摘要
冀承页1井小口径页岩油气调查井位于河北省承德市，构造位置为燕辽裂陷槽承德盆地宽城坳陷卢家沟向斜带，地质条件极为复杂，不仅存在涌水及漏失问题，且目的层段洪水庄组碳粉砂质页岩结构松散破碎，黏土矿物组成中蒙脱石含量高，水敏性强，井壁稳定性差。钻探施工存在易塌、易漏、易卡钻风险，对钻探工艺及冲洗液技术提出了较高的要求。针对该井的钻遇地层，细化分析各井段对冲洗液的性能需求，研发配制了冀承页1井专属冲洗液体系，并针对目的层页岩开展冲洗液配比正交实验，确定了目的层冲洗液配方：水+3% Na-B+3%（土重）Na2CO3+3% KHM+1% GPC+0.2% K-PAM+0.2% Na-CMC+1.5% MSDS，因地制宜地开展冲洗液维护措施，在实际钻探过程中取得了良好的应用效果，可为类似钻探工程冲洗液技术提供借鉴。
为探索久攻不克的中新元古界页岩油气资源潜力，填补中国北方海相页岩油气勘查空
冀承页1井设计深度1500 m，根据承德地区油气地层特点、压力预测及目前钻井工艺技术现状，结合邻井工程设计，采用三开井身结构，一开封固表土层、二开封固下马岭组页岩、三开钻探主要目的层。冀承页1井在钻遇下马岭、洪水庄页岩地层时施工过程中存在易塌、易漏、易卡钻风
冀承页1井开孔层位为青白口系下马岭组，主探蓟县系洪水庄组，兼探铁岭组、下马岭组，完钻层位为蓟县系雾迷山组。由上至下钻遇青白口系下马岭组，蓟县系铁岭组、洪水庄组、雾迷山组。地层特征如下：
下马岭组（Pnx）：岩性主要由灰黑、灰绿色页岩、粉砂质页岩组成。底部有一层灰白、黄绿色薄层、中厚层中细粒石英砂岩，其上为一层菱铁矿层。靠上部夹少许紫色薄层页岩；顶部以页岩、粉砂岩或薄层泥灰岩。本组与上覆景儿峪组及下伏铁岭组地层均为平行不整合接触。
铁岭组（Jxt）：主要为一套含盆屑、含锰白云岩，绿、翠绿色页岩，叠层石灰岩及白云质灰岩。下部为灰白、褐灰色薄层夹中厚层含燧石条带、燧石结核碎屑泥晶白云岩，含锰泥晶白云岩夹绿、紫色页岩及含锰菱铁矿层，上部为灰色薄层泥晶灰岩夹砾屑泥晶灰岩及杂色砾岩。与下伏洪水庄组为整合接触。
洪水庄组（Jxh）：主要为一套灰黑、灰绿、褐灰、棕黄色含石英粉砂伊利石页岩。下部为灰色薄层含砂质泥粉晶含砾屑、砂屑白云岩夹黑灰色纸片状页岩，中部为灰黑、灰绿、褐紫色页岩、纸片状页岩，含黄铁矿结核，上部为黄绿色页岩夹含锰砂质白云岩凸镜体及薄层灰质石英砂岩。与下伏雾迷山组地层为整合接触。
雾迷山组（Jxw）：岩性为灰白、暗灰色中厚层、厚层燧石条带结晶白云岩，夹条纹状白云岩、泥晶白云岩、硅质岩、角砾状结晶白云岩及燧石角砾岩。与下伏杨庄组地层为整合接触。
根据地层信息及临井资料，分析冀承页1井的施工难点主要为以下4点：
（1）由于临近河滩，覆盖层含有大量卵石，容易造成井底岩屑清理不净，引起卡钻等事故。
（2）铁岭组白云岩地层裂隙发育，不排除存在大型溶洞，可能会出现全井漏失现象。
（3）根据临井记录，洪水庄组黑色薄层状碳质粉砂质泥页岩结构松散，黏土矿物中蒙脱石含量占比高，水敏性强，如冲洗液使用不当，该井段易发生扩径及井壁坍塌现
（4）钻场地下暗河发育，井内容易出现涌水及涌气现象，给冲洗液性能维护带来较大困难。
冀承页1井设计井深1500 m，设计倾角90°，井型为直井，完钻井径≥Ø96 mm，除覆盖层外，全井按地质岩心钻探标准规范要求取心，非地层破碎、垮塌井段，全井井径扩大率≤15%。对可能垮塌井段，井径扩大率要求适当放宽，控制在20%以内。由于提前钻至目的层位，于1295 m完钻，最终钻井综合质量评价为甲级。
一开采用Ø173 mm薄壁金刚石钻头（水眼8个）+Ø168 mm钻具+Ø168 mm变Ø114 mm变径+Ø114 mm机下接头+Ø89 mm六棱主动钻杆，采用单管钻进，钻至井深46.10 m，下入Ø146 mm×5.50 mm导管15根，套管总长45.80 m，下深45.80 m。
