玉門酒東地區(qū)使用PDC鉆頭的配套鉆井液技術

張寶峰，段曉東，張慶柱，王靜敏，孫新浩

（1.西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000；2.西部鉆探工程有限公司克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834000）

玉門酒東地區(qū)使用PDC鉆頭的配套鉆井液技術

張寶峰*1，段曉東1，張慶柱1，王靜敏1，孫新浩2

（1.西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000；2.西部鉆探工程有限公司克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834000）

為了追求鉆井效益最大化，推廣有利于降低鉆井成本、提高鉆井速度、縮短鉆井周期的鉆井工藝勢在必行。近幾年，隨著酒東區(qū)塊勘探開發(fā)速度的加快，鉆井提速工作不斷深化，PDC鉆頭鉆進工藝大量應用。對影響PDC鉆頭使用的因素進行了分析，對PDC鉆頭使用時鉆井液的維護、處理、性能進行了統(tǒng)一規(guī)范，形成了酒東地區(qū)PDC鉆頭鉆井工藝的配套鉆井液技術，滿足了PDC鉆頭鉆進對鉆井液工藝技術的要求，機械鉆速得到了大幅提升。

PDC；提速；鉆井液

玉門酒東油田第三系地層泥巖段長2700m左右，非常適合PDC鉆頭鉆井，但剛開始由于泥漿性能不好，鉆頭泥包嚴重，嚴重影響了鉆井提速，根據PDC鉆進特點，對PDC鉆頭使用時鉆井液的維護、處理、性能進行了統(tǒng)一規(guī)范，形成了酒東地區(qū)PDC鉆頭鉆井工藝的配套鉆井液技術。現在，全井段使用PDC鉆頭，提速效果明顯。

1　影響PDC鉆頭使用的因素

通過對酒東5口井分析，影響PDC鉆頭正常使用的根本因素是鉆頭泥包、沒有進尺、被迫起鉆，泥包井段一般在1300～3000m及“紅層段”3700～3800m，這段巖性主要為泥巖。

1.1長101井第三系地層粘土礦物含量與井深關系（圖1）

圖1　長101井粘土礦物含量與井深關系曲線

從圖1中可以看出，從1400m到3400m，粘土礦物含量均在30%以上，高點55%，平均含量42%，粘土礦物含量高。

1.2第三系地層鉆屑回收率分析

長101井的鉆屑回收率曲線見圖2，井深1000～3000m鉆屑回收率在清水條件下數值很低；僅小于10%。3000m以深回收率上升到40%以上，這種現象表明，在3000m以淺的井段地層水化能力極強，達到遇水就分散；鉆井施工時，這種強水化地層極易造成因井眼縮徑造成的起下鉆遇阻卡、泥包鉆頭等井下復雜。

圖2　長101井鉆屑回收率與井深關系曲線

1.3PDC鉆頭泥包的鉆井液因素

由于PDC鉆頭不同于牙輪鉆頭的破巖方式：普通的牙輪鉆頭是利用大鉆壓、低鉆速的“壓入破碎”方式進行破巖鉆進的，而PDC鉆頭是通過低鉆壓、高轉速的“剪切式”方式實現快速的“淺吃入切削”鉆進的。PDC鉆頭所鉆出的巖屑顆粒尺寸小、易分散，鉆屑的產出速率也高得多，鉆屑的比表面積大大增加，對鉆井液的性能要求高，影響PDC鉆頭泥包的鉆井液因素主要有以下幾點。

1.3.1鉆井液抑制性的影響

粘土的水化作用會顯著地改變頁巖和鉆屑的應力狀態(tài)和力學性質，研究表明，當粘土發(fā)生塑性變形時，鉆頭泥包的可能性最大[2]，從而大大降低機械鉆速，同時，泥巖水化膨脹縮徑引起起下鉆遇阻卡也會占用很多時間，因此，提高鉆井液的抑制性，有效地控制粘土的水化分散，會降低鉆頭泥包和鉆屑沉積。

