CNPC-IDS 旋转导向系统钻井液应用分析

张正华，王 波，慈浩然，黄建兵，谭 勇，耿继东

（1.长城钻探钻井液公司西北项目部，内蒙古乌审旗 017300；2.长城钻探钻井一公司长庆项目部，内蒙古乌审旗 017300）

近年来，为满足深井、超深井、特殊工艺井钻井及页岩气水平井钻井的需要，国内逐步研究形成了聚合醇钻井液、抑制性胺基钻井液、有机盐钻井液和甲基葡萄糖苷钻井液等具有良好环保和抑制性能的钻井液，以及超高温、超高密度钻井液[1]。苏里格气田位于内蒙古鄂尔多斯市境内，构造上隶属伊陕斜坡，主力产层为二叠系石盒子组，岩性以岩屑砂岩为主，平均孔隙度5%～12%，平均渗透率（0.01～2.00）×10-3μm2，为典型的致密砂岩气藏，储集层横向非均质性强，纵向多期叠置，压力系数低，开发难度大[2]。

目前，西北地区水平井和定向井的施工全部采用滑动导向钻井法（即传统的采用螺杆定向）。该方法的主要特点是在造斜过程中必须将钻头的方向固定，钻具无法旋转。由于钻具无法旋转导致岩屑携带困难、井眼不通畅、钻压无法加到井底等问题在定向施工中尤为突出。此外滑动导向时，机械钻速慢，钻具接近于静止状态，容易造成黏卡和卡钻事故。

旋转导向技术是在钻柱旋转钻进时，可随钻实时完成导向功能[3]，不需要起下钻改变钻具组合，一套钻具组合就可以完成造斜、增斜、降斜、稳斜等施工，同时具有井眼轨迹控制精度高、钻井时效高、摩阻扭矩低、井身质量好以及井眼净化效果好等优点[4，5]。通过苏53井定向段的施工，很好的解决了携岩、井眼清洁、托压等问题，并很好的规避了卡钻风险。针对定向段旋转导向施工，钻井液方面从固控设备的使用、钻井液性能的优化、钻井液材料的选用等进行全方位的技术支持，力保旋转导向现场应用的顺利进行。

1 旋转导向试验钻井液技术支持

1.1 旋转导向现场试验对钻井液要求

（2）钻井液中不允许添加铁矿粉；

（3）钻井液中不允许加入中等粒径以上或纤维堵漏材料，加入堵漏材料粒径不大于1 mm。

1.2 钻井液施工措施

（1）针对旋转导向要求采取的钻井液措施：充分利用固控设备除去钻井液中的劣质固相，振动筛筛布200 目以上，除砂器筛布240 目以上，100%使用，重点要提高离心机的使用率，要达到80%以上，保证含砂量＜0.3%；本井钻井液体系不含铁矿粉；为保证下部顺利施工，本井在钻穿刘家沟，进入石千峰50 m 左右需做承压堵漏，在做完承压堵漏，将堵漏剂彻底清除干净后方可下入旋转导向仪器。下入旋转导向仪器后，若遇渗漏采用果壳（细）和无渗透（两种堵漏材料粒径均小于1 mm）进行随钻堵漏。如发生大漏或失返需进行静止堵漏或承压堵漏时，需将旋转导向仪器起出简化钻具，待堵漏成功将大颗粒或纤维材料清除后方可下入旋转导向仪器。

（2）井壁稳定方面：通过高性能水基钻井液体系来保证钻井液的强抑制性；通过加入物理封堵剂和化学封堵剂来加强封堵防塌性。

（3）井眼清洁方面：通过利用XCD 调整钻井液流型，确保动塑比≥0.32，提高钻井液携砂性能保证井眼清洁。

（4）润滑方面：采用固体和液体润滑剂复配使用的方式提高井壁润滑性能。液体润滑剂含量3%，固体润滑剂含量1.5%。

（5）固相控制方面：充分利用固控设备除去钻井液中的劣质固相，振动筛筛布200 目以上，除砂器筛布240 目以上，100%使用，重点要提高离心机的使用率，要达到80%以上，保证固相含量小于10%，保证含砂量＜0.3%；降低摩阻，减少仪器磨损，提高机械钻速。

