高密度钻井液在董701井的应用

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摘 要：董701井是一口位于新疆准噶尔盆地中央坳陷阜康凹陷东部北斜坡的中石化重点评价井，完钻井深5332m。因三开后期地层压力较大，井壁坍塌现象严重，故采用1.9～2.0g/cm3高密度钻井液钻进。因下部地层温度较高，且伴有一定二氧化碳污染，所以高密度井液的维护较为困难。通过强抑制抗温封堵聚合物防塌钻井液体系的应用，该有效避免了井内各种复杂情况的发生，维持钻进状态，对该区块的钻井开发积累重要经验。

关键词：高密度钻井液 应力坍塌 煤层 流变性

前言

董701井是一口位于新疆准噶尔盆地中央坳陷阜康凹陷东部北斜坡的中石化重点评价井，设计井深5300m，完钻井深5332m。该井主要目的是评价董7井区侏罗系的含油气情况。该区块下部地层因坍塌应力较高，且西山窑组下部含有异常高压层，所以对全井密度要求较高，钻井液密度最高达2.00g/cm3，又因井底温度高，施工时间长，钻井液维护处理难度总体较大。

1 高密度钻井液的基本概况

高密度钻井液长久以来在深井、超深井以及高压井的到广泛应用，但因其本身存在诸多技术难点，高密度钻井液的使用也受到了一定程度的限制。其主要技术问题有一下几条：（1）所需加重材料较多，固相含量高，颗粒分散程度强，对膨润土含量的控制要求较高；（2）高密度钻井液流变性控制难度大，尤其钻井液切力要求较高，既要满足重晶石颗粒的悬浮性，又要保证钻井过程中泥浆的流动性；（3）深井井底温度普遍较高，要保证钻井液的抗温性，避免因高温影响而出现增稠和减稠的现象；（4）因固相含量较高，高密度钻井液抗污染能力较差，必须保证劣质固相的清除；

2 地质工程概况

董701井自上而下钻遇地层为：新近系（0―1400m）；古近系（1400―1900m）；白垩系的东沟组（1900―2270m）、连木沁组和胜口金组（2270―2920m）、呼图壁组（2920―3520m）、清水河组（3520―3775m）；侏罗系的头屯河组（3775―4567m）、西山窑组（4567―4929m）、三工河组（4929―5282m）、八道湾组（5282―5332m，未穿）。

其中高密度钻井液主要运用在侏罗系地层，①头屯河组上部以褐色泥岩为主，夹粉砂岩、细砂岩；中部为褐灰色泥岩；下部以灰色为主色调，岩性为泥岩、砂质泥岩与细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩不等厚互层，地层压力有明显升高趋势。②西山窑组上部主要以深灰色、灰色泥岩为主，夹灰色粉砂岩、泥质灰色粉砂岩、细砂岩；下部为深灰色、灰色、褐灰色泥岩，砂质泥岩与灰色粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩不等厚互层，夹黑色煤层及灰黑色碳质泥岩，该层位存在20―30m厚纯煤层。③三工河组为灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩与灰色含砾砂岩、细砂岩、不等厚互层。三工河组含有高压水层，是溢流易发层位，对钻井液密度要求较高。

3 钻井液技术重点及难点

1）上部新近系、古近系泥岩含量较高，机械钻速快，环空钻屑浓度高，易缩径，必须保证钻井液具有很强的悬浮携带能力和稳定井壁能力，注意防卡、防塌。

2）白垩系地层处于断裂破碎带，坍塌压力较高，应随井深增加适当提高比重平衡地层应力，同时确保防塌剂的加量，注意防坍塌、防卡。

3） 西山窑组含有黑色煤层及灰黑色碳质泥岩。本区断层发育，地层破碎，井壁稳定性差，防应力性坍塌。三开西山窑组、三工河组上部会钻遇高压水层，钻井过程中，注意控制钻井液密度，防喷。钻井液密度设计参考了邻井实际使用密度，现场应根据实际情况及时调整钻井液密度，在保证安全的前提下，做到衡钻井，充分解放和保护好油气层。

4）三开后期为高密度钻井液，必须严格控制泥浆中的坂土含量，保证泥浆流变性，防止黏切过高造成压力激动。利用固控设备及时清除劣质固相，保证泥浆清洁。

4 深井段高密度钻井液技术

4.1钻井液体系选择

三开井段为4560-5332m，采用强抑制抗温封堵聚合物防塌钻井液体系，密度控制在1.5～2.0g/cm3，钻井液配方如下：

基本配方：（1.5～2）%膨润土+（0.3～0.5）%聚丙烯酸钾+（1～2）% 钻井液用聚合物降滤失剂+（1～1.5）% 钻井液用胺基硅醇+（1～2）% 钻井液用褐煤树脂+（5～6）% 钻井液用磺甲基酚醛树脂SMP-1+（1～2）% 钻井液用无水聚合醇+（4～5）% 井壁稳定剂+（2～3）%钻井液用超细碳酸钙