二开采用Ø122 mm金刚石钻头（水眼12个）+Ø122.5 mm扩孔器+Ø114 mm钻具+Ø114 mm钻杆×14根+Ø114 mm机下接头+Ø89 mm六棱主动钻杆（8 m），采用绳索取心工艺，钻至井深350.50 m，下入钢级DZ40 Ø108 mm×5.50 mm表层套管117根，套管总长350.50 m，下深350.50 m。
三开采用Ø98 mm K7钻头（水眼8个）+Ø98.5 mm扩孔器+Ø98 mm钻具+Ø91 mm钻杆×115根+Ø91 mm机下接头+Ø89 mm六棱主动钻杆（8 m），采用绳索取心工艺，钻至井深1295 m停钻后封井口、完井。
井身结构见
图1 井身结构
Fig.1 Well configuration
覆盖层岩性从上至下依次为第四系松散堆积物、泥质砂岩（夹杂非连续级配卵石）、安山岩（夹杂非连续级配卵石），此段地层面临的问题：（1）地表第四系沉积物造浆严
图2 覆盖层卵石
Fig.2 Pebbles in covering layer
二开钻遇岩性从上至下依次为砂质泥岩、凝灰质细砂岩、粗粒砂岩、泥质粉砂岩，此段地层较稳定，岩石完整，对冲洗液的技术要求不高，但根据临井资料显示，该井段可能面临涌水问题，因此二开冲洗液配制应该在考虑地层完整，尽可能的提高钻井速度的前提下，做好预防井内出现涌水的应对准备。
三开钻遇地层岩性主要为泥质砂岩、泥质灰岩、白云质泥岩、辉绿岩、白云岩。除目的层外，根据地质资料及临井数据显示，此段地层整体稳定性差，部分灰岩较为破碎，存在漏失及掉块问题，白云质泥岩水敏性
目的层岩性主要为洪水庄组黑色薄层状碳质粉砂质泥页岩，此井段面临两个重要难题：（1）由于粉砂质泥页岩本身特征带来的井壁稳定性
图3 洪水庄组地层黏土矿物分析结果
Fig.3 Analysis results of clay minerals in the Hongshuizhuang Formation
通过分析冲洗液性能要求，针对冀承页1井各开次地层及目的层分别进行冲洗液配方性能设计。
现场所用冲洗液材料如下：Na-B（钠基膨润土）、MSDS（钻井用皂化油）、KL（植物胶）、KHM（腐殖酸钾）、GPC（随钻堵漏剂）、PAM（聚丙烯酰胺）、K-PAM（聚丙烯酸钾）、Na-CMC（中黏羧甲基纤维素钠）、工业级Na2CO3。其中聚丙烯酸钾和腐殖酸钾是主要降滤失剂，植物胶和中黏羧甲基纤维素钠为增黏及流型调节剂，皂化油除润滑作用外，其分子吸附于黏土颗粒表面，通过疏水作用抑制水化膨胀，可显著降低黏土矿物膨胀率，同时在裂缝性页岩中形成半透膜，有利于保持井壁稳定。
JC-1冲洗液（冀承页1井1号冲洗液）针对覆盖层第四系松散堆积物设计，该段主要解决地层造浆严重及携屑困难问题，冲洗液应具有较高黏度、低失水、适当动塑比及良好的流动
配方：水+2% Na-B+3%（土重）Na2CO3+0.1% K-PAM+1% KHM+1% MSDS。
配制方法：在搅拌器加入设计比例的预泡膨润土浆和工业级Na2CO3，按比例计算出所需聚丙烯酸钾的质量，分别在溶液桶中预泡3 h，搅拌至均匀，最后按比例加入腐殖酸钾和钻井用皂化油。
JC-2冲洗液（冀承页1井2号冲洗液）针对穿过第四系松散堆积物后的一开井段，主要解决该井段的携屑及润滑问题，冲洗液应具有携岩屑强、适当黏度、中等切力、高动塑比。
配方：水+3% Na-B+3%（土重）Na2CO3+0.2% CMC+1.5% MSDS+1.5% KL。
配制方法：在搅拌器加入设计比例的预泡膨润土浆和工业级Na2CO3，按比例计算出所需纤维素、植物胶的质量，分别在溶液桶中预泡3 h，加入搅拌器搅拌至均匀，最后按比例加入钻井用皂化油。
JC-3冲洗液（冀承页1井3号冲洗液）针对二开完整井段设计，该井段相对稳定，冲洗液设计主要以提高钻井效率为重点，冲洗液应具有沉淀岩屑能力强、偏低黏度、中等切力、中等动塑
配方为：水+0.15% PAM+1% GPC+1% MSDS。
配制方法：按照搅拌器容积，按比例计算出所需聚丙烯酰胺质量，在溶液桶中预泡3 h，加入搅拌器搅拌至均匀后加入堵漏剂，最后按比例加入钻井用皂化油。
