摘要
四川营山地下热矿水探采井SY-1井是一口地热资源重点勘查井，实际完钻深度2758 m，揭露三叠系上统须家河组热储层岩性以长石砂岩、粉砂岩为主，埋藏深度2220~2758 m，厚度538 m。下沙溪庙组岩性为灰绿色页岩、暗紫红色粉砂质泥岩夹黄褐色中厚层状粉砂岩及块状细粒长石砂岩，含高压气、卤水混合物，施工过程中需解决坍塌掉块、井涌、井漏、卤水污染、缩径等复杂难题。室内通过开展高密度抑制防塌钻井液流变性、防塌性、稳定性等控制方面的技术攻关，在优选钠基膨润土的基础上，通过对包被剂、降滤失剂（抗盐）、防塌剂等材料的筛选及优化，形成了高密度抑制防塌冲洗液的最终配方：清水+4%膨润土+0.1%纯碱+0.1%烧碱+1%~2%增粘剂HN-1+0.2%~0.5%环保大分子包被剂+1%~3%环保降滤失剂HJ-1+1%~3%抗盐滤失剂HLY+1%~2%环保防塌剂HFJ+重晶石。该配方密度1.50~1.80 g/c
四川省营山县为实施新农村示范片区建设，打造以旅游休闲养生为目的的形象和温泉休闲养生旅游品牌，在东升镇玉帝五湖山庄院内布置了1口地下热矿水探采井（SY-1井）。该井位于营山县东升镇玉帝五湖山庄内，有效井深约2750 m（不进入雷口坡组），取水目的层段为2350 m以下井段；要采取合理工艺技术和有效措施，确保施工不损害地下热卤水等资源。
SY-1井主要区域构造位于营山背斜的南西翼，营山背斜较宽缓，在井场附近的地层倾角为4°~6°，工区井场附近断层不发育，地表未见断裂构造，仅在距拟设井场北西侧15~25 km处有一系列断裂构造，但规模不大均为压扭性断层。
采用三开结构，详见
表层（0~60 m）：采用Ø445 mm牙轮钻头、泥浆正循环钻进，进入完整基岩6.2 m；下入Ø339.7 mm套管。
一开（60~600 m）：采用Ø311 mm牙轮钻头、泥浆正循环钻进，下入Ø244.5 mm套管。
二开（600~2300 m）：自620.0 m开始采用Ø215.9 mm牙轮钻头或PDC钻头螺杆复合（或滑动）定向泥浆正循环钻进。以钻穿须家河组五段为宜、但必须钻穿珍珠冲组为原则。下入Ø177.8 mm套管，井段套管外水泥固井。
三开（2300~2750 m）：采用Ø152 mm牙轮钻头泥浆正循环钻进。不钻入雷口坡组为原则。使用尾管悬挂器方法下入Ø127 mm套管及圆孔式滤水管。
除地热水为高压卤水外，钻进过程中还钻遇多段高压油气层，控制不当易出现漏失、溢流的情况。要求：控制泥浆密度，及时消除泥浆中的有害杂质，保持泥浆良好的性能，预防泥浆密度发生明显变化，以防发生漏失和溢流现
钻遇地层岩性以砂岩、泥岩为主，其间夹杂多段煤线，地层稳定性较差，掉块现象比较严重，井壁不规则，对钻进、起下钻、下管产生一定的影响；须家河地层岩石硬度较大，影响钻速；钻达目的层泥浆受盐侵比较严重。应提前采用高密度防塌强抑制性泥浆预防坍塌，快速通
依据原地热井井喷数据以及收集的区域资料，SY-1井地热井预计须家河二段天然气压力达43 MPa。实钻中本井主要产出气地层为新田沟组下部、珍珠冲组及须家河组。珍珠冲组及须家河组出气时检测最大值超出固定式气体检测仪器测量量程（数据为：可燃气：超出量程；H2S：无；CO：无；O2：23.90 ppm），测得主要气体为可燃气，未发现H2S及气体异常。工作区2220~2758 m三叠系上统须家河组地层多为钙质砂岩、粉砂岩夹少量泥岩，钻进过程中，局部层位破碎，该段地层孔隙-裂隙局部发育不均，由于地层中含高压气、水混合物。因此本井采用高密度抑制防塌冲洗液体