本研究发现年龄＞60岁、冠心病、下肢动脉疾病是颈动脉狭窄的主要影响因素，P＜0.05；颈动脉狭窄与冠心病、下肢动脉疾病之间存在相关性，这也为脑卒中高危人群的筛查提供了依据。本研究显示重度颈动脉狭窄多发于冠心病、下肢静脉疾病的人群中，且年龄＞60岁的老年人成为高发人群。研究结果提示年龄＞60岁、冠心病和下肢静脉疾病患者成为颈动脉狭窄和脑卒中的高危人群，临床上对该群体进行颈动脉筛查后，能实现颈动脉狭窄和脑卒中的早发现和早治疗。

2 旋转导向的技术优势对钻井液施工的促进

2.1 携岩效果

旋转导向由于钻具始终处于转动状态，极大的提高钻井液对岩屑的携带效果。旋转导向的携岩优势再配以高性能水基钻井液对岩屑的强抑制性（能够抑制岩屑的水化分散），保持了岩屑的完整性，便于固控设备清除。

从图1 和图2 可以看出，岩屑返出量较大，岩屑成形，有的岩屑上有明显的钻头刮痕，接近于原始的切屑状态，证明岩屑在井眼停留时间段，返出及时，携岩效果好，钻井液抑制性强。

图1 岩屑返出量大

图2 钻屑完整且保留切屑痕迹

2.2 井眼清洁效果

（1）起下钻顺利，无遇阻情况发生。从旋转导向仪器试验以来，由于堵漏及换钻头等原因，进行多次起下钻作业；在多次起下钻作业中，无遇阻情况发生，起下钻顺利，证明井眼清洁效果好，无岩屑床产生；从侧面也证明井眼轨迹平滑、导向精准。

（2）泵压正常，没有因井眼不通畅造成的泵压额外增高（见表1）。

表1 泵压变化表

2.3 很好解决了滑动导向中托压、卡钻的问题

托压是滑动导向时最为常见的技术难题，旋转导向的应用克服了滑动钻井钻进时无法为钻头提供钻压的情况。且由于钻具始终处于转动状态，避免了滑动导向时，机械钻速慢，钻具接近于静止状态，造成的黏卡和卡钻事故。

2.4 对钻井液性能的改善

2.4.1 有利于钻井液固相含量和含砂量的控制 由于旋转导向在携岩方面的优势，岩屑能及时带出井眼，避免了岩屑在井内长时间停留，造成岩屑在井内受钻井液的冲击和钻具的碾压进一步分散变细，最终导致固控设备难以清除，固相含量和含砂量不易控制。本井施工中固相含量在7%以内，含砂量小于0.2%（见图3、图4）。

图3 固相含量

图4 含砂量

2.4.2 有利于钻井液保持良好的流变性 由于岩屑及时清除，固相含量得到有效控制，避免了因有害固相过多导致的钻井液流变性能的恶化，本井钻井液始终能保持良好的流变性。

3 CNPC-IDS 系统对堵漏剂的兼容性

3.1 随钻堵漏剂使用情况

在钻进过程中，发生渗漏时采用小于1 mm 粒径的随钻堵漏剂（见图5、图6）进行堵漏，最高浓度达到5%，对仪器没有影响。

图5 果壳（细）

图6 聚合物堵漏剂

3.2 细颗粒承压堵漏

7 月29 日14 时30 分钻进至井深3 490 m 发生漏失，漏速70 m3/h，随钻堵漏至15 时30 分，井深3 501 m，共漏失70 m3，钻井液量不足以继续钻进，停泵短起补充泥浆，配堵漏浆堵漏20 m3（含超细钙10%，细果壳10%，无渗透堵漏剂10%，橡胶粉1%，聚合物堵漏剂1%，堵漏剂除聚合物堵漏剂外粒径均小于1 mm 且不含纤维），7 月30 日10 时开泵测试，返出排量为正常排量的1/3，堵漏效果不明显，第一次堵漏失败。

