河南油田致密砂巖位于泌陽凹陷安棚深層系，其構造為趙凹 - 安棚鼻狀構造，油氣資源豐富，預計泌陽凹陷安棚深層系致密砂巖油氣資源量 5,064萬噸，平均埋深 3,300m~3,600m。安 HF1 井、安深 3-1HF 井是河南油田先后實施的致密砂巖水平井，水平段長 1,000m 以上。針對致密砂巖地層特點和長水平段水平井鉆井液技術難點，通過室內試驗優選出聚磺強封堵潤滑防塌鉆井液技術體系配方，解決了致密砂巖長水平段水平井鉆井液技術難點，滿足了致密砂巖水平井優快鉆井的需求。
 
致密砂巖采用長水平段水平井開采方式以提高產量。由于水平段較長，鉆壓傳遞困難，為確保水平段的順利延伸、套管順利下入，采用三開次井身結構，二開采用 Ф241.3mm 鉆頭，Ф177.8mm 技術套管下至 A 靶，三開水平段采用 Ф152.4mm 鉆頭鉆至完鉆井深，下入 Ф114.3mm 尾管，采用裸眼封隔器 + 投球滑套完井方式。
 
優選配劑研發新型鉆井液體系
 
泌陽凹陷致密砂巖微裂縫發育有垂直縫、水平縫和高角度縫，在打開巖層時， 井壁巖石失去支撐， 應力發生改變，在上覆壓力作用下井壁易坍塌。由于目的層埋藏深，水平段長，環空壓耗大，作用在井壁的當量密度大，鉆遇裂縫發育地層更易發生漏失。巖屑在自重作用下下沉，很容易在水平段下井壁形成巖屑床，且巖屑上返路程長，造成井眼清潔困難。致密砂巖可鉆性差，鉆速慢，導致油氣層浸泡時間長，油層損害程度也隨之加劇。因此，致密砂巖水平井鉆井施工要求鉆井液不僅具有良好的懸浮攜帶性、 抑制防塌性、 潤滑性及封堵性，還要有效保護油氣層。
 
抑制劑優選。地層中都含有一定量的可水化膨脹性粘土，各種大分子處理劑水溶液對粘土的水化膨脹性能不一。研究人員配制了常用大分子聚合物處理劑水溶液，用膨潤土制成巖心，在室溫和 80℃條件下進行膨脹試驗，得出巖心 16h 膨脹率。由圖 1 可知，KPAM抑制效果最好，CP-1 次之。
 
降濾失劑優選。針對安棚深層系地溫梯度高（3.2℃ ~4℃ /100m），井底溫度 130℃左右，要求鉆井液具有良好的高溫穩定性。研究人員用膨潤土、大分子處理劑 KPMA、FA367，抗高溫稀釋劑 GF-2 配制基礎配方，在基礎配方中分別加入抗高溫降濾失劑MG-1、CSMP- Ⅰ、CSMP- Ⅱ 、SPNH、SFT-120，在 130℃滾動 16h后測流變性和濾失量。降濾失劑優選試驗結果顯示，抗溫降濾失效果順序為 CSMP- Ⅰ ＞ SPNH ＞ CSMP- Ⅱ＞ MG-1、CSMP- Ⅰ 與 SFT-120，SPNH 復配抗溫降濾失效果更好，再配合封堵材料 QS-4、CY-1 使用，高溫高壓濾失量能降到 10ml 以下。
 
潤 滑 劑 優 化。 采 用 極 壓 潤 滑 儀EP-1 進行單劑評價試驗。用 SL-3、JY-1、JRH-616、ZRH- Ⅱ、 白 油等潤滑劑進行潤滑效果分析，得知極壓潤滑能力順序為 JRH-616 ＞ SL-3 ＞JY-1 ＞白油。由于致密砂巖水平段對潤滑效果要求高，在此基礎上，將幾種潤滑劑進行復配。潤滑劑優化試驗結果表明，幾種潤滑劑復配后潤滑系數可降到 0.06 以 下，JRH-616、SL-3 與 白油復配潤滑效果最好。
 
封堵劑優化。安棚深層系致密砂巖微裂縫發育，屬于非致漏裂縫，該區裂縫靜態寬度分布主要在 40μm 以下，裂縫寬度在井底壓差下存在動態變化增量，配方中相對裂縫寬度大于 50μm的粗顆粒太少， 有效固相顆粒含量不足，故對 50μm 以上的微裂縫封堵承壓能力較低。為此，在上面配方的基礎上添加粒徑偏大的剛性材料 QS-2 和軟彈性封堵材料 WFT-666、SFT-120 進行完善。結合上述實驗結果及現場施工最終確定水平段鉆井液配方為：膨潤土漿+FA-367+KPAM+GF-2+OSAM-K+RT-1+SL-1+CSMP-1+SPNH+JRH616+ 白 油 +SP-80+ HAR-D+SFT-120+ WFT-666+CY-1 +QS-2+ QS-4。該配方屬于聚磺強封堵潤滑防塌鉆井液體系， 具有良好的流變性、抗高溫性和封堵承壓能力。
 
新鉆井液防污、防漏效果好
 
安 HF1 井 鉆 到 3,100m 鉆 井 液受 到 HCO 3 - 污 染， 起 泡 較 嚴 重； 安深 3-1HF 井 鉆 到 2,540m 左 右 受HCO 3 - 污染，鉆井液性能開始不穩定，粘切逐漸上升，鉆進到 2,585m時，漏斗粘度上升到 95s，初終切力圖 1 巖心膨脹率柱狀圖上升到 15Pa 和 26Pa，濾失量上升到8ml。分析結果顯示，HCO 3 - 濃度達到 4,000~10,000mg/l，使用鉆井液處理劑，而稀釋劑不能有效地發揮作用。
 
通過適當提高密度由 1.20g/cm 3提 高 至 1.23g/cm 3 ～ 1.39g/cm 3 ， 可用氧化鈣清除 HCO 3 - 或 CO 3 2- ；添加抗鹽降濾失劑 KJ-1、SKHM，用抗鹽稀釋劑 GF-2 調節流變性，有效控制了 HCO 3 - 和 CO 3 2- 污染。根據鉆井液含油量及摩阻扭矩變化情況適時補充白油、高效潤滑劑以保持潤滑劑在鉆井液中的有效含量；同時現場儲備固體潤滑劑石墨粉，適時適量加入石墨粉以減少管內摩阻。加入鉆井液用防水鎖劑 HAR-D 降低濾相表面張力，避免或減輕水相輕圈閉損害。
 
安 HF1 井和安深 3-1HF 井水平段井壁穩定，鉆進過程中未出現明顯的掉塊坍塌，平均井徑擴大率 5.96%。兩口井鉆井液流變性好，性能穩定，潤滑效果好，潤滑系數 0.05~0.08，水平段上提摩擦阻力 80~150kN；鉆井液抗溫效果好，濾失量低，中壓濾失量 3.2~5ml,高溫高壓濾失量 10ml 以下。安 HF1 井打鉆過程中井底壓差 13MPa 未出現漏失，安深 3-1HF 井 4,240m 之前井底壓差 23MPa 未出現漏失。