低鉆井液的失水，水分子不易進(jìn)入巖心中，從而降低了由于水化分散而引起的黏土不穩(wěn)定作用，同樣也減弱鉆井液中黏土顆粒間的相互作用力，削弱了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

聚合醇類非離子聚合物，它們的親水性嚴(yán)重受溫度的影響。當(dāng)溫度低于一定限度時(shí)，它們?nèi)苡谒@水溶性，高于一定溫度時(shí)，它們就從水中分相而類似于油，表現(xiàn)出油的特性。當(dāng)鉆井液未入井使用時(shí)，由于溫度在臨界點(diǎn)以下，其顯水溶性。當(dāng)鉆井液循環(huán)到井中后，由于溫度逐漸上升到臨界點(diǎn)以上，則其逐漸與水分相而呈現(xiàn)油的特性[4]。其結(jié)果一是聚合醇類分子鏈?zhǔn)詣?dòng)在鉆屑表面附著而形成一層憎水性的分子膜，抑制鉆屑的水化分散；二是該分子鏈?zhǔn)阢@具、套管和井壁上自動(dòng)附著而形成一層類似于油的分膜，降低鉆具的扭矩，在井壁表面形成一層類似于油基鉆井液半滲膜的憎水性分子鏈?zhǔn)?，提高井壁穩(wěn)定性。

2 鉆井液配方及評(píng)價(jià)

根據(jù)該區(qū)塊地層巖性和技術(shù)難點(diǎn)，選用PMHA-2作為體系的主聚合物，在鉆井液中引入高軟化點(diǎn)乳化瀝青RHJ-3 和改性瀝青FT-342，利用瀝青在高溫條件下變軟，在壓力作用下變形的特性，填充嵌入不規(guī)則井壁，堵塞微裂縫，并與黏土顆粒相互作用形成致密的泥餅而起封堵作用，阻止剝落性頁(yè)巖表面水化和滲透水化，抑制泥頁(yè)巖膨脹，減少剝落掉塊，防止坍塌，達(dá)到穩(wěn)定井壁的目的[5]。用SMP-3、TSH-2、KJ-3 復(fù)配作為降濾失劑。用KCl、有機(jī)硅醇DS-302 作為防塌抑制劑，RT-1、SL-1 作為潤(rùn)滑劑。

通過(guò)對(duì)各種處理劑的加量?jī)?yōu)選，得到氯化鉀-有機(jī)硅醇鉆井液的基本配方如下：

4%土漿+0.2%Na2CO3+0.5%PMHA-2+2%SMP-3+2%TSH-2+1%KJ-3+2%FT-342+0.3%有機(jī)硅醇DS-302+3%～5%KCl+2%SL-1+1%RT-1+加重劑。

2.1 氯化鉀有機(jī)硅醇鉆井液基本性能

室內(nèi)評(píng)價(jià)了1.30 g/cm3密度下的氯化鉀有機(jī)硅醇鉆井液性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）。

由表1 中數(shù)據(jù)可以看出，氯化鉀有機(jī)硅醇鉆井液熱穩(wěn)定性較強(qiáng)，流變性良好，濾失量較小，具有較好的攜巖能力，能滿足施工的需要。

表1 密度為1.30 g/cm3 的鉆井液性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 抑制性評(píng)價(jià)

選取TH123115X 井1 200～4 500 m 鉆屑做巖樣，做線性膨脹率實(shí)驗(yàn)（24 h）和滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)（120 ℃熱滾16 h），實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）。

表2 泥頁(yè)巖抑制性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

由表2 數(shù)據(jù)可以看出，氯化鉀有機(jī)硅醇鉆井液能夠有效抑制黏土礦物的水化分散和膨脹。

2.3 抗鉆屑污染能力評(píng)價(jià)

取TH123115X 井1 200～4 500 m 鉆屑進(jìn)行巖屑污染實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3）。實(shí)驗(yàn)條件：16 h×120 ℃，測(cè)定溫度：50 ℃。

由表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著鉆屑的增加，氯化鉀有機(jī)硅醇鉆井液體系的黏切逐漸增加，但上升幅度較小，整體流變性比較穩(wěn)定，當(dāng)鉆屑增加到15%時(shí)，鉆井液黏切明顯增大，說(shuō)明該鉆井液抗鉆屑污染能力可達(dá)15%，能夠有效抑制劣質(zhì)土的水化造漿，提高鉆井液的抗劣質(zhì)土污染能力。

表3 鉆井液抗鉆屑污染實(shí)驗(yàn)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 TH12287 井概況

TH12287 井是阿克庫(kù)勒凸起西北斜坡部位構(gòu)造上的一口開(kāi)發(fā)直井，設(shè)計(jì)井深為6 338 m，實(shí)鉆井深為6 325.19 m，目的層為奧陶系中下統(tǒng)鷹山組，本井二開(kāi)進(jìn)入康村組后采用氯化鉀有機(jī)硅醇鉆井液。

3.2 鉆井液維護(hù)處理要點(diǎn)[6，7]

