王志龍，楊龍龍，羅 躍，尹 達(dá)，梁紅軍，李 磊

（1.長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023；2.中國石油塔里木油田公司，新疆 庫爾勒841000）

為滿