摘要
桂柳地1井为广西柳州市鱼峰区雒容镇区块页岩气地质调查井，设计井深2350 m，钻遇水敏性地层等复杂地层。为了提高无固相冲洗液在页岩气复杂地层深孔钻进中维持孔壁稳定的能力，在PVA1788体系无固相冲洗液的基础上，添加成膜A剂、封堵剂GFD-1等处理剂。根据冲洗液试验及现场应用，成膜A剂具有降失水功能，不影响冲洗液的润滑性能，对粘度影响不明显，该PVA1788成膜体系无固相冲洗液滤失量较低，封堵裂隙效果好，减弱了地层水化膨胀，提高了成膜抑制防塌能力，满足了桂柳地1井深孔复杂地层维护孔壁稳定、安全钻进的需要。对类似复杂地层无固相冲洗液的推广应用具有参考价值。
广西柳州市鱼峰区雒容镇区块页岩气地层受地质构造的影响，部分地层严重破碎，胶结性差，具有水敏不稳定性。位于该区域的桂柳地1井设计井深2350 m，根据邻井钻遇地层资料，破碎的泥岩层量多、厚度大，伊利石、高岭石和绿泥石等粘土矿物总含量高，水化膨胀性较强。在破碎、水敏不稳定地层深孔钻进，要求冲洗液维持孔壁稳定的能力更强，需要冲洗液能有效封堵裂隙，强化孔壁作用；更低的滤失量，减弱水化作用；更强的成膜抑制效果，能够在孔壁较快速成膜隔
桂柳地1井位于柳州市鱼峰区雒容镇东塘村东南约1.2 km处，采用HXY-8B型钻机，JS122、CHD98绳索取心防斜钻具钻进，终孔孔深2004.80 m。钻遇地层如下：
（1）0~67.15 m为罗城组（C1l）地层。其中0~14.90 m为残坡积层；14.90~67.15 m为基岩，灰色石英砂岩夹深灰色泥岩、含生物钙质泥岩。
（2）67.15~1319.83 m为鹿寨组三段（C1l
（3）1319.83~1943.50 m为鹿寨组二、一段（C1l
（4）1943.50~2004.80 m为五指山组（D3w）。扁豆状、疙瘩状、条带状灰岩，微晶灰岩。
钻遇部分地层极破碎，如孔深551.05~556.85 m鹿寨组三段（C1l
图1 桂柳地1井取出的破碎地层岩心
Fig.1 Cores taken from broken formation in Well Guiliudi-1
桂柳地1井与东塘1井直线距离约1.5 km，委托北京探矿工程研究所对相邻的东塘1井鹿寨组三段（C1l
伊利石、高岭石和绿泥石总含量≥65%，其中，伊利石总含量10%~15%，粘土矿物含量高，水化膨胀性较
在PVA1788体系无固相冲洗液的基础上，委托北京探矿工程研究所，选择、添加成膜抑制防塌类处理剂进行室内对比试验。PVA1788体系无固相冲洗液加入5%成膜A剂、0.5%增粘剂GTQ后，提高了冲洗液与蒸馏水相比的相对膨胀降低率，降低了API滤失量；成膜A剂基本不影响冲洗液的润滑性能。岩样浸泡试验成果表明，加入成膜A剂后，冲洗液的成膜抑制防塌能力更强。结果见
图2 不同配比冲洗液岩样浸泡对比
Fig.2 Comparison of immersion of rock samples in
different drilling fluid systems
采用川维120目聚乙烯醇PVA1788、广谱护壁剂GSP、成膜A剂及分子量1000万~1200万、水解度30%~35%的水解聚丙烯酰胺PHP，不同配比的PVA1788体系无固相冲洗液进行对比试验。成膜A剂对冲洗液塑性粘度影响不明显。PHP提粘作用较强，在PVA1788及GSP加量相同时，加入PHP浓度为0.05%~0.08%的冲洗液比加入4%~6%成膜A剂的冲洗液塑性粘度高约3~4 mPa·s。现场使用时应采用加入0.01%~0.03%的PHP包被、絮凝钻屑，控制PHP的用量，必要时，可选择分子量较低的PHP或其他处理剂作包被、絮凝剂。结果见
注： 现场冲洗液试验时，采用2台ZNS-2型中压滤失仪、2人同时间段测试API滤失量，测试结果存在偏差；序号4配比搅拌过后产生的气泡非常多，气泡呈膏状，滤失量无法准确测试
钻遇伊利石、高岭石、绿泥石等粘土矿物含量高的泥岩时，具有一定的造浆性能，使冲洗液粘度升高，密度增大。为了评价造浆性地层对PVA1788体系无固相冲洗液的影响，采用在南宁市采购的PVA1788（川维120目）进行冲洗液对比试验。加入4%人工钠土浆液后，PHP加量0.02%，PVA1788、GSP加量在0.5%~1.0%时，冲洗液塑性粘度在4~5.5 mPa·s之间，升高2~2.5 mPa·s，冲洗液性能维持在较稳定的水平；PHP加量0.03%，PVA1788、GSP加量均为1.5%时，冲洗液塑性粘度高达12.5 mPa·s。根据罗维矿区PVA1788体系无固相冲洗液室内试验结果，PHP、PVA1788加量相同，GSP加量0.5%~1.5%时，冲洗液的视粘度、塑性粘度变化不明显，因此，冲洗液粘度增高的主要原因是PVA1788加量过大。结果见
采用不同采购渠道的PVA1788配制冲洗液，粘度差别较大。根据多次试验，在南宁市采购的川维120目PVA1788，4%水溶液塑性粘度均为13 mPa·s左右。在桂柳地1井应用PVA1788成膜体系无固相冲洗液过程中，发现在北京采购的PVA1788配制浆液粘度偏高，为此进行了不同采购地点的PVA1788冲洗液对比试验，当PVA1788、GSP加量均为0.75%时，北京采购的PVA1788配制冲洗液塑性粘度高达6.5 mPa·s，与南宁采购的PVA1788相比，塑性粘度增高了3.5 mPa·s。结果见
