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[摘 要]老君庙油田为玉门油田主要产油区，其北部I317冲断带是近年浅层钻井的主战场，单支施工队年工作量保持在6-7口。此区域为砾状砂岩、棕红色泥岩、粉砂质泥岩互层。定向作业复杂情况多，井眼轨迹控制难度大，钻井液性能稳定性差。本文通过研究高性能聚合物钻井液在长泥岩段定向井中所取得的效果，证明其在高效完成钻井任务中所发挥的关键作用。
[关键词]长泥岩段 钻井液性能 井眼轨迹 效果评价
中图分类号：TE254 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0008-01
一、长泥岩段定向井钻探中的难点
1.钻井液性能难控制
I317冲断带地层为第三系砂泥岩互层，机械钻速快，但长段裸眼砂泥岩胶结性差，泥页岩水化膨胀严重，易造成钻井液粘度、密度变化差异大，钻屑易分散，钻井液固相含量大幅升高，砂岩渗透性好易形成厚泥饼缩径，造壁性差，同时存在石膏污染钻井液现象。
2.井身质量合格率低
长泥岩段地层井身质量合格率低主要体现在井陉扩大率不合格，即井眼尺寸严重扩大或因虚泥饼过厚造成的缩径。钻井液性能的变化制约着定向、复合钻进过程中的机械钻速，而机械钻速得快慢又从根本上影响到井眼的规则。
3.托压严重导致复杂增加
定向造斜施工过程中，钻具受重力和形变的作用使其与井壁接触面积增大，摩擦阻力和扭矩激增，严重的托压会增加卡钻事故风险和降低机械钻速。高效的机械钻速和合理的钻进参数正是解决井径超标的主要手段。高质量的井眼轨迹与钻井液良好的润滑性可有效的降低摩阻，保证起下钻、测井、下套作业的顺利进行。
二、高性能聚合物钻井液在现场应用中的效果
老君庙油田长泥岩段对钻井液的性能要求较高，必须要保证钻井液具有良好的造壁性、强抑制性、润滑性、稳定性和较强的携砂能力，以维护井壁稳定，克服泥岩层缩径，造斜段及稳斜段井壁摩阻过大和钻屑携带困难等，确保钻具不粘卡。在此要求下，逐步改善后的高性能聚合物钻井液在现场应用中的效果明显，具有较好的利用价值。
1.现场钻井液施工概况
A一开井段（0-600m）
配制膨润土含量为2%的新浆40m3，预水化12h后，加入浓度为25%左右的水解聚丙烯晴铵盐（NH4HPAN）200Kg后一开。开钻后及时补充药品胶液来维护钻井液量和必要的钻井液性能。每钻进100m配制浓度10%的聚丙烯酰胺钾盐（KPAM）50Kg+浓度25%的水解聚丙烯晴铵盐（NH4HPAN）100Kg以细水长流的方式加入。
B二开井段（600-1500m）
①直井段（600-800m）：将一开钻井液进行净化处理，作为二开基浆。开钻后，加入浓度10%的聚丙烯酰胺钾盐（KPAM）100Kg，配合浓度50%的水解聚丙烯晴铵盐（NH4HPAN）100Kg+浓度25%的固体防塌润滑剂200Kg以胶液的形式加入。
②定向、稳斜段（800-1700m）：进入定向点以前，加入足量的液体润滑剂后更换定向钻具。钻进时，每100m加入浓度10%的聚丙烯酰胺钾盐（KPAM）50Kg+浓度15%的水解聚丙烯晴铵盐（NH4HPAN）50Kg+浓度各15%的磺化酚醛树脂、褐煤树脂共100Kg+液体润滑剂。
③完井：完井起鉆前配制玻璃球封闭液，以利于完井裸眼测井、下套管。
2.施工效果分析