通过调研和现场取样，获得了国内多个厂家的膨润土样品，对众多厂家的膨润土按国家标准《钻井液材料规范》（GB/T 5005—2001）进行评价，见
试验结果表明，钠膨润土-SD加量越高，冲洗液的滤失量越低；但加量超过4%时冲洗液粘度大幅度升高。膨润土加量太低，为了降低滤失量，处理剂的加量会大幅度提高，成本将显著增加；但加量高，不利于冲洗液流变性能控制。综合考虑，体系基浆膨润土的加量选择为4%，即基浆配方为：淡水+4%钠膨润土-SD。
包被剂一方面能够絮凝冲洗液中的劣质土（即岩屑），有利于地表岩屑沉降；另一方面，具有较强的包被作用，防止岩屑分散而造成冲洗液粘度的快速提高。水敏性地层常用絮凝剂有：水解聚丙烯酰胺（PHP）、聚丙烯酸钾（KPAM）及环保大分子包被剂，几种处理剂的对比试验结果见
试验结果表明，环保型大分子包被剂的冲洗液粘度适中、API滤失量低，所以选择BBJ作为体系的絮凝剂。
纤维素类、淀粉类、聚丙烯腈类、树脂类及腐殖酸类产品都是常用的降滤失剂，在这5类产品中选择具有代表性的产品，即低粘度羧甲基纤维素钠盐（LV-CMC）、接枝淀粉、环保型降滤失剂HJ-1，环保型抗盐降滤失剂HLY、磺化酚醛树脂做对比试验，试验结果见
试验结果可以看出，环保型降滤失剂HJ-1，环保型抗盐降滤失剂HLY降滤失效果较好，且不影响整体粘度，综合考虑优选环保型降滤失剂HJ-1，环保型抗盐降滤失剂HLY这两种材料作为体系的降滤失剂。
防塌剂又称页岩抑制剂，主要用于抑制水敏性地层吸水膨胀。本试验优选改性沥青GLA、腐殖酸钾、环保防塌剂HFJ。常规性能对比试验采用基浆加上1%处理剂；抑制性膨胀试验采用2%样品水溶液，试验用土为标准钠基土，几种产品对比试验结果见
通过室内正交试验的极差分析法初步分析了各试验指标所对应的水平的影响大小和最优水平取值，综合考虑各指标的影响因素的主次并结合体系目标性能确定防塌冲洗液的优化配方为：4%钠土-SD+1%~2%增粘剂HN-1+0.2%~0.5%环保型大分子包被剂+1%~3%环保降滤失剂HJ-1+1%~3%抗盐滤失剂HLY+1%~2%环保防塌剂HFJ+重晶
高密度淡水冲洗液的常规性能见
（1）一开采用聚合物钠土冲洗液体系，主要配方：清水+4%膨润土+0.1%纯碱+0.1%烧碱+1%~3%铵盐+0.1%~0.3%高粘纤维素。循环补充胶液配方：清水+0.2%~0.5%环保大分子包被剂。
（2）维护处理要点：冲洗液性能主要控制高坂含、高粘切。按配方配制冲洗液，每钻进50 m加入1~2袋环保大分子包被剂；清除岩屑，维持泥浆的GEL（10″/10′）=2~5/8~15，漏斗粘度在35 s以上，同时以环保大分子包被剂配制胶液，按循环周均匀补充维护来调节冲洗液的流变性。根据井下损耗以及固控损失，适当地加入铵盐控制冲洗液的失水量，适当使用固控设备降低冲洗液中劣质固相，以保证性能的稳定和合理的动塑比，保证泥浆的携砂能力以及护壁能力。
（1）二开采用聚合物环保防塌冲洗液体系，主要配方：一开井浆+0.2%~0.5%环保大分子包被剂+1%~1.5%环保降滤失剂HJ-1+0.5%~1%封堵剂FD-1+1%~2%环保防塌剂HF-1+1%~2%增粘剂HN-1+重晶石。循环补充胶液配方：清水+0.2%~0.5%环保大分子包被剂+1%~2%增粘剂HN-1。