聚乙烯醇PVA1788：聚合度为1700，醇解度88%，为部分醇解型，保留了部分醋酸基的憎水基，具有表面活性剂性质，其水溶液具有润滑作用；PVA1788的-OH吸附基类似多元醇的化学性
广谱护壁剂GSP：充填裂隙及聚合淀粉长链、网状吸附孔壁，具有抑制、防塌、降失水、润滑等一剂多能的特
成膜A剂：成膜隔水、降失水及封堵作
封堵剂GFD-1：裂隙、破碎带封堵作用。
水解聚丙烯酰胺PHP：絮凝作用。
氢氧化钾KOH：调节pH值，利于成膜A剂的溶解。
防塌减阻剂GFT：低温软化变形，粘附性较强，封堵微裂隙，润滑减阻，不增
冲洗液配比：1
配制新浆及冲洗液性能要求：相对密度1.02~1.04，塑性粘度5~10 mPa·s，API滤失量5~8 mL，pH值8~11。
现场冲洗液配制及性能调节维护：
（1）配制新浆时，基本按冲洗液配比的中值加入处理剂，冲洗液配比：400 L清水+0.26 kg PHP +4.5 kg PVA1788+4.5 kg GSP+15 kg成膜A剂+4 kg GFD-1+1 kg KOH。
（2）地层相对完整时，置换旧浆，每盘新浆加量：400 L清水+0.12kg PHP+4 kg PVA1788+4 kg GSP+20 kg成膜A剂+4kg GFD-1。
（3）钻遇破碎地层时，置换旧浆，每盘新浆加量：400 L清水+0.08 kg PHP+5 kg PVA1788+5 kg GSP+20 kg成膜A剂+6 kg GFD-1。
（4）控制API滤失量5~8 mL，每盘调节400 L旧浆加量情况：采用在北京市采购的PVA1788时，先按12.5 kgPVA1788、20.5 kg GSP、25 g成膜A剂的比例配制混合粉，然后，根据旧浆的性能添加混合粉，使400 L旧浆搅拌后的API滤失量在5~8 mL之间。采用在南宁市采购的PVA1788时，混合粉则按20 kg PVA1788、25 kg GSP、25 g成膜A剂、17 kg GFD-1的比例配制。
（5）钻遇特别破碎、不稳定地层时，酌情加入防塌减阻剂GFT，每搅拌400 L旧浆加入4 kg防塌减阻剂GFT。
桂柳地1井孔深0~924.05 m采用在北京市采购的PVA1788配制及维护冲洗液，取孔内返浆测试冲洗液性能，性能参数离散较大，塑性粘度较高。孔深924.05~2004.80 m采用在南宁市采购的PVA1788不再加入KOH提高pH值，性能参数离散较小，API滤失量在5~8 mL范围内，冲洗液相对密度高与排浆受限、长时间积累有关，见
桂柳地1井采用PVA1788成膜体系冲洗液，实现维持孔壁稳定、安全钻进，全孔没有采用水泥护壁堵漏。835.18~868.10 m孔段岩性为破碎—极破碎灰黑色泥岩，局部岩层面扭曲，产状近直立，容易发生孔壁掉块（见
图3 不稳定地层岩心
Fig.3 Cores from unstable formation
（1）在破碎水敏不稳定地层深孔钻进，需要根据冲洗液维持孔壁稳定的能力，采用多级套管护壁。由于没有配套S口径绳索取心钻具，采用前导向扩孔钻具扩孔，工作量大，效率低。因扩孔时钻屑沉积于孔底，835.18~868.10 m孔段未能扩孔到位及时下入套管隔离，出现孔壁掉块。
（2）前期冲洗液pH值较高，对抑制泥岩水化膨胀与分散不利。
（3）采用TGLW350-692型离心机分离钻屑，离心机转鼓转速为1500 r/min，离心前后的冲洗液相对密度降幅多在0.01~0.02之间，固控效果不理想，冲洗液密度持续增大。应采用最大转速为2500 r/min的TGLW350型变频型离心机，提高固相分离效果。
（4）孔深1641.90~1646.20 m的灰黑色泥岩地层相对完整，与其他孔段的泥岩不同，层间缝内石膏半充填，泥岩层间的石膏具有较强的渗透性，容易诱发泥岩内部水化膨胀缩径。泥岩遇水膨胀产生钻孔缩径现象，通常在下大钻时才发现，而在钻进过程中，缩径孔段一般逐渐转变为超径孔段，钻遇缩径孔段时，采用加强扫孔处理，快速往下钻进。
（1）PVA1788体系无固相冲洗液加入成膜A剂为主的处理剂后，基本不影响冲洗液的润滑性能，提高了冲洗液与蒸馏水相比的相对膨胀降低率，降低了API滤失量。岩样浸泡试验成果表明，加入成膜A剂后，冲洗液的成膜抑制防塌能力更强。在桂柳地1井破碎、水敏复杂地层中应用表明，API滤失量控制在5~8 mL之间，裸眼维持孔壁稳定不发生坍塌时间>99 d。
（2）根据广西来宾市蒙村页岩气区块桂来地1井应用分析，塑性粘度≤7 mPa·s时，冲洗液的密度变化不明显，固相含量维持在较低的水平。在水敏复杂地层钻进，PVA1788加量>1%，冲洗液塑性粘度过高，钻屑在地表沉降分离效果差，导致密度持续增大。建议采用聚合度相同、醇解度为66%~80%的PVA，或采用聚合度稍低、醇解度为88%左右的PVA，降低冲洗液的塑性粘度。