在大幅度降低强分散剂烧碱、纯碱用量的基础上，合理使用弱分散剂NH4HPAN、SPNH，增强高分子聚合物强包被剂KPAM含量后，有效提高了钻井液体系的抑制性，保持中间颗粒含量，降低微米级和亚微米级颗粒含量，避免泥页岩过度分散造成的性能失控。高润滑强抑制性聚合物钻井液的应用，提高了其在长泥岩段钻进中预防复杂和处理复杂的应变能力，保证施工顺利进行，同时维护处理简单，工作量小。
A水解聚丙烯晴胺盐和钾盐的使用，大大降低了钻井液失水，一般可将失水量控制在6mL-8mL以内，达到抑制泥岩水化目的。保证钻井液粘度在40-60s之内，且在起伏稳定的情况下，可有效调整钻井液的流变性，提高钻机机械速度，避免钻头泥包，减少粘卡事故发生。
B足量包被絮凝剂聚丙烯酰胺（KPAM）的使用，可以吸附钻井液中的悬浮颗粒，在颗粒之间链接架桥，使细颗粒形成较大的絮团，同时所钻出的岩屑也因及时受到包被保护而不易分散成微细颗粒，成型度高、棱角分明。增强了钻井液的抑制性，保持了适当高的动塑比及切力，再通过完善的固控设备，清除有害固相，形成高质量的泥饼，使其具有“动则流、静则絮”的特性。
C璜化酚醛树脂与褐煤树脂的搭配使用，进一步提高了钻井液的抑制性。在部分失水难以控制的井中，使用300Kg-500Kg璜化酚醛树脂与褐煤树脂，可以在较短时间里将钻井液失水量控制在4mL-5mL以内。同时其良好的抗污染能力，能有效的控制钻井液的流变性和沉降稳定性，保证钻井的顺利进行。
D液体润滑剂和固体防塌润滑剂的使用，使水基钻井液达到接近油基钻井液的性能。增强了钻井液的润滑性和流变性，泥饼薄而坚韧，摩阻系数小，最大限度的提高钻井液的造壁、护壁性，从而能控制井径变化，改善井眼軌迹，减少因托压所带来的复杂情况。同时也可以较好的施加钻压，保证起下钻平稳，有效的避免卡钻事故。
三、现场应用效果评价
1.钻井时效对比分析
通过近年钻进基础数据对比，2015年定向、稳斜段在大胆采用导向螺杆配合液力加压器加柔性钻具组合的基础上，完全释放钻压提高机械速度。再合理优化钻井液材料的搭配使用，有效稳定了高性能聚合物钻井液在长泥岩段施工时的性能，不仅保证了井身质量合格率≥90%，还使定向工程中的托压现象显著减少，使复杂率降低了66.29%。同时全年定向、稳斜段进尺5685.18m，占总进尺的65.88%，定向、稳斜段平均机速为6.25m/h，与全井段平均机速基本持平，同比14年机速提高26.72%，多次出现单班进尺在150m-200m以上的良好效果。
A钻机日费：15年平均口井建井周期缩短6.75天，钻机日费按4万元/天计算，至少节约6.75×4=27万元。
B油料结余：消耗柴油按1.2t/d，柴油价格按0.80万元/t计算，则节约6.75×1.2×0.80=6.48万元。
C钻井液材料费用：15年口井平均进尺1439米，钻井液材料按每米单位成本降低6.23元，则口井降低1439×6.23=8964.97元。
以上三项合计后口井可获得直接经济27+6.48+0.90=34.38万元。经济效益显著。
四、结论
1.高性能聚合物钻井液处理技术工艺合理，可操作性强，具有良好的包被抑制性、良好的润滑防卡能力、流变性控制理想、携岩洗井效果好、防塌能力较强，完全满足I317冲断片长泥岩段定向井钻井的需要。
2.高分子聚合物体系是适合老君庙油田浅层水平井及定向井的理想体系，在施工过程中大分子处理剂含量必须足量才能获得好的泥饼质量和满意的携砂效果。
3.形成优质的泥饼是润滑防卡的基础，同时也可获得防塌、防漏的多重功效，而形成优质泥饼的关键是处理剂的合理搭配及固控设备的有效使用。