主要助剂：聚丙烯酸钾、低粘羧甲基纤维素钠盐、井壁稳定剂、硅氟降粘剂、抗温抗盐钙降滤失剂、无水聚合醇、高温高压抗盐钙聚合物降滤失剂、磺甲基酚醛树脂、超细碳酸钙、钻井液用胺基硅醇、钻井液褐煤树脂。

4.2高密度钻井液的维护

三开钻遇头屯河组、西山窑组、三工河组和八道湾组地层，是含油气层段，需注意防油气侵、防喷、防漏、防卡，保护油气层。西山窑组含有黑色煤层及灰黑色碳质泥岩，防坍塌；本区断层发育，地层破碎，井壁稳定性差，防应力性坍塌。西山窑组含有高压水层，注意控制钻井液密度以及高密度下钻井液的流变性，保证井壁稳定。选用强抑制抗温封堵聚合物防塌钻井液体系。

1） 西山窑组含有黑色煤层及灰黑色碳质泥岩，其中4840-4860m井段为纯煤层，井壁不稳定，易坍塌掉块，需控制好钻井液粘切，避免因粘切较低而对井壁造成过度冲刷，降低井壁稳定性。

2） 严格控制钻井液滤失量，根据需要向井内加入JZA、SPNH、HQ-1等防塌材料，将API失水严格控制在3ml以内，防止失水过高导致煤层因浸泡坍塌。补充超细碳酸钙，改善泥饼质量，确保钻井液的防塌性，保持井壁稳定。

3）下部地层温度较高，钻进中加大了JZC-1、SMP-1、硅氟稳定剂等抗高温材料的加量，并根据井底温度适当进行补充，保证了泥浆的抗温性及稳定性，高温高压失水控制在9ml以内。

4） 三开井段压力系数升高，易发生应力坍塌，在施工过程中出现了掉块现象，憋泵、憋转盘，接单根上提遇阻，根据井下情况及时调整钻井液密度，平衡地层压力，钻井液密度升高后掉块情况明显好转，尤其钻进高压层后，将钻井液密度提至1.90g/cm3再未出现过掉块现象，起下钻顺利，有效控制了井下应力坍塌，保证了井壁稳定性。

5） 西山窑下部，进入煤层后出现煤层气和高压水层，易发生气侵、水侵和溢流，钻进过程中三开上部逐步提高钻井液密度，确保钻进高压层时泥浆密度不会过低从而导致溢流、井喷等复杂事故。现场需注意显示情况和压力监测情况，及时调整钻井液密度，加重时保持均匀，防止压漏地层和压差卡钻事故。

6） 三开后期钻井液密度较高，为保证泥浆的流变性，前期有意识的控制了泥浆中坂土含量，防止加重后黏切过高造成压力激动。通过充分使用固控设备，清除劣质固相，保证泥浆清洁。再根据泥浆性能调整胶液粘度，及时补充胶液，确保泥浆不因石粉含量增高而导致缺水。

5 认识与建议

1） 西山窑组含有大段黑色煤层及灰黑色碳质泥岩，井壁不稳定，易出现坍塌掉块现象，煤层 能力较差，需控制好钻井液粘切，避免对井壁造成过度冲刷，造成井壁坍塌或者出现大井眼。

2）下部地层压力较高，井壁坍塌问题较为突出，需采用高密度钻井液来支撑井壁。所以为保证泥浆的流变性，必须严格控制坂土含量和固相含量，避免因短期内大幅提升密度造成流变性恶化。

3）三开后期钻遇高压气水层，气侵、水侵现象严重，对泥浆性能影响较大，密度提至1.97g/cm3后可保证正常钻进，但接单根、起下钻过程中因缺少循环立压，仍存在地层出水现象，槽口有外溢，后效水气侵严重，易对上部地层尤其是西山窑煤层段造成浸泡，发生垮塌，根据现场施工以及邻井资料显示，后期施工钻井液密度至少需维持在2.0 g/cm3才能基本保证井下压力平衡。

参考文献：

[1]牛晓，王悦坚，等.秋南1井高密度钻井液应用技术，钻井液与完井液，2008，9：25-5

[2]郭祥娟，R会.高密度钻井液技术研究与应用，钻井液与完井液，2009，7：26-4