河南油田致密砂岩位于泌阳凹陷安棚深层系，其构造为赵凹 - 安棚鼻状构造，油气资源丰富，预计泌阳凹陷安棚深层系致密砂岩油气资源量 5,064万吨，平均埋深 3,300m~3,600m。安 HF1 井、安深 3-1HF 井是河南油田先后实施的致密砂岩水平井，水平段长 1,000m 以上。针对致密砂岩地层特点和长水平段水平井钻井液技术难点，通过室内试验优选出聚磺强封堵润滑防塌钻井液技术体系配方，解决了致密砂岩长水平段水平井钻井液技术难点，满足了致密砂岩水平井优快钻井的需求。
 
致密砂岩采用长水平段水平井开采方式以提高产量。由于水平段较长，钻压传递困难，为确保水平段的顺利延伸、套管顺利下入，采用三开次井身结构，二开采用 Ф241.3mm 钻头，Ф177.8mm 技术套管下至 A 靶，三开水平段采用 Ф152.4mm 钻头钻至完钻井深，下入 Ф114.3mm 尾管，采用裸眼封隔器 + 投球滑套完井方式。
 
优选配剂研发新型钻井液体系
 
泌阳凹陷致密砂岩微裂缝发育有垂直缝、水平缝和高角度缝，在打开岩层时， 井壁岩石失去支撑， 应力发生改变，在上覆压力作用下井壁易坍塌。由于目的层埋藏深，水平段长，环空压耗大，作用在井壁的当量密度大，钻遇裂缝发育地层更易发生漏失。岩屑在自重作用下下沉，很容易在水平段下井壁形成岩屑床，且岩屑上返路程长，造成井眼清洁困难。致密砂岩可钻性差，钻速慢，导致油气层浸泡时间长，油层损害程度也随之加剧。因此，致密砂岩水平井钻井施工要求钻井液不仅具有良好的悬浮携带性、 抑制防塌性、 润滑性及封堵性，还要有效保护油气层。
 
抑制剂优选。地层中都含有一定量的可水化膨胀性粘土，各种大分子处理剂水溶液对粘土的水化膨胀性能不一。研究人员配制了常用大分子聚合物处理剂水溶液，用膨润土制成岩心，在室温和 80℃条件下进行膨胀试验，得出岩心 16h 膨胀率。由图 1 可知，KPAM抑制效果最好，CP-1 次之。
 
降滤失剂优选。针对安棚深层系地温梯度高（3.2℃ ~4℃ /100m），井底温度 130℃左右，要求钻井液具有良好的高温稳定性。研究人员用膨润土、大分子处理剂 KPMA、FA367，抗高温稀释剂 GF-2 配制基础配方，在基础配方中分别加入抗高温降滤失剂MG-1、CSMP- Ⅰ、CSMP- Ⅱ 、SPNH、SFT-120，在 130℃滚动 16h后测流变性和滤失量。降滤失剂优选试验结果显示，抗温降滤失效果顺序为 CSMP- Ⅰ ＞ SPNH ＞ CSMP- Ⅱ＞ MG-1、CSMP- Ⅰ 与 SFT-120，SPNH 复配抗温降滤失效果更好，再配合封堵材料 QS-4、CY-1 使用，高温高压滤失量能降到 10ml 以下。
 
润 滑 剂 优 化。 采 用 极 压 润 滑 仪EP-1 进行单剂评价试验。用 SL-3、JY-1、JRH-616、ZRH- Ⅱ、 白 油等润滑剂进行润滑效果分析，得知极压润滑能力顺序为 JRH-616 ＞ SL-3 ＞JY-1 ＞白油。由于致密砂岩水平段对润滑效果要求高，在此基础上，将几种润滑剂进行复配。润滑剂优化试验结果表明，几种润滑剂复配后润滑系数可降到 0.06 以 下，JRH-616、SL-3 与 白油复配润滑效果最好。
 
封堵剂优化。安棚深层系致密砂岩微裂缝发育，属于非致漏裂缝，该区裂缝静态宽度分布主要在 40μm 以下，裂缝宽度在井底压差下存在动态变化增量，配方中相对裂缝宽度大于 50μm的粗颗粒太少， 有效固相颗粒含量不足，故对 50μm 以上的微裂缝封堵承压能力较低。为此，在上面配方的基础上添加粒径偏大的刚性材料 QS-2 和软弹性封堵材料 WFT-666、SFT-120 进行完善。结合上述实验结果及现场施工最终确定水平段钻井液配方为：膨润土浆+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。该配方属于聚磺强封堵润滑防塌钻井液体系， 具有良好的流变性、抗高温性和封堵承压能力。
 
新钻井液防污、防漏效果好
 
安 HF1 井 钻 到 3,100m 钻 井 液受 到 HCO 3 - 污 染， 起 泡 较 严 重； 安深 3-1HF 井 钻 到 2,540m 左 右 受HCO 3 - 污染，钻井液性能开始不稳定，粘切逐渐上升，钻进到 2,585m时，漏斗粘度上升到 95s，初终切力图 1 岩心膨胀率柱状图上升到 15Pa 和 26Pa，滤失量上升到8ml。分析结果显示，HCO 3 - 浓度达到 4,000~10,000mg/l，使用钻井液处理剂，而稀释剂不能有效地发挥作用。
 
通过适当提高密度由 1.20g/cm 3提 高 至 1.23g/cm 3 ～ 1.39g/cm 3 ， 可用氧化钙清除 HCO 3 - 或 CO 3 2- ；添加抗盐降滤失剂 KJ-1、SKHM，用抗盐稀释剂 GF-2 调节流变性，有效控制了 HCO 3 - 和 CO 3 2- 污染。根据钻井液含油量及摩阻扭矩变化情况适时补充白油、高效润滑剂以保持润滑剂在钻井液中的有效含量；同时现场储备固体润滑剂石墨粉，适时适量加入石墨粉以减少管内摩阻。加入钻井液用防水锁剂 HAR-D 降低滤相表面张力，避免或减轻水相轻圈闭损害。
 
安 HF1 井和安深 3-1HF 井水平段井壁稳定，钻进过程中未出现明显的掉块坍塌，平均井径扩大率 5.96%。两口井钻井液流变性好，性能稳定，润滑效果好，润滑系数 0.05~0.08，水平段上提摩擦阻力 80~150kN；钻井液抗温效果好，滤失量低，中压滤失量 3.2~5ml,高温高压滤失量 10ml 以下。安 HF1 井打钻过程中井底压差 13MPa 未出现漏失，安深 3-1HF 井 4,240m 之前井底压差 23MPa 未出现漏失。