大北20井钻井液技术
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摘要：胜利油田大王地区构造位置位于济阳坳陷车镇凹陷大王北鼻状构造带大37断鼻构造大51块高部位，岩性主要为细砂质粉砂岩、粉砂质长石砂岩，少量岩屑砂岩。勘探开发的油气井多为沙河街组油气藏，埋藏深度多在3000—4000米范围内，属中深井。该地区区块渗透性比较强，岩性主要为细砂质粉砂岩，上部地层造浆能力差，可能存在流沙层，施工工艺复杂，地层构造层叠，破碎带多。在钻井施工中，钻井液体系的选择尤为重要。
关键词： 钻井液 井垮 井漏 CO32- HCO3- 污染
2012年上半年渤海钻井一公司在大王北地区施工了5口同台井，均为五段制定向井，平均井深3400m，施工难度较大，以大北20-斜18井为例，φ660.40mm钻头钻至20m，下入Ф508mm导管，φ444.50mm钻头钻至井深502m，下入φ339.7mm套管。φ314.1mm钻头钻至2461m，下入273.09mm技术套管封隔沙一。φ241.3mm钻头钻至井深3450m完钻，下入193.7mm套管。完钻层位为沙二。钻井周期为15d20h，建井周期为21d25h。
1 钻井液技术难点
（1）沙河街组及其以下地层可钻性差，极易坍塌掉块，要求钻井液具有较强的防塌能力、悬浮能力及动切力；及时调整密度，以平衡地层应力。
（2）沙河街组极易发生井漏，要求钻井液具有较强的防漏、堵漏能力。
（3）生产用水含CO32- ：1320mg/L、HCO3-： 2753 mg/L，加之地层气侵影响，造成钻井液CO32-、HCO3-含量极高；钻遇大段膏层时，Ca2+污染严重，共同表现为钻井液性能恶化，应针对具体情况区别处理。
（4）二开、三开裸眼段较长，要求钻井液具有良好的润滑性。
（5）该井二开地温梯度异常，在井深1500m钻井液出口温度已经超过60℃，三开地层温度更高，因此要求钻井液始终具备良好的抗温能力。
2 钻井液维护与处理
2.1 一开（0-502m）
一开采用高粘度低固相钻井液体系。密度：1.05-1.10 g/cm3， 粘度40-50s， 配制5-8%预水化膨润土浆备用。钻进中以补充膨润土浆维护为主，粘度过低时，干加HV-CMC以确保钻井液的携砂能力。钻完进尺后，用314.1mm钻头打领眼20m，用粘度80-100s的高粘度钻井液洗井，用同样粘度的高粘度钻井液封闭井底以上100m，保证了顺利下入表层套管。
2.2 二开（502-2461m）
二开上部井段采用聚合物正电胶防塌体系。二开开钻钻井液性能：密度为1.12 g/cm3，粘度为 58s，API中压失水为 5mL，静切力为3/8 Pa/Pa。在钻进过程中以LV-CMC、NH4-HPAN控制失水，及时补充PLA-1和MMH，使其含量保持在1%和0.2%以上。钻进至井深1500m，出口温度已达到60℃，为确保钻进液有良好的热稳定性，加入2%的SMP-1，并在钻进中及时补充维持其含量。
钻至井深2243m时返出掉块增多，出现蹩钻情况，在将钻井液密度由1.27g/cm3提高至1.35g/cm3的同时，将钻井液转化为聚磺防塌体系。严格控制API中压失水在4ml以内， HTHP失水在13mL以内。通过SMP-1、LFT-70、PLA-1等处理剂的使用，提高了钻井液的抗高温稳定性和防塌能力，改善了井下复杂情况。由于钻井周期长，钻井液易老化，定期使用离心机清除部分固相，补充预水化膨润土浆，使钻井液中保持适当的活性膨润土含量，能够形成薄而坚韧致密的泥饼，在此基础上维持钻井液中CFK-1含量大于2%，使泥饼具有良好的造壁性、护壁性和润滑性。钻至井深2680m时井斜过大，采用随钻纠斜，钻井液满足了随钻期间润滑防卡的要求。钻完二开进尺后，用φ241.3mm钻头打领眼20米，充分循环钻井液，分别用2%CFK-1、1.5%塑料球封闭井底以上500m， 确保了电测及下套管的顺利完成。
2.3 三开（2461-3450 m）
三开井段采用聚磺聚合醇防塌钻井液体系。通过使用离心机，清除二开钻井液中的有害固相，按比例加入SMP-1、聚合醇、SMC 、FT-1、CFK-1，充分循环调整好各项性能后开钻。三开开钻钻井液性能：密度为1.30g/cm3 、粘度为68s、API中压失水为3.5mL、静切力5/10Pa/ Pa、HTHP失水12.5 mL。该井段钻进中以SMP-1、SMC 、FT-1配胶液维护为主，定期补充聚合醇、CFK-1，以确保钻井液的润滑性及抗温、防塌能力。该井段为本井目的层井段，有高含硫的高压气层，钻进过程中保持钻井液的PH值大于12，及较低的粘度及静切力。
钻进至井深2750m左右，钻井液粘度升高、失水增大，用一般稀释剂和降滤失剂处理都无效，钻井液滤液分析：CO32- 7470 mg/L 、HCO3- 11523 mg/L、Ca2+ 880 mg/L，由于正钻遇大段膏层， Ca2+ 污染为主要原因，通过小型实验，使用Na2CO3 溶液处理效果良好。用Na2CO3 1t 配制Na2CO3 溶液20 m3 ，按循环周加入后，钻井液性能明显改善。
在钻完膏层之前，依据性能变化随时补充Na2CO3 溶液。钻进至井深3100m左右，膏层消失，钻井液中气泡逐渐增多，进、出口密度不平衡，气泡聚集性强，甚至侵出罐面，消泡剂维持时间短。由于CO32-、HCO3-含量过高，使用石灰水处理效果不明显。通过小型实验，复合钙钻井液稳定剂CCA处理效果良好。用清水20 m3 + 5t CCA + 2t NaOH 配成胶液，按循环周加入后，钻井液性能明显改善，气泡减少。其后在维护胶液中定期加入1.5%的CCA，以控制CO32-、HCO3-污染至完钻，电测及下套管顺利。
3 防塌
具体钻井液防塌技术措施如下：
（1）密切注意岩屑返出情况，在允许范围内及时调整钻井液密度，平衡地层应力。
（2）防塌材料一次加足并及时补充，确保其含量，发挥其协同防塌作用。
（3）严格控制钻井液滤失量，尽量减少滤液侵入地层；保持良好的泥饼质量，满足护壁作用。
（4）在易跨塌井段施工过程中，每次起钻前用粘度150s以上钻井液封闭井底以上200m，确保起、下钻作业顺利。
4几点认识
（1）上部地层不造浆、成岩性差，在合理使用固控设备的同时，通过及时补充预水化膨润土浆，保持了钻井液中活性土含量，为维持、调整各项性能及处理复杂情况提供了良好的基础。
（2）在极易垮塌的沙河街钻进过程中，各种防塌材料足量复配使用的同时，依据岩屑返出情况，及时调整钻井液密度，平衡了地层坍塌应力，有效避免了井下复杂情况的发生。
（3）钻井液中CO32-、HCO3-、Ca2+同时含量较高，性能恶化时，分析其主要污染物，是及时准确加以处理的前提。
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