通南巴区块须家河组溢漏同治钻井液技术

摘要：通南巴区块作为四川盆地东北部重要的天然气富集区，其须家河组致密砂岩储层具有高压、裂缝发育、岩性非均质性强等特点，钻井过程中易发生井漏、溢流、井壁失稳等复杂问题。本文结合区域地质特征与工程实践，系统阐述了溢漏同治钻井液技术的原理、应用现状及适应性。研究表明，通过强化钻井液封堵性能、优化密度控制、集成随钻堵漏工艺，可有效解决通南巴区块“漏溢同层”难题，为深层致密气藏高效开发提供技术支持。现场应用表明，该技术使钻井周期缩短20%-30%，单井成本降低15%-20%，具有显著的经济效益。

关键词：通南巴、溢漏同治、钻井液

引言

通南巴区块作为四川盆地东北部重要的天然气富集区，其须家河组致密砂岩储层具有高压、裂缝发育、岩性非均质性强等特点，钻井过程中易发生井漏、溢流、井壁失稳等复杂问题。本文结合区域地质特征与工程实践，系统阐述了溢漏同治钻井液技术的原理、应用现状及适应性。研究表明，通过强化钻井液封堵性能、优化密度控制、集成随钻堵漏工艺，可有效解决通南巴区块“漏溢同层”难题，为深层致密气藏高效开发提供技术支持。现场应用表明，该技术使钻井周期缩短20%-30%，单井成本降低15%-20%，具有显著的经济效益。

1.通南巴区块地质特征与工程挑战

1.1构造与地层特征

通南巴区块整体呈NE向展布，受燕山期（J-K）和喜山期（E-Q）构造运动叠加影响，发育NE向背斜及多组断裂系统（断层密度0.8-1.2条/km）。须家河组地层厚度约800-1200 m，划分为须一段至须五段，其中须二段、须四段为辫状河三角洲前缘砂岩储层，石英含量达60%-80%，硅质胶结致密，成岩作用强烈（镜质体反射率Ro=1.2%-1.8%）。裂缝发育程度受断层活动控制，形成网状缝-溶蚀孔复合储集空间，测井解释显示裂缝孔隙度占比可达总孔隙度的30%-50%。

1.2钻井工程难点

（1）漏溢同层风险：裂缝性储层压力窗口窄（安全密度窗口≤0.05 g/cm³），钻井液密度稍高即诱发裂缝扩展导致漏失（漏速＞50 m³/h），密度不足则引发气侵溢流（气测值突增3-5倍）。

（2）井壁失稳：砂泥岩互层中泥岩易水化剥落（页岩膨胀率＞15%），煤层及灰质夹层易垮塌，须家河组井段垮塌率高达30%。

（3）机械钻速低：硅质胶结砂岩研磨性强（岩石可钻性级值7-9级），PDC钻头寿命短（＜80小时），牙轮钻头机械钻速不足2 m/h。

2.溢漏同治钻井液技术原理

该技术基于“防堵结合、动态调控”理念，核心包括以下三方面：

2.1强化封堵性能

采用"刚性支撑+弹性填充"协同封堵机理：

· 刚性颗粒：粒径50-200 μm的硅藻土（添加量3%-5%）在裂缝入口形成架桥，渗透率恢复值达85%以上；

· 弹性材料：含纳米石墨（粒径10-50 nm，添加量1%-2%）的FPS封堵剂可在裂缝中形成三维网络结构，经高温高压实验（150℃/50 MPa）验证，封堵层承压能力达2.1 MPa；

· 自适应封堵：引入温敏型聚合物（如N-异丙基丙烯酰胺共聚物），在高温下收缩填充微裂缝（＜50 μm），低温时膨胀保持流动性。

2.2优化密度窗口

建立多因素耦合模型：

式中：σh为水平应力，Pp为孔隙压力，ΔP为压差激动，Ks为安全系数（0.9-1.1）。

· 通过抑制性处理（如7%-10% KCl、聚胺抑制剂）使泥岩水化膨胀率降至5%以下，坍塌压力梯度降低0.3 g/cm³；采用低密度（1.15-1.25 g/cm³）钻井液配合微纳米气泡技术，实现当量循环密度（ECD）波动范围＜0.03 g/cm³。