1.3.2鉆井液流變性的影響

鉆井液的流變性也是影響鉆頭泥包的一個重要因素。鉆井液塑性粘度高，動塑比小，則鉆頭噴嘴液流的噴射速度低，就必然降低和減緩鉆頭對井底的沖擊和切削作用，鉆頭泥包。

1.3.3失水的影響

鉆井液的濾失與造壁性是鉆井液的重要性能，它對水化膨脹地層有十分重要的影響，失水越大，井壁形成的泥餅越厚，而且水敏性地層還會造成水化膨脹，引起了井壁的縮小，易造成起下鉆遇阻、鉆頭及扶正器泥包。

2　使用PDC鉆頭的配套鉆井液工藝

2.1鉆井液體系優(yōu)選

根據酒東地層特點,酒東地層應全井實行強抑制,經室內評價和前期長101的兩性復合金屬離子、鉀基硅油聚磺、深井聚磺，長2的鉀銨基聚合物、金屬離子聚磺及長3井的陽離子體系應用對比后認為，陽離子鉆井液的抑制性優(yōu)于其它體系，確定了酒東全井實行陽離子鉆井液體系。

2.2處理劑優(yōu)選

2.2.1抑制劑能力評價

在160℃、5%鹽水條件下，抑制性評價表明：①大分子主抑制劑的抑制性強弱：CHM＞KPAM＞FA367＞JMHA＞PMHA；②聚合物降濾失劑抑制強弱：HS-1＞KHPAN＞NH4HPAN；③小分子主抑制劑的抑制性強弱：硅油＞甲酸鉀＞NW-1＞KCl＞甲酸鈉。因此選取CHM、NW-1、甲酸鉀為主抑制劑。

2.2.2降濾失劑選擇

經抗高溫、流變性、抗污染試驗表明：降濾失劑能力：HS-2＞SPNH＞SMP＞PSC；高溫穩(wěn)定劑能力評價：HS-2＞DYFT＞SMP-2＞LY-1＞SPNH＞SHR。由于在深井段泥頁巖的水化分散能力仍較強，要求鉆井液具有強抑制、弱分散、抗高溫能力，因此主要選取HS-2為高溫降濾失劑，DYFT-1為防塌劑。

2.3分段鉆井液配方設計

0～600m：清水+0.2%～0.5%燒堿+0.1%～0.3%純堿+5%～8%膨潤土；600～1300m：0.3%～0.5%CHM+ 0.3%～0.5%NW-1+0.5%CaO+1%～2%HS-1+ 0.05%RH4；1200～3400m：0.4%～0.5%CHM+1% NW-1+0.5%CaO+4%HS-1+2%LRQ-1+0.2%RH4；3400～4100m：0.3%CHM+0.4%NW-1+1%CaO+2% HS-1+3%HS-2+3%DYFT-1+2%JXFQ-6+2% FCLS+0.15%RH4。

3　PDC鉆頭鉆進的配套鉆井液工藝技術措施

3.1坂土含量控制

坂含是鉆井液流變性控制和提高抗鉆屑污染能力的基礎，一開配漿時坂土加量一般為5%即可滿足攜帶需要，轉化為陽離子鉆井液時通過稀釋和開離心機將鉆井液坂含降至30～40g/L，PDC鉆頭鉆進時通過CHM、NW-1和沖生石灰保持鉆井液強抑制性控制坂含。一般推薦坂含控制范圍見表1。

表1　使用PDC鉆頭鉆進的坂含控制推薦范圍

3.2固相控制措施

PDC鉆頭鉆進，鉆井液固相含量和鉆井液含砂量的控制是重點。具體措施為：

①根據鉆進時鉆井液排量，在不跑漿的情況下，盡量選用80目以上的鉆井震動篩除砂，并確保使用率100%。②現場使用好除砂器和離心機鉆井液凈化設備，除砂器使用率100%，離心機使用率50%，盡最大能力控制低密度固相的增長。③利用短拉和起下鉆時間及時清錐形池和沉砂池，采用物理法稀釋降低鉆井液劣質固相含量。④根據鉆進進尺容積量2～2.5倍，及時補充鉆井液處理劑膠液（注意適當增加絮凝劑和抑制劑的用量），達到降低鉆井液固相含量、含砂量和補充處理劑的目的。表2給出了鉆井液固相含量控制推薦范圍。