（3）钻遇破碎或渗透性较强的水敏不稳定泥岩，冲洗液的封堵、成膜隔水作用相对滞后，避免不了冲洗液渗入地层。后续应开展吸附成膜速度快的硅酸盐、氯化钾等处理剂的研究，以提高冲洗液矿化度，降低冲洗液活度（或化学位），减小或阻止冲洗液中的自由水向地层渗透，减缓泥岩水化膨胀与分散。
参考文献（References）
陶士先，李晓东，纪卫军，等.成膜防塌无固相冲洗液体系的研究与应用［C］//中国地质学会探矿工程专业委员会，第十八届全国探矿工程（岩土钻掘工程）学术交流年会论文集.北京：地质出版社，2015：424-430. [百度学术]
TAO Shixian， LI Xiaodong， JI Weijun， et al. Research and application of film‑forming anti‑collapse non‑solid phase washing liquid system［C］//Mineral Engineering Committee， Geological Society of China. Special for the Eighteenth National Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling） Academic Conference. Beijing： Geological Publishing House， 2015：424-430. [百度学术]
单文军，蒋睿，陶士先，等.页岩气钻探冲洗液体系的研究与应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2016，43（10）：176-181. [百度学术]
SHAN Wenjun， JIANG Rui， TAO Shixian， et al. Research and application of the flushing fluid system for shale gas drilling［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2016，43（10）：176- 181. [百度学术]
胡继良，陶士先.深部地质钻探钻井液体系设计因素及其分析［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2011，38（4）：17-21. [百度学术]
HU Jiliang， TAO Shixian. Design factors of drilling fluid system for deep geological drilling and the analysis［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2011，38（4）：17-21. [百度学术]
罗红芳,张文哲,何小曲,等.延安东部气田成膜防塌钻井液体系优选和应用[J].钻探工程,2021,48(9):64-70. [百度学术]
LUO Hongfang, ZHANG Wenzhe, HE Xiaoqu, et al. Optimization and application of film‑forming and anti‑collapse drilling fluid in the Yan’an east gas field[J]. Drilling Engineering, 2021,48(9):64-70. [百度学术]
刘敬平，孙金声.钻井液活度对川滇页岩气地层水化膨胀与分散的影响［J］.钻井液与完井液，2016，33（2）：31-35. [百度学术]
LIU Jingping， SUN Jinsheng. Effects of drilling fluid activity on hydration and dispersion of formation rocks in shale gas drilling in Chuan-Dian area［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid， 2016，33（2）：31-35. [百度学术]
陶士先，付帆.地质钻探冲洗液技术［M］.北京：地质出版社，2015：82-92. [百度学术]
TAO Shixian， FU Fan. Geological Drilling Flushing Fluid Technology［M］. Beijing： Geological Publishing House， 2015：82-92. [百度学术]
严瑞瑄.水溶性高分子［M］.北京：化学工业出版社，1998：42-79. [百度学术]
YAN Ruixuan. Water‑solube Polymers［M］. Beijing： Chemical Industry Press， 1998：42-79. [百度学术]
孙金声，蒲晓林，等.水基钻井液成膜理论与技术［M］.北京：石油工业出版社，2013：1-65. [百度学术]