JC-4冲洗液（冀承页1井4号冲洗液）针对三开井段非目的层设计，该段裸眼井段长，且井壁稳定性不均匀，应以保持井壁稳定和钻井安全为重点，冲洗液应具有适当黏度、良好的润滑性、较低失水量、一定的抑制性能、中等动塑比。
配方为：水+1.5% Na-B+3%（土重） Na2CO3+0.2% K-PAM+1% GPC+2% KHM+1.5% MSDS。
配制方法：在搅拌器加入设计比例的预泡膨润土浆和工业级Na2CO3，按比例计算出所需聚丙烯酸钾的质量，在溶液桶中预泡3 h，加入搅拌器搅拌至均匀后加入堵漏剂和腐殖酸钾，最后按比例加入钻井用皂化油。
冀承页1井1~4号冲洗液性能参数见
| 冲洗液编号 | 密度/(kg· | 漏斗黏度（苏式）/s | AV/（mPa·s） | PV/（mPa·s） | YP/Pa | YP/PV | FL/[mL·（30 min |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| JC-1 | 1.04 | 35 | 37.28 | 19.31 | 9.08 | 0.47 | 8 |
| JC-2 | 1.03 | 31 | 29.80 | 17.10 | 8.38 | 0.49 | 9 |
| JC-3 | 1.01 | 29 | 31.28 | 26.36 | 7.91 | 0.39 | 10 |
| JC-4 | 1.03 | 32 | 35.74 | 21.78 | 8.93 | 0.41 | 8 |
JC-5冲洗液（冀承页1井5号冲洗液）针对目的层井段设计，冲洗液应具有适当黏度、良好润滑性、强抑制性能，以及重点性能低失水
| 水平 | 添加量/% | |||
|---|---|---|---|---|
| Na-B | KHM | K-PAM | Na-CMC | |
| 1 | 2 | 1 | 0.1 | 0.1 |
| 2 | 3 | 2 | 0.2 | 0.2 |
| 3 | 4 | 3 | 0.3 | 0.3 |
正交试验测试结果见
| 试验组 | 添加量/% | FL/[mL·（30 min | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Na-B | KHM | K-PAM | Na-CMC | ||
| 1* | 2 | 1 | 0.1 | 0.1 | 11.6 |
| 2* | 2 | 2 | 0.2 | 0.2 | 9.5 |
| 3* | 2 | 3 | 0.3 | 0.3 | 8.3 |
| 4* | 3 | 1 | 0.2 | 0.3 | 11.1 |
| 5* | 3 | 2 | 0.3 | 0.1 | 8.8 |
| 6* | 3 | 3 | 0.1 | 0.2 | 7.4 |
| 7* | 4 | 1 | 0.3 | 0.2 | 10.2 |
| 8* | 4 | 2 | 0.1 | 0.3 | 8.4 |
| 9* | 4 | 3 | 0.2 | 0.1 | 5.9 |
根据正交实验结果，对不同材料在相同添加量情况下的失水量数值取平均数，分析不同材料添加量（ki）对冲洗液失水量的影响，如
图4 添加不同材料对失水量的影响
Fig.4 Influence of different addition on water loss
结合
配方为：水+3% Na-B+3%（土重） Na2CO3+3% KHM+1% GPC+0.2% K-PAM+0.2% Na-CMC+1.5% MSDS。
配制方法：在搅拌器容加入设计比例的预泡膨润土浆和工业级Na2CO3，按比例计算出所需纤维素、聚丙烯酸钾的质量，分别在溶液桶中预泡3 h，加入搅拌器搅拌至均匀，按比例依次加入腐殖酸钾、堵漏剂和钻井用皂化油。主要性能指标见
| 性 能 | 参 数 |
|---|---|
|
密度/(kg· | 1.04 |
| 漏斗黏度（苏式）/s | 36 |
| AV/（mPa·s） | 38.37 |