4.合理优化钻具结构、坚持短起下钻是钻井施工必须坚持的有效措施，可收到减轻液柱压力预防漏失、降低含砂量，清洁井眼改善泥饼质量，避免托压确保正常钻进，防止粘卡等效果。
5.确保固控设备尤其是离心机的有效使用是维护钻井液性能的重要保障之一。
[关键词]长泥岩段 钻井液性能 井眼轨迹 效果评价
中图分类号：TE254 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0008-01
一、长泥岩段定向井钻探中的难点
1.钻井液性能难控制
I317冲断带地层为第三系砂泥岩互层，机械钻速快，但长段裸眼砂泥岩胶结性差，泥页岩水化膨胀严重，易造成钻井液粘度、密度变化差异大，钻屑易分散，钻井液固相含量大幅升高，砂岩渗透性好易形成厚泥饼缩径，造壁性差，同时存在石膏污染钻井液现象。
2.井身质量合格率低
长泥岩段地层井身质量合格率低主要体现在井陉扩大率不合格，即井眼尺寸严重扩大或因虚泥饼过厚造成的缩径。钻井液性能的变化制约着定向、复合钻进过程中的机械钻速，而机械钻速得快慢又从根本上影响到井眼的规则。
3.托压严重导致复杂增加
定向造斜施工过程中，钻具受重力和形变的作用使其与井壁接触面积增大，摩擦阻力和扭矩激增，严重的托压会增加卡钻事故风险和降低机械钻速。高效的机械钻速和合理的钻进参数正是解决井径超标的主要手段。高质量的井眼轨迹与钻井液良好的润滑性可有效的降低摩阻，保证起下钻、测井、下套作业的顺利进行。
二、高性能聚合物钻井液在现场应用中的效果
老君庙油田长泥岩段对钻井液的性能要求较高，必须要保证钻井液具有良好的造壁性、强抑制性、润滑性、稳定性和较强的携砂能力，以维护井壁稳定，克服泥岩层缩径，造斜段及稳斜段井壁摩阻过大和钻屑携带困难等，确保钻具不粘卡。在此要求下，逐步改善后的高性能聚合物钻井液在现场应用中的效果明显，具有较好的利用价值。
1.现场钻井液施工概况
A一开井段（0-600m）
配制膨润土含量为2%的新浆40m3，预水化12h后，加入浓度为25%左右的水解聚丙烯晴铵盐（NH4HPAN）200Kg后一开。开钻后及时补充药品胶液来维护钻井液量和必要的钻井液性能。每钻进100m配制浓度10%的聚丙烯酰胺钾盐（KPAM）50Kg+浓度25%的水解聚丙烯晴铵盐（NH4HPAN）100Kg以细水长流的方式加入。
B二开井段（600-1500m）
①直井段（600-800m）：将一开钻井液进行净化处理，作为二开基浆。开钻后，加入浓度10%的聚丙烯酰胺钾盐（KPAM）100Kg，配合浓度50%的水解聚丙烯晴铵盐（NH4HPAN）100Kg+浓度25%的固体防塌润滑剂200Kg以胶液的形式加入。
②定向、稳斜段（800-1700m）：进入定向点以前，加入足量的液体润滑剂后更换定向钻具。钻进时，每100m加入浓度10%的聚丙烯酰胺钾盐（KPAM）50Kg+浓度15%的水解聚丙烯晴铵盐（NH4HPAN）50Kg+浓度各15%的磺化酚醛树脂、褐煤树脂共100Kg+液体润滑剂。
③完井：完井起鉆前配制玻璃球封闭液，以利于完井裸眼测井、下套管。
2.施工效果分析
在大幅度降低强分散剂烧碱、纯碱用量的基础上，合理使用弱分散剂NH4HPAN、SPNH，增强高分子聚合物强包被剂KPAM含量后，有效提高了钻井液体系的抑制性，保持中间颗粒含量，降低微米级和亚微米级颗粒含量，避免泥页岩过度分散造成的性能失控。高润滑强抑制性聚合物钻井液的应用，提高了其在长泥岩段钻进中预防复杂和处理复杂的应变能力，保证施工顺利进行，同时维护处理简单，工作量小。