（2）维护处理要点：井深1075 m后进入下沙溪庙组，顶部页岩地层存在掉块现象。按照配方在井深900~1000 m时，调整冲洗液性能至目标范围，井深600~1000 m时冲洗液密度维持在1.15~1.25 g/c
平时补充材料时，环保大分子包被剂按每50 m添加1~2袋，其他材料均参考配方据实际情况补充。
利用固控设备及时清除冲洗液中的劣质固相，振动筛、除砂器、除泥器使用率100%，离心机间断使用，控制冲洗液含砂量≯0.5%。每钻进50 m清除沉砂罐一次。
（1）三开采用高密度环保抑制防塌冲洗液体系，主要配方：二开井浆+1%~2%增粘剂HN-1+0.2%~0.5%环保大分子包被剂+1%~3%环保降滤失剂HJ-1+1%~3%抗盐滤失剂HLY+1%~2%环保防塌剂HFJ+重晶石，循环补充胶液。
（2）维护处理要点：开动离心机清除泥浆中无用固相；按配方添加增粘剂HN-1、环保降滤失剂、抗盐滤失剂降低失水量及环保防塌剂维持井壁稳定；补充0.5%~1%烧碱使pH值稳定在10左右。
各开次冲洗液性能见
钻进到1437 m处时井喷（第一次），后调重浆压井，继续钻进到1452.16 m，下入Ø244.5 mm石油套管并固井，水泥返出地表。
钻进至2304 m，泥浆密度1.22 g/c
钻进至2736.96 m，地层为须家河组三段底部，遇高压卤水层（并含有气和油），井口突然喷涌（第三次），喷出液体为密度1.13 g/c
本次施工探采井钻进至下沙溪庙1437 m处有气侵显示，经过调整冲洗液密度至1.45 g/cm³后，实现平衡钻井。
在井深2043 m（珍珠冲组，灰色、灰黑色粉砂岩）时发生溢流，当时冲洗液密度1.45 g/cm³（关井前出浆口冲洗液密度），API滤失量10 mL，含砂量0.1%，pH值为10。随后进行了循环压井作业。
在钻井过程中对简易水文进行了观测，其漏失层位及堵漏情况见
通过使用高密度抑制防塌冲洗液，井壁坍塌掉块现象明显减弱，保证了井径的完整性，通过测井分析井眼的井径扩大率仅为8%，有效提高了后期的固井质量。该冲洗液体系可有效提高岩屑的上返效率，防止钻头的重复研磨，冲洗液的润滑性能有效降低摩阻，降低托压，平均机械钻速较之前提高近0.5倍。前期施工过程中，坍塌掉块引起的井下事故，使得处理事故的时间较长，影响施工进度，该钻井液体系能有效控制事故发生，大大缩短处理事故的时间。高密度钻井液体系可有效平衡地层压力，控制溢流、井喷的情况发生，通过测量后效，该钻井液体系控制气侵时间是常规钻井液的3倍以上。
（1）新型环保冲洗液体系，具有良好的流变性和沉降稳定性，合适的粘度、切力是高密度冲洗液维护的重点，可减少井下复杂情况的发生。
（2）新型环保冲洗液体系具有较强的抑制性和封堵性，因此护壁效果好，施工过程中井壁稳定，保证了钻井顺利施工。
（3）新型环保冲洗液体系携砂、润滑效果好，SY-1井工合计施工90天（含下套管、固井、测井等辅助作业），累计施工2140 m，平均效率23.78 m/天，有效地保障了钻探效率。
（4）新型环保冲洗液体系可有效平衡地层异常高压，有效控制气侵、盐侵导致的钻井液性能降低。
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