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一、背景介绍
苏120区块位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北侧，该区块中生界地层以砂岩为主、夹泥岩，安定组和直罗组泥岩轻度垮塌；纸坊组泥岩蒙脱石含量较高，水化分散能力较强，有一定的造浆能力；刘家沟组地层承压能力较低，易发生压力诱导性漏失；石千峰上部和石盒子组下部泥岩在钻井液长时间浸泡下可能垮塌；山西组地层岩性以厚层状深灰色泥岩夹薄层灰白色细砂岩为主，其次为泥质砂岩及煤层，煤层易垮塌掉块。太原组地层岩性为深灰色灰岩，深灰、灰黑色泥岩夹薄煤层，煤层易垮塌掉块。
二、主要内容
1.钻井液技术难点
1.1第四系黄土层和流沙层易坍塌问题
一开黄土层土质疏松，胶结松软，欠压实且渗透性强，易发生垮塌。
1.2井漏问题
该区块刘家沟组地层承压能力低，易发生压力诱导性漏失，钻井过程中有时会出现连续渗透性漏失。
1.3井壁稳定问题
安定组、直罗组和石盒子组地层的大段泥岩、砂岩互层水敏性较强，泥岩在钻井液长期浸泡下可能发生严重坍塌掉块；延安组、延长组地层泥岩中蒙脱石含量较高，水化分散能力较强，易缩径导致起下钻阻卡；纸坊组地层造浆性强，易发生井径扩大；山西组和太原组煤层强度低、脆性大、裂缝发育、胶结疏松，在钻头破碎、钻井液冲蚀、钻具碰撞等外力作用下，极易破碎坍塌；极发育的裂缝和孔洞使煤体比表面积特别大，毛细管作用突出，易吸附水，钻井液滤液进入煤层后，降低胶结力，引起煤体的水化膨胀，溶解裂缝间的胶结物，使煤层失去支撑、强度下降，常造成煤层突发性剥落坍塌。
1.4防污染问题
如果钻井液的抑制性和抗污染能力不足，伴随气体流入井内的地层流体会破坏钻井液的性能，易导致井下复杂情况发生。
2.钻井液现场施工
2.1導管
井深25m左右该地层属于苏里格气田流沙层，土质疏松，胶结性差，欠压实承压能力低，且渗透性强，为了预防垮塌和漏失，采用配浆开钻，配方如下：
4%～6%膨润土+0.5%纯碱+（0.2%～0.4%）HV-CMC开钻前用淡水配40m3预水化膨润土浆，充分搅拌，预水化24h后开钻。钻进过程中用清水、膨润土粉、CMC将钻井液粘度调整在40s～50s，使钻井液具有一定的悬浮和携带能力，防止井口坍塌，以满足下导管工作的顺利进行。
2.2一开
井深为1000m左右，下完导管后将膨润土浆稀释到30～35s，采用小循环钻进，完钻后大排量充分循环钻井液两周，等井底清洁后，将提前配制好的50～60s的稠浆打入井内封闭井底裸眼井段，保证安全顺利下入表层套管。
2.3二开
上部井段采用无固相聚合物钻井液，采取地面大循环，加入0.1%～0.3%HPAM和K-PAM，利用其强絮凝性快速沉淀钻屑和分散的地层粘土，有效控制密度和含砂量，保持最低固相，紊流洗井，克服阻卡以提高钻速；同时工程上必须坚持好无固相钻井液钻井的强化措施，以保证井下安全。纸坊组地层造浆性强，易发生井径扩大，进入纸坊组前50m，加入0.2%～0.3%强抑制性防塌剂，提高钻井液的抑制性，降低粘土的水化膨胀和分散作用，维持钻井液体系有足够的抑制和絮凝能力，保持井壁稳定。
进入和尚沟组底部灰黑色泥岩层前改小循环钻进，充分利用固控设备清除有害固相，使钻井液中保持合理的粘土含量，使用HV-CMC适当提高钻井液粘切，加入1%～2%褐煤类降滤失剂，降低钻井液的滤失量；刘家沟组地层承压能力低，易发生渗透性漏失，在该井段钻井液尽量保持低密度，适当加大高分子聚合物处理剂的用量，以提高钻井液的粘切，同时预加入单封和随钻堵漏剂提高地层的承压能力，严防井漏。若发生井漏，加入单封和复合堵漏剂循环堵漏，单封和复合堵漏剂加量应根据漏失速度确定；如循环堵漏无效，则用土粉、纯碱、HV-CMC、复合堵漏剂和单封等配制20～40m3粘度为滴流状态的堵漏钻井液，替入井内漏失层段，起钻静止堵漏10小时以上，下钻循环试漏，堵漏成功后恢复钻进。