2.3随钻堵漏工艺

开发"四阶段"动态控制技术：

预防阶段：随钻加入2%-3%复合堵漏材料（LCM）；

微漏处理：漏速＜10 m³/h时，泵入含5%-8%超细碳酸钙的段塞浆；

中漏处置：漏速10-30 m³/h时，注入含15%-20%核桃壳/云母片的堵漏浆，配合旋转挤压（转速50-70 rpm，排量0.5-0.8 m³/min）；

严重漏失：采用智能凝胶堵漏技术，注入pH响应型聚合物（如聚丙烯酰胺/海藻酸钠复合体系），在裂缝内形成强度＞5 MPa的凝胶屏障。

3.通南巴区块应用实践

3.1典型案例分析

· 马7井：钻至须二段3056 m时发生漏失（漏速72 m³/h，累计漏失265.82 m³），随后气侵溢流（套压升至8.7 MPa）。采用聚磺钻井液体系，加入3% FPS封堵剂和5%超细碳酸钙，配合密度动态调控（1.28→1.22 g/cm³）与间歇式关井憋压（3次循环，憋压值4-6 MPa），成功恢复井壁稳定并控制气侵。最终完钻周期71.71天，较邻井缩短26%，钻井液成本节约82万元。

· 河坝场构造：应用钾胺基聚磺体系（KCl 8%，聚胺抑制剂0.5%），集成随钻堵漏工艺，钻井液漏失量由单井平均680 m³降至312 m³，机械钻速提升至4.2 m/h（同比提高110%），井径扩大率控制在8%以内。

· 元坝29井：在须四段4220 m处遭遇高压裂缝带（压力系数1.58），采用密度阶梯调控技术（1.18→1.28 g/cm³分3次调整），配合纳米封堵材料（石墨烯改性SiO₂，添加量1.5%），实现零漏失钻进，节约堵漏材料费用45万元。

4. 国内外技术对比与适应性优化

4.1国际经验借鉴

（1）中东碳酸盐岩区块：采用“预防为主、塌漏同治”思路，通过控压钻井（MPD）精确控制当量循环密度（ECD），安全密度窗口拓宽至0.08 g/cm³。

（2）北美页岩气田：应用合成基钻井液实现“微过平衡”钻进，结合纳米封堵材料降低漏失风险，漏失量减少60%。

（3）智能监测：部署井下随钻测量系统（LWD），实时监测环空压力、温度及漏失信号，结合经纬智慧钻井系统软件，优化计算最佳密度窗口（预测准确率＞85%）。

4.2通南巴区块适应性优化

（1）配方升级：在聚磺体系基础上引入SD-1、FBS等随钻封堵材料，配合固体润滑剂和无荧光生物质润滑剂，提高钻井液随钻封堵能力的同时避免定向托压。

（2）工艺创新：针对通南巴区块构造特征，采用阶梯式密度调整策略，加强邻井资料调研，上部地层采用设计密度下限，预防漏失，进入高压层前在强化封堵的基础上采取阶梯式逐级提高钻井液密度至井控需求，抑制气侵，密度调整梯度控制在0.03 g/cm³/100 m；

5.结论与展望

（1）溢漏同治钻井液技术通过多级封堵、动态密度调控和工艺集成，有效解决了通南巴区块须家河组漏溢同存难题，钻井周期缩短20%-30%，复杂事故率下降50%，累计创造经济效益超2.3亿元。

（2）微观封堵机理研究表明，纳米材料可进入50 μm以下微裂缝形成"纳米膜"（厚度200-500 nm），使裂缝渗透率降低2-3个数量级。

（3）未来需重点突破：①抗高温（＞200℃）纳米封堵材料（如碳化硅改性聚合物）；②智能钻井液系统（pH/温度双重响应型）；③地质工程一体化建模技术，实现裂缝网络的三维可视化预测。

参考文献

[1] 廖宗湖等. 川东北须家河组致密砂岩断缝系统研究[J]. 2020.

[2] 中国石油大学（北京）. 通南巴地区构造演化剖面[J]. 2020.

作者简介：周志磊，中原石油工程有限公司西南钻井分公司，毕业于中国石油大学（北京），工程师