SUN Jinsheng， PU Xiaolin， et al. Theory and Technology of Membrane Forming for Water‑based Drilling Fluid［M］. Beijing：Petroleum Industry Press， 2013：1-65. [百度学术]
汤凤林，А.Г.加里宁，段隆臣.岩心钻探学［M］.武汉：中国地质大学出版社， 2009：393-394. [百度学术]
TANG Fenglin， A. G. Gallining， DUAN Longchen. Core Drilling［M］. Wuhan： China University of Geosciences Press，2009：393-394. [百度学术]
展嘉佳，徐会文，冯哲.低温条件下乙二醇基钻井液体系的试验研究［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2008，35（11）：17-19. [百度学术]
ZHAN Jiajia， XU Huiwen， FENG Zhe. Experimental study on ethylene alcohol‑based drilling fluid system under low‑temperature condition［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2008，35（11）：17-19. [百度学术]
张红红，徐会文，冯哲.聚合物钻井液防塌机理的试验研究［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2007，34（1）：44-46，61. [百度学术]
ZHANG Honghong， XU Huiwen， FENG Zhe. Experimental research on the instability prevention mechanism of polymer drilling fluid［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2007，34（1）：44-46，61. [百度学术]
盛欣，余丽彬.改性聚乙烯醇防塌剂研究［J］.钻采工艺，2010，33（2）：108-110. [百度学术]
SHENG Xin， YU Libin. Study on a modified polyvinyl alcohol anti‑sloughing agen［J］. Drilling & Production Technology， 2010，33（2）：108-110. [百度学术]
曾祥熹，陈志超.钻孔护壁堵漏原理［M］.北京：地质出版社，1986：290-315. [百度学术]
ZENG Xiangxi， CHEN Zhichao. Principle of Drilling Wall Protection and Leak Plugging［M］. Beijing： Geological Publishing House， 1986：290-315. [百度学术]
何远信.新型钻井液用广谱护壁剂（GSP）的研究［J］.探矿工程，1995（3）：14-17. [百度学术]
HE Yuanxin. Study on wide range walk protection agent （GSP）［J］. Exploration Engineering， 1995（3）：14-17. [百度学术]
刘俊辉.成膜防塌无固相冲洗液在广西向阳坪地区复杂地层中的应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2020，47（12）：36-41. [百度学术]
LIU Junhui. Drilling fluid technology for complex formation drilling in the Xiangyangping area of Guangxi［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2020，47（12）：36-41. [百度学术]
蔡晓文，陈锡庆，熊正强，等.GFT型防塌减阻剂的性能评价与现场应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2014，41（7）：39-41. [百度学术]
CAI Xiaowen， CHEN Xiqing， XIONG Zhengqiang， et al. Performance evaluation and field application of GFT anti‑collapse and drag reduction agent［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2014，41（7）：39-41. [百度学术]