试验证明：32%浓度的细颗粒堵漏浆对仪器的信号没有影响，仪器使用正常。

3.3 粗颗粒承压堵漏

7 月31 日3 时光钻杆下钻到井底，配堵漏浆25 m3注入井内（堵漏浆浓度32%，含LCM 综合堵漏剂8%，SQD-98 8%，MDF 4%，80 目石灰石4%，云母2%，无渗透4%，聚合物堵漏剂0.2%，土粉2%），短起至井深2 881 m 之上，做承压堵漏，挤入堵漏浆6 m3，稳压0.5 MPa（套压），10 min 压力未降，开井静止堵漏，7 月31 日12 时开泵测试排量正常，堵漏成功。至13 时30分下钻准备循环处理泥浆（为满足旋导仪器正常使用需求，替除堵漏剂，调整泥浆性能），至8 月1 日17 时历时27.5 h，完成堵漏剂筛除，起钻更换旋导仪器。

在筛堵漏剂过程中，使用80 目筛布（孔径0.18 mm）历时27.5 h 筛除堵漏剂。开始钻进直至钻至3 563 m完钻，仪器使用正常。可见在使用纤维类堵漏剂（见图7、图8）和大颗粒堵漏剂（见图9、图10）后，使用80 目筛布彻底清除后，基本能满足后续仪器的使用要求。

图7 纤维类材料

图8 纤维类材料

图9 大颗粒材料

图10 大颗粒材料

4 旋转导向在西北地区致密砂岩气开发的应用前景

4.1 西北地区苏里格气田致密砂岩气藏特点

（1）气田大面积含气，储量丰度低，平面差异大。平面上不同区域含气丰度差异大，甚至同一区块内的丰度差异高达2 倍。

（2）沉积体系复杂，储层非均质性强，区带间储层差异大。气田储层岩性主要为石英砂岩，由于鄂尔多斯盆地北部物源的差异决定了气田不同区带之间储层特征、岩性存在明显的不同。

（3）气藏压力系数低，气层单层厚度薄，开发难度大。储层埋藏深、厚度薄、横向发育不稳，非均质性强，横向上变化快，纵向砂体多层叠置，连通性差，一般单层厚度小于5 m，多数为2～3 m。正阳的地质特征导致气田有效砂体识别难，单晶控制有效砂体小，开发难度大。

4.2 西北地区苏里格气田开发钻井工程难点

（1）储层埋藏深，地层纵向变化大，气层单层厚度薄，水平井开采对井眼轨迹控制精度、储层钻遇率、井身质量要求高；

（2）储层差异大，导致地质认识不足，入靶调整时间长；

（3）由于气藏非均质性强，储层变化快，在现场钻井施工过程中，需根据储层变化，不断调整井眼轨迹，保证在砂体中钻进，切实达到提高储层钻遇率的目的；

（4）钻井周期长，建井投资过大，直接影响致密气开发效益。

4.3 针对西北地区致密砂岩气的应用前景

旋转导向钻井技术可以在钻头钻进的过程中根据工程的需求更为容易的改变钻头钻进的方向，针对本地区致密油气藏的开采，可通过使用旋转导向钻井技术增加储层与井筒的接触面积，并提高产层的钻遇率。

针对气藏非均质性强，储层变化快、储层砂体薄的特点，旋转导向对轨迹控制精准的优势能保证精确打到靶层。

旋转导向钻井在导向过程中轨迹的改变是一个渐变的过程，因此钻头所受的摩擦阻力与摩擦阻力产生的扭矩较小，如此形成的井眼轨迹十分光滑无波动，有利于调整井眼轨迹，寻找目的层。