古生界石千峰组上部和石盒子组下部泥岩在钻井液长时间浸泡下可能垮塌，进入石千峰组后要加大高分子聚合物处理剂和抑制防塌剂的用量，改善泥饼质量、降低钻井液的滤失量，进一步稳定井壁、克服阻卡，保证井下安全，提高钻速。进入古生界石盒子组气层将钻井液转换为聚磺钻井液，转换钻井液前先对钻井液性能进行先期调整，提高钻井液的pH值到9以上，控制膨润土含量为20～35g/L，密度为1.04～1.06g/cm3，配方中增加高分子聚合物使钻井液粘度不低于40s，提高钻井液剪切稀释性，改善钻井液流变性。调整好钻井液性能后，转换为聚磺钻井液，其配方如下：
（3%～5%）膨润土+3%SMP-2+（1%～2%）SAS+（0.2%～0.3%）
K-PAM+（1%～2%）KFT+（0.1%～0.2%）CMC+（1%～2%）强抑制性防塌剂+适量NaOH
在钻进过程中根据钻井速度补充K-PAM和SAS，以增加钻井液的抑制性和防塌性，加入SMP-2和KFT提高钻井液的抗盐和抗温性能，同时改善泥饼质量，降低钻井液的滤失量，控制API滤失量小于5mL，根据实际情况定期补充NaOH，保持钻井液的pH值在9.5以上，防止硫化氢污染。同时要加强固相控制，严格控制钻井液中膨润土含量25～35g/L，提高钻井液抗温和抗各种污染能力，防止地层流体或硫化氢等进入井内破坏钻井液性能。
山西组和太原组煤层强度低、脆性大、节理微裂缝发育、胶结疏松，钻井过程中易受到钻头钻具碰撞、高压射流冲刺、起下钻时的压力激动而失稳导致井壁垮塌。针对煤层上述特点采取以下技术对策：
2.3.1调整并保持合理的钻井液密度
合理钻井液密度要根据煤岩物理力学参数、煤层压力、煤层地应力等参数综合分析计算后确定，同时要考虑泥页岩夹层的稳定问题，防止泥页岩夹层剥落导致煤层失去支撑而失稳。
2.3.2强化钻井液封堵能力及造壁性
煤层往往呈条带状或线状分布，而且煤层的割理、节理以及裂缝比较发育，钻井液滤液进入煤层层理和裂缝中容易引起煤层强度降低，煤中粘土矿物水化膨胀和分散，加剧煤层坍塌。在施工中要及时加足沥青类防塌剂，并加入成膜树脂，强化钻井液封堵能力、改善泥饼质量，减少钻井液滤液进入地层。
2.3.3优化钻井液流变参数
粘度一般控制在45～55s。切力一般控制在2～5Pa即可满足要求。
2.3.4进一步提高钻井液的抑制性
煤岩中泥页岩夹层粘土矿物含量高，水化分散和膨胀性较强，抑制性差的钻井液滤液进入泥页岩会产生水化膨胀压，改变井周应力分布，诱发或加剧井壁失稳，泥页岩坍塌会导致煤岩坍塌。因此， 为防止因泥页岩夹层剥落导致煤层失去支撑坍塌，在钻井液中加入1～2%强抑制性防塌剂，进一步提高钻井液的抑制性。
2.3.5起钻前配制30m3粘度不低于80s的稠浆封闭井底煤层，防止煤层坍塌。
2.3.6同时工程上要适当降低转速，控制起下钻速度，减少旋转钻具和压力激动对煤层井壁的影响，防止井下复杂情况发生。
三、应用情况
以下是苏120区三口井的施工情况对比见下表：
通过该区块三口井的施工情况对比，我们可以看出在对钻井液体系优化之后，取得了很好的效果。机械钻速明显提高，缩短了钻井周期，而且井壁稳定、井径规则，尤其是第三口井在采用聚磺钻井液后，井径扩大率明显减小。
苏120区块口井施工情况对比
四、推广前景
1.该体系在高温条件下性能稳定，具有较强的抑制能力，防塌效果好，井壁稳定，井径规则、井径扩大率小，在钻井周期比较长的情况下对于防塌具有较强的优势。
2.该体系具有良好的剪切稀释性，无厚虚泥饼，起下钻正常，开泵顺利。应用该体系有效地克服了苏120区块的井塌和井漏问题，大大缩短了钻井周期，节约了成本。
作者简介：张伟东，男， 2008年7月毕业于大庆石油学院应用化学专业，获理学学士学位。现任黄河钻井北方公司40555队钻井液工程师。