表2　使用PDC鉆頭鉆進鉆井液固相含量控制推薦范圍

3.3潤滑性能控制措施

①高密度鉆井液施工期間，加大液體潤滑劑的加量，潤滑劑復配基本加量：3%JXFQ-6+2%LRQ-1，采取少加勤加的方式，保證鉆井液中的潤滑劑含量不低于5%，使泥餅的摩阻系數保持在0.06以內；②下部嚴格控制鉆井液的HTHP濾失量，要求HTHP≤10mL/120℃，加入磺化瀝青和乳化瀝青，提高鉆井液封堵承壓能力和改善泥餅質量，降低壓差卡鉆的風險；③嚴格執(zhí)行短起下鉆制度，每鉆進200m必須短程起下鉆一次。

3.4流變性的優(yōu)控措施

①控制合理的坂含、保持體系的絮凝抑制能力和嚴格執(zhí)行固控措施是流變性能控制的前提；②粘度3000m以前保持在40～45s，3000m以后保持在45～60s；③在陽離子體系中，水沖生石灰非常關鍵，Ca2+既能提高鉆井液的抑制性，又能改善泥餅質量，泥巖段對控制粘度非常有效，石灰每班沖200～300kg，Ca2+控制在400～600mg/L；④加重材料重晶石選用密度至少是4.2g/cm3以上的；⑤鉆井液流變性用稀膠液控制，盡量不用FClS降粘度；⑥維護中注意鉆井液pH值的變化，及時補充燒堿，以彌補各種因素造成的pH值較低，pH值控制在9～9.5較適當。表3給出了流變性指標控制的推薦范圍。

表3　使用PDC鉆頭鉆進的流變性指標推薦范圍

3.5濾失造壁性控制

泥巖段鉆井液采用“多聚少磺”，使用HS-1控制API失水，沖石灰改善泥餅質量，3000m后引入HS-2、DYFT-1降低高溫高壓失水，范圍：1300～2000m，API失水：15～8mL，2000～3000m，API失水：8～5mL，3000～4000m，API失水不大于5mL，HTHP失水：12～8mL。

4　PDC鉆頭鉆進的配套鉆井液工藝實施情況

近幾年來，酒東地區(qū)的所鉆井全部采用了PDC鉆頭鉆井工藝，實踐表明，PDC鉆頭鉆進的配套鉆井液工藝技術完全能滿足PDC鉆頭快速鉆進的需要，井漿性能穩(wěn)定，消除了鉆頭泥包現象，杜絕了因鉆井液質量或技術原因造成的井下復雜事故，較好地滿足PDC鉆頭鉆進的工藝需要。

5　結論

（1）PDC鉆頭鉆進的配套鉆井液維護處理的關鍵是：嚴格控制鉆屑分散和污染井漿、盡量清除鉆屑等有害固相、提高鉆井液抗鉆屑污染能力和對鉆井液進行有效的處理。

（2）在含砂礫巖較多，滲透性強的泥巖段可適當放寬坂土含量至30g/L左右，以加強對API失水的控制，保證泥餅質量。

（3）在第三系大段軟泥巖的鉆進中應嚴格控制pH值在8～8.5，pH值過高會大大削弱陽離子體系的抑制性。

[1]卜志丹，徐旭東.周莊區(qū)塊PDC鉆頭泥包的原因分析及對策研究[J].長江大學學報：自然科學版，2013（20）.

[2]陳在君，劉頂運，韋孝忠，陳煉軍，王萬慶.長慶氣田水平井PDC鉆頭防泥包技術[J].天然氣工業(yè)，2009（11）.

TE254

B

1004-5716(2015)07-0062-03

2014-06-23

2014-07-09

張寶峰（1972-），男（漢族），甘肅酒泉人，工程師，現從事重點探井、深井、超深井的鉆井液技術研究和現場服務工作。