3.2.1 一開(kāi)（φ346.1 mm×1 201 m）一開(kāi)表層套管（φ273.1 mm）下入深度在1 200 m。采用預(yù)水化膨潤(rùn)土漿加大分子聚合物開(kāi)鉆，黏度控制在50～80 s。一開(kāi)完鉆后用大排量洗井，確保表層套管順利下入。

3.2.2 二開(kāi)（φ250.88 mm×6 238 m）

（1）二開(kāi)前將一開(kāi)鉆井液進(jìn)行預(yù)處理，加入適量Na2CO3防止水泥污染，使用聚合物膠液調(diào)整鉆井液的性能。

（2）鉆進(jìn)過(guò)程中不斷補(bǔ)充膠液，保持聚合物的含量為0.3%～0.5%，維護(hù)鉆井液的黏切，增強(qiáng)鉆井液的包被抑制作用，防止黏土分散；調(diào)整鉆井液的動(dòng)塑比，維持鉆井液動(dòng)塑比在0.3～0.5，以維持鉆井液良好的流變性和攜砂能力。

（3）采用隨鉆暫堵技術(shù)，使用PB-1、QS-2、FT-342隨鉆封堵，以減少鉆井液消耗量，改變泥餅質(zhì)量；加入適量的潤(rùn)滑劑和抑制劑DS-302，提高鉆井液的潤(rùn)滑性，尤其是進(jìn)入泥巖段后，必須補(bǔ)足潤(rùn)滑劑和抑制劑，防止鉆頭泥包和黏卡。

（4）進(jìn)入康村組提前加入KCl，控制K+含量不低于20 000 mg/L。配合PMHA-2 及DS-302，提高體系抑制性，預(yù)防康村組與吉迪克組含石膏地層縮徑及對(duì)鉆井液的污染。

（5）在保證井眼穩(wěn)定和排量的前提下，盡量使用低密度、低黏切和低固相鉆井液鉆進(jìn)，提高鉆速，實(shí)現(xiàn)井下安全與快速鉆進(jìn)的統(tǒng)一，搞好短程起下鉆，修復(fù)井壁。

（6）控制固相含量，特別是低密度固相，低密度固相含量越低，鉆井液的內(nèi)摩擦力就越小，有利于減少能量消耗，同時(shí)提高鉆井液的高溫穩(wěn)定性、抗污染能力等[8]。施工中充分使用好四級(jí)凈化設(shè)備，清除鉆屑和有害固相。

（7）完井電測(cè)、下套管前適當(dāng)提高鉆井液的黏度和切力，同時(shí)采用大排量洗井，保證井眼暢通無(wú)阻。

3.2.3 三開(kāi)（φ165.1 mm×6 325.19 m）

（1）開(kāi)鉆前，預(yù)處理二開(kāi)鉆井液，加入適量Na2CO3防止水泥污染，使用聚合物膠液調(diào)整鉆井液性能，保證鉆井液具有良好的流變性和較低的固相含量。

（2）三開(kāi)目的層施工，做好油層保護(hù)措施，進(jìn)入油氣層前加入PB-1 和QS-2，使鉆井液形成致密的泥餅，減小鉆井液自由水對(duì)油氣層的浸入，保護(hù)油氣層。

3.3 實(shí)測(cè)鉆井液性能（見(jiàn)表4）

表4 實(shí)測(cè)鉆井液性能

氯化鉀有機(jī)硅醇鉆井液抗溫能力較強(qiáng)，流變性好，性能穩(wěn)定，濾失量低且泥餅薄韌光滑，滿足施工要求。

3.4 與鄰井技術(shù)指標(biāo)對(duì)比（見(jiàn)表5）

表5 與鄰井技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

由表5 可以看出，TH12287 井對(duì)比TH12276 井，鉆井周期降低了16 d，降低21.84%，機(jī)械鉆速提高了6.47 m/h，提高49.13%，井徑擴(kuò)大率降低1.22%，降低率達(dá)到16.71%。

4 結(jié)論

（1）塔河區(qū)塊三疊系泥頁(yè)巖中伊/蒙混層及蒙脫石含量高，微裂隙發(fā)育，易吸水剝落掉塊，發(fā)生如坍塌、井徑擴(kuò)大、遇阻、卡鉆、填井等井下復(fù)雜情況。

（2）氯化鉀有機(jī)硅醇鉆井液在應(yīng)對(duì)上部阻卡、井塌等問(wèn)題上具有良好作用，能夠有效抑制黏土礦物的水化分散和膨脹。該鉆井液性能穩(wěn)定，抑制性強(qiáng)，巖屑滾動(dòng)回收率達(dá)到87.2%，抗鉆屑污染達(dá)到15%，熱穩(wěn)定性較好，高溫高壓濾失量較低，能夠有效保護(hù)油氣層。

（3）在TH12287 井應(yīng)用氯化鉀有機(jī)硅醇鉆井液，對(duì)比鄰井鉆井周期縮短了21.84%，機(jī)械鉆速提高了49.13%，井徑擴(kuò)大率降低了16.71%，未發(fā)生井下復(fù)雜情況，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。