苏120区块位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北侧，该区块中生界地层以砂岩为主、夹泥岩，安定组和直罗组泥岩轻度垮塌；纸坊组泥岩蒙脱石含量较高，水化分散能力较强，有一定的造浆能力；刘家沟组地层承压能力较低，易发生压力诱导性漏失；石千峰上部和石盒子组下部泥岩在钻井液长时间浸泡下可能垮塌；山西组地层岩性以厚层状深灰色泥岩夹薄层灰白色细砂岩为主，其次为泥质砂岩及煤层，煤层易垮塌掉块。太原组地层岩性为深灰色灰岩，深灰、灰黑色泥岩夹薄煤层，煤层易垮塌掉块。
二、主要内容
1.钻井液技术难点
1.1第四系黄土层和流沙层易坍塌问题
一开黄土层土质疏松，胶结松软，欠压实且渗透性强，易发生垮塌。
1.2井漏问题
该区块刘家沟组地层承压能力低，易发生压力诱导性漏失，钻井过程中有时会出现连续渗透性漏失。
1.3井壁稳定问题
安定组、直罗组和石盒子组地层的大段泥岩、砂岩互层水敏性较强，泥岩在钻井液长期浸泡下可能发生严重坍塌掉块；延安组、延长组地层泥岩中蒙脱石含量较高，水化分散能力较强，易缩径导致起下钻阻卡；纸坊组地层造浆性强，易发生井径扩大；山西组和太原组煤层强度低、脆性大、裂缝发育、胶结疏松，在钻头破碎、钻井液冲蚀、钻具碰撞等外力作用下，极易破碎坍塌；极发育的裂缝和孔洞使煤体比表面积特别大，毛细管作用突出，易吸附水，钻井液滤液进入煤层后，降低胶结力，引起煤体的水化膨胀，溶解裂缝间的胶结物，使煤层失去支撑、强度下降，常造成煤层突发性剥落坍塌。
1.4防污染问题
如果钻井液的抑制性和抗污染能力不足，伴随气体流入井内的地层流体会破坏钻井液的性能，易导致井下复杂情况发生。
2.钻井液现场施工
2.1導管
井深25m左右该地层属于苏里格气田流沙层，土质疏松，胶结性差，欠压实承压能力低，且渗透性强，为了预防垮塌和漏失，采用配浆开钻，配方如下：
4%～6%膨润土+0.5%纯碱+（0.2%～0.4%）HV-CMC开钻前用淡水配40m3预水化膨润土浆，充分搅拌，预水化24h后开钻。钻进过程中用清水、膨润土粉、CMC将钻井液粘度调整在40s～50s，使钻井液具有一定的悬浮和携带能力，防止井口坍塌，以满足下导管工作的顺利进行。
2.2一开
井深为1000m左右，下完导管后将膨润土浆稀释到30～35s，采用小循环钻进，完钻后大排量充分循环钻井液两周，等井底清洁后，将提前配制好的50～60s的稠浆打入井内封闭井底裸眼井段，保证安全顺利下入表层套管。
2.3二开
上部井段采用无固相聚合物钻井液，采取地面大循环，加入0.1%～0.3%HPAM和K-PAM，利用其强絮凝性快速沉淀钻屑和分散的地层粘土，有效控制密度和含砂量，保持最低固相，紊流洗井，克服阻卡以提高钻速；同时工程上必须坚持好无固相钻井液钻井的强化措施，以保证井下安全。纸坊组地层造浆性强，易发生井径扩大，进入纸坊组前50m，加入0.2%～0.3%强抑制性防塌剂，提高钻井液的抑制性，降低粘土的水化膨胀和分散作用，维持钻井液体系有足够的抑制和絮凝能力，保持井壁稳定。
进入和尚沟组底部灰黑色泥岩层前改小循环钻进，充分利用固控设备清除有害固相，使钻井液中保持合理的粘土含量，使用HV-CMC适当提高钻井液粘切，加入1%～2%褐煤类降滤失剂，降低钻井液的滤失量；刘家沟组地层承压能力低，易发生渗透性漏失，在该井段钻井液尽量保持低密度，适当加大高分子聚合物处理剂的用量，以提高钻井液的粘切，同时预加入单封和随钻堵漏剂提高地层的承压能力，严防井漏。若发生井漏，加入单封和复合堵漏剂循环堵漏，单封和复合堵漏剂加量应根据漏失速度确定；如循环堵漏无效，则用土粉、纯碱、HV-CMC、复合堵漏剂和单封等配制20～40m3粘度为滴流状态的堵漏钻井液，替入井内漏失层段，起钻静止堵漏10小时以上，下钻循环试漏，堵漏成功后恢复钻进。