| PV/（mPa·s） | 23.18 |
| YP/Pa | 10.2 |
| YP/PV | 0.44 |
|
FL/[mL·（30 min | 4.8 |
优选配方冲洗液浸泡下页岩膨胀实验结果见表
| 浸泡介质 | 300 min线性膨胀量/mm |
|---|---|
| 清水 | 120 min崩解 |
| 膨润土浆（3%含量膨润土） | 2.3 |
| 聚丙烯酰胺水溶液（0.2%含量） | 4.6 |
| JC-5冲洗液 | 0.9 |
冀承页1井钻井期间，由于设备及场地因素限制，未能配备固控设备，相较于常规全孔取心钻井，油气调查井井径较大，岩粉携带量
在泥浆池布局上，共开挖了3个大小不一的泥浆池（
图5 泥浆池布置示意
Fig.5 Schematic diagram of mud pit layout
由于砌制的泥浆池体积较大，冲洗液配置过程较为困难，自行加工设计了一套可移动式搅拌器（
图6 搅拌器效果
Fig.6 Blender result
在施工过程中，发现直接清理泥浆池中的岩屑工作量极大，且存在很高的安全风险，针对这种情况，考虑在泥浆进池以前，对其进行一级预先处理，设计加工了一套地表泥浆固液分离箱（
图7 分离箱设计及效果
Fig.7 Design and effect of separation box
冀承页1井在施工过程中严格按照预设的冲洗液体系进行作业，坚持每班对冲洗液的性能进行测试并做好数据记录，合理调节钻进参数。当遇到涌水地层时，进行冲洗液针对性调节，加大冲洗液的密度、黏度，提高护壁效果。在井口处进行引流排放，以保证井内冲洗液的性能变化不大。遇到气体层时，加强对排出气体的监测，冲洗液密度控制在1.1 kg/L以上，当班人员时刻关注冲洗液性能变化以及气体的浓度波动，确保冲洗液性能稳定。遇到目的油层时，为提高取心率及保障井壁安全，冲洗液性能监测调整为每4 h一次，当班人员及时反馈冲洗液性能变化并根据实测参数及时补充相应的处理剂。整体钻探工作高效平稳，设计冲洗液体系起到了良好的应用效果，具体情况如下：
（1）设计的冲洗液体系对维护井壁稳定起到了良好的效果，冀承页1井1295 m的作业井段内三开裸眼井段长度接近950 m，其中铁岭组及洪水庄组多段地层极其松散破碎（
图8 破碎井段岩心
Fig.8 Core of fractured well section
（2）施工效率显著提升，冀承页1井累计施工时间77 d，纯钻时间756.23 h，台月效率544.63 m，施工效率显著高于临井宽1井，对比情况见
| 井 名 | 井深/m | 累计施工工期/d | 井故处理时间/h | 台月效率/m |
|---|---|---|---|---|
| 冀承页1井 | 1295 | 77 | 0 | 544.63 |
| 宽1井 | 1157.27 | 68 | 256 | 432.37 |
（3）岩心采取率高。根据对钻取岩心的统计，冀承页1井在取心井段46.10~1295.00 m进尺1248.90 m，心长1245.25 m，岩心采取率高达99.71%，其中目的层井段岩心采取率均为100%（
图9 目的层段岩心
Fig.9 Core of targeted interval
（1）针对冀承页1井钻探工程，以钻遇地层岩性为着手点，根据不同的地层开次，针对性的细化冲洗液性能配方，设计了一套冀承页1井专属冲洗液体系，现场对冲洗液的使用与维护处理，很好的满足了该井施工工艺要求及井身稳定效果，为相似小口径油气调查井设计施工提供了参考。
（2）针对洪水庄组碳质粉砂质泥页岩水敏性强、井壁稳定性差的问题，开展正交实验分析，确定了目的层最佳冲洗液配比为：水+3% Na-B+3%（土重） Na2CO3+3% KHM+1% GPC+0.2% K-PAM+0.2% Na-CMC+1.5% MSDS，在目的层段取得了良好的应用效果。
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