A水解聚丙烯晴胺盐和钾盐的使用，大大降低了钻井液失水，一般可将失水量控制在6mL-8mL以内，达到抑制泥岩水化目的。保证钻井液粘度在40-60s之内，且在起伏稳定的情况下，可有效调整钻井液的流变性，提高钻机机械速度，避免钻头泥包，减少粘卡事故发生。
B足量包被絮凝剂聚丙烯酰胺（KPAM）的使用，可以吸附钻井液中的悬浮颗粒，在颗粒之间链接架桥，使细颗粒形成较大的絮团，同时所钻出的岩屑也因及时受到包被保护而不易分散成微细颗粒，成型度高、棱角分明。增强了钻井液的抑制性，保持了适当高的动塑比及切力，再通过完善的固控设备，清除有害固相，形成高质量的泥饼，使其具有“动则流、静则絮”的特性。
C璜化酚醛树脂与褐煤树脂的搭配使用，进一步提高了钻井液的抑制性。在部分失水难以控制的井中，使用300Kg-500Kg璜化酚醛树脂与褐煤树脂，可以在较短时间里将钻井液失水量控制在4mL-5mL以内。同时其良好的抗污染能力，能有效的控制钻井液的流变性和沉降稳定性，保证钻井的顺利进行。
D液体润滑剂和固体防塌润滑剂的使用，使水基钻井液达到接近油基钻井液的性能。增强了钻井液的润滑性和流变性，泥饼薄而坚韧，摩阻系数小，最大限度的提高钻井液的造壁、护壁性，从而能控制井径变化，改善井眼軌迹，减少因托压所带来的复杂情况。同时也可以较好的施加钻压，保证起下钻平稳，有效的避免卡钻事故。
三、现场应用效果评价
1.钻井时效对比分析
通过近年钻进基础数据对比，2015年定向、稳斜段在大胆采用导向螺杆配合液力加压器加柔性钻具组合的基础上，完全释放钻压提高机械速度。再合理优化钻井液材料的搭配使用，有效稳定了高性能聚合物钻井液在长泥岩段施工时的性能，不仅保证了井身质量合格率≥90%，还使定向工程中的托压现象显著减少，使复杂率降低了66.29%。同时全年定向、稳斜段进尺5685.18m，占总进尺的65.88%，定向、稳斜段平均机速为6.25m/h，与全井段平均机速基本持平，同比14年机速提高26.72%，多次出现单班进尺在150m-200m以上的良好效果。
A钻机日费：15年平均口井建井周期缩短6.75天，钻机日费按4万元/天计算，至少节约6.75×4=27万元。
B油料结余：消耗柴油按1.2t/d，柴油价格按0.80万元/t计算，则节约6.75×1.2×0.80=6.48万元。
C钻井液材料费用：15年口井平均进尺1439米，钻井液材料按每米单位成本降低6.23元，则口井降低1439×6.23=8964.97元。
以上三项合计后口井可获得直接经济27+6.48+0.90=34.38万元。经济效益显著。
四、结论
1.高性能聚合物钻井液处理技术工艺合理，可操作性强，具有良好的包被抑制性、良好的润滑防卡能力、流变性控制理想、携岩洗井效果好、防塌能力较强，完全满足I317冲断片长泥岩段定向井钻井的需要。
2.高分子聚合物体系是适合老君庙油田浅层水平井及定向井的理想体系，在施工过程中大分子处理剂含量必须足量才能获得好的泥饼质量和满意的携砂效果。
3.形成优质的泥饼是润滑防卡的基础，同时也可获得防塌、防漏的多重功效，而形成优质泥饼的关键是处理剂的合理搭配及固控设备的有效使用。
4.合理优化钻具结构、坚持短起下钻是钻井施工必须坚持的有效措施，可收到减轻液柱压力预防漏失、降低含砂量，清洁井眼改善泥饼质量，避免托压确保正常钻进，防止粘卡等效果。
5.确保固控设备尤其是离心机的有效使用是维护钻井液性能的重要保障之一。