古生界石千峰组上部和石盒子组下部泥岩在钻井液长时间浸泡下可能垮塌，进入石千峰组后要加大高分子聚合物处理剂和抑制防塌剂的用量，改善泥饼质量、降低钻井液的滤失量，进一步稳定井壁、克服阻卡，保证井下安全，提高钻速。进入古生界石盒子组气层将钻井液转换为聚磺钻井液，转换钻井液前先对钻井液性能进行先期调整，提高钻井液的pH值到9以上，控制膨润土含量为20～35g/L，密度为1.04～1.06g/cm3，配方中增加高分子聚合物使钻井液粘度不低于40s，提高钻井液剪切稀释性，改善钻井液流变性。调整好钻井液性能后，转换为聚磺钻井液，其配方如下：
（3%～5%）膨润土+3%SMP-2+（1%～2%）SAS+（0.2%～0.3%）
K-PAM+（1%～2%）KFT+（0.1%～0.2%）CMC+（1%～2%）强抑制性防塌剂+适量NaOH
在钻进过程中根据钻井速度补充K-PAM和SAS，以增加钻井液的抑制性和防塌性，加入SMP-2和KFT提高钻井液的抗盐和抗温性能，同时改善泥饼质量，降低钻井液的滤失量，控制API滤失量小于5mL，根据实际情况定期补充NaOH，保持钻井液的pH值在9.5以上，防止硫化氢污染。同时要加强固相控制，严格控制钻井液中膨润土含量25～35g/L，提高钻井液抗温和抗各种污染能力，防止地层流体或硫化氢等进入井内破坏钻井液性能。
山西组和太原组煤层强度低、脆性大、节理微裂缝发育、胶结疏松，钻井过程中易受到钻头钻具碰撞、高压射流冲刺、起下钻时的压力激动而失稳导致井壁垮塌。针对煤层上述特点采取以下技术对策：
2.3.1调整并保持合理的钻井液密度
合理钻井液密度要根据煤岩物理力学参数、煤层压力、煤层地应力等参数综合分析计算后确定，同时要考虑泥页岩夹层的稳定问题，防止泥页岩夹层剥落导致煤层失去支撑而失稳。
2.3.2强化钻井液封堵能力及造壁性
煤层往往呈条带状或线状分布，而且煤层的割理、节理以及裂缝比较发育，钻井液滤液进入煤层层理和裂缝中容易引起煤层强度降低，煤中粘土矿物水化膨胀和分散，加剧煤层坍塌。在施工中要及时加足沥青类防塌剂，并加入成膜树脂，强化钻井液封堵能力、改善泥饼质量，减少钻井液滤液进入地层。
2.3.3优化钻井液流变参数
粘度一般控制在45～55s。切力一般控制在2～5Pa即可满足要求。
2.3.4进一步提高钻井液的抑制性
煤岩中泥页岩夹层粘土矿物含量高，水化分散和膨胀性较强，抑制性差的钻井液滤液进入泥页岩会产生水化膨胀压，改变井周应力分布，诱发或加剧井壁失稳，泥页岩坍塌会导致煤岩坍塌。因此， 为防止因泥页岩夹层剥落导致煤层失去支撑坍塌，在钻井液中加入1～2%强抑制性防塌剂，进一步提高钻井液的抑制性。
2.3.5起钻前配制30m3粘度不低于80s的稠浆封闭井底煤层，防止煤层坍塌。
2.3.6同时工程上要适当降低转速，控制起下钻速度，减少旋转钻具和压力激动对煤层井壁的影响，防止井下复杂情况发生。
三、应用情况
以下是苏120区三口井的施工情况对比见下表：
通过该区块三口井的施工情况对比，我们可以看出在对钻井液体系优化之后，取得了很好的效果。机械钻速明显提高，缩短了钻井周期，而且井壁稳定、井径规则，尤其是第三口井在采用聚磺钻井液后，井径扩大率明显减小。
苏120区块口井施工情况对比
四、推广前景
1.该体系在高温条件下性能稳定，具有较强的抑制能力，防塌效果好，井壁稳定，井径规则、井径扩大率小，在钻井周期比较长的情况下对于防塌具有较强的优势。
2.该体系具有良好的剪切稀释性，无厚虚泥饼，起下钻正常，开泵顺利。应用该体系有效地克服了苏120区块的井塌和井漏问题，大大缩短了钻井周期，节约了成本。
作者简介：张伟东，男， 2008年7月毕业于大庆石油学院应用化学专业，获理学学士学位。现任黄河钻井北方公司40555队钻井液工程师。