中石化华北石油工程有限公司河南钻井分公司
摘要：安棚碱矿长期高压注水开采，存在多套压力体系，石膏、芒硝、碱的溶解、蠕变、结晶等对钻井施工造成不利影响；通过现场试验，制定了BC35井钻井液体系和维护处理措施；现场应用表明该体系钻井液抑制性强、防塌性能好，克服了CO32-、HCO3-污染，解决了泥岩造浆、垮塌，碱层污染，高压水层等问题，满足高效、安全、环保钻井的要求。
关键词：碱井；芒硝；CO32-；HCO3-；抗污染
安棚碱矿位于河南省桐柏县安棚乡，是已知国内探明的最大天然碱矿床，碱区面积10.74平方公里，天然碱可采储量4849万吨。BC35井是中源化工部署在安棚碱矿的开发井，位于南襄盆地泌阳凹陷安棚鼻状构造东北翼。设计井深2601.7m，实际完钻井深2668m。
1、地质简况
（1）第四系、平原组—新近系、上寺组（厚约310.0m）：上部为浅黄色松散表土，浅黄色砂砾层，浅黄色含砾细粒流砂与浅黄色粉砂质粘土呈不等厚互层；下部为灰色泥岩与红色泥岩呈不等厚互层。
（2）廖庄组（厚约655.0m）：岩性主要为浅黄色含砾砂岩、浅灰色细砂岩与灰色、深灰色、紫红色泥岩、灰色白云质泥岩呈不等厚互层。灰色或紫红色泥岩中含石膏晶粒或薄层、条带，称含膏泥岩或泥质膏岩，底部可能存在芒硝岩或泥质芒硝岩。
（3）核桃园组一段（厚约620m）：主要岩性为灰褐色、浅灰色泥质白云岩与灰色、深灰色白云质泥岩，灰色细砂岩，深灰色、灰色泥岩呈不等厚互层。
（4）核桃园组二段（厚约985.0m）：岩性主要为灰色白云质泥岩，褐灰色、灰褐色、浅灰色泥质白云岩、白云岩，深灰色泥岩，褐色或深褐色油页岩，常呈互层状，内夹灰白色粉砂岩。
（5）核桃组三段（厚约103.7m）：岩性主要为灰色白云质泥岩、灰色或深灰色泥质白云岩、白云岩、深灰色泥岩、褐色油页岩，常成互层状。有多层薄层灰色粉细砂岩，可能有细或中粒砾岩层。该段发育8号碱层。
2、工程简况
井身结构见表1。
表1 BC35井井身结构
3、钻井液技术难点与对策
（1）泥岩膏泥岩垮塌问题：
廖庄组上部未压实含膏泥岩极易吸水膨胀、掉块垮塌，形成“糖葫芦串”井壁，导致井眼“不畅”，可能使后续钻井过程中发生漏失复杂、甚至诱发埋钻事故—携砂能力相对不足、形成砂桥，堵塞环空，泵压异常，造成部分或全部失返。
对策：使用大分子聚合物增强抑制能力，控制其水化分散、造浆，加入适量降滤失剂、尽可能降低其吸水膨胀程度。
（2）芒硝，碱层污染问题
廖庄组底部、H1段地层极可能存在含膏泥岩、芒硝夹层、H2、H3段钻遇碱层的可能性极大，出现污染现象。可能造成井眼不畅，易诱发井下复杂及事故。
对策：①提前准备，认真观察、分析，一经确认，及时足量加入抗盐能力强的处理剂，提高PAC141使用浓度并加入其它抗盐剂等。
②发现污染，及时采取措施、消除CO32-、HCO3-污染影响，钻达H2段后，密切观察钻井液流动性变化情况——通过流变参数、滤失量动态变化等进行初步判断，并通过室内化验分析予以确认污染的类型，通过现场小型试验。
（3）井深1500～2500m有17个主力碱层，碱矿在开采中，反复注水吞吐、地层压力极不稳定—“闷压”高达（17-23）MPa，泄压后仅有（7-8）MPa；一旦钻遇碱层溶蚀通道，就会突发溢流或漏失等井下复杂情况。碱岩的主要成分为Na2CO3、NaHCO3，易溶于钻井液中，在污染钻井液的同时，也造成地层承载能力下降，井壁稳定性变差，导致井壁垮塌、卡钻具等井下复杂。
对策：原则上先压先堵后打，加强坐岗观察，发现溢流，立即关井观察，并配制压井液。同时井场储备足量的加重剂和堵漏材料。
（4）渗透性漏失和“缩径”阻卡复杂
“小井眼”阻卡。H2段以下至H3上部地层以泥岩及细-粉砂岩、白云岩类等为主，岩性致密、稳定，（1400～1900）m井段钻井过程中，大多呈现不同程度的渗透性漏失和“小井眼”阻卡。
对策：保持低粘低固相不分散钻井液体系，用好“四级”净化设备、最大限度地清除劣质固相；及时加入适量随钻封堵材料。
4、现场钻井液维护与处理
4.1钻井液体系配方
（1）一开
钻井液体系：膨润土聚合物钻井液；
配方：6%膨润土浆+0.5%PAC141。
（2）二开
钻井液体系：膨润土聚合物钻井液；
配方：（8-10）%膨润土＋0.3％纯碱＋（0.2-0.8）% PAC141+HV-CMC。
（3）三开
钻井液体系：聚合物防塌抗盐钻井液；
配方：（4-6）%膨润土+（0.3-0.5）%纯碱+0.1%NaOH+（0.5-0.8）%PAC141＋（0.2-0.8）% KPAM +（0.3-0.5）% HV-CMC +（0.5-1.5）% NH4HPAN +LV-CMC（1-1.5）%+1%SFT。
（4）四开
钻井液体系：聚合物防塌抗碱污染钻井液；
配方：（4-8）%膨润土+（0.3-0.5）%PAC141 +（0.5-1.5）% LV-CMC +（0.5-1）%HV-CMC+（0.5-2）%KJ-1+1%SFT+（1-3）%润滑剂ZRH-2+（1-2）%单封+重晶石
（5）五开
钻井液体系：抗碱污染盐水钻井液；
配方：（4-8）%膨润土+盐水+（0.3-0.5）% PAC141 +（0.5-1.5）% LV-CMC +（0.5-1）%HV-CMC+（0.5-2）%KJ-1+1%SFT+（1-3）%润滑剂ZRH-2+（1-2）%单封+重晶石
4.2分段钻井液的配制、维护与处理要点
（1）一开、二开井段
开钻后将配制好的浓度为0.5%-0.8%的PAC141胶液加入膨润土浆中，提高大井眼携带和悬浮岩屑的能力，钻至井底，用高粘度钻井液充分循环，清扫井眼，待振动筛无返砂时，起钻下入套管固井。
（2）三开井段
①扫塞前加入适量纯碱，开钻后将浓度为0.5%-0.8%的PAC141胶液加入到钻井液中，按比例加入（0.3-0.5）% HV-CMC，（0.5-1.5）% NH4HPAN，LV-CMC（1-1.5）%降失水，调节流型；
②完钻后，充分循环钻井液，用高粘度稠浆清扫井眼，确保井底清洁，待井筒内干净后，起钻下入套管固井。
③控制泥浆性能在如下范围：ρ：1.10-1.25 g/cm3、FV：35-50s、API失水量<10mL/30min、PV：10-22 mPa•s、AV：16-30 mPa•s、YP：4-10Pa、pH值9、含砂量<0.5％。
（3）四开井段
①钻进过程中用PAC141控制地层分散造浆、对钻屑进行包被、絮凝，提高抑制性；使用抗盐降滤失剂LV-CMC、HV-CMC、KJ-1控制API滤失量；
②加入SFT、单封封堵微裂缝、降低滤失量，稳定井壁。
③井下出现溢流时，逐步提高密度到1.25-1.30g/cm3左右压井；
④钻井液流变性差时，及时进行钻井液滤液分析，预防CO32-、HCO3-污染，按比例加入抗盐降滤失剂；
⑤控制泥浆性能在如下范围：ρ：1.15-1.30 g/cm3、FV：35-60s、API失水量<8mL/30min、PV：12-22 mPa•s、AV：20-35 mPa•s、YP：8-14Pa、pH：9、含砂量<0.5％；
（4）五开井段
①加入盐水，预防碱层溶解过快，防止造成井下复杂；
②钻井过程中用大分子聚合物PAC141对钻屑进行包被、絮凝；使用抗碱降滤失剂LV-CMC、HV-CMC、KJ-1控制API滤失量；
③加入ZRH-2来改善钻井液的润滑性能，降低磨阻，保障井下安全；
④加强坐岗，发生溢流及时提高钻井液密度。
4.3实钻钻井液性能
实钻钻井液性能见表2。
表2 实钻钻井液性能
5.结论与认识
（1）该钻井液体系抑制性强，能抗住石膏、芒硝、碱和其他盐污染，防塌性好，能满足碱井施工要求。
（2）抗碱污染盐水钻井液能有效保护储层，加入抗盐、抗碱类处理剂，钻井液性能稳定，有利于安全高效钻井。
参考文献：
[1]肖俊峰.无固相钻井液技术在安棚油田的应用，《钻井液与完井液》.2002（6）：77-79.
[5]肖俊峰.安棚油田钻井液配套技术，《钻采工艺》.2006（5）：102-104.
论文作者:李明荣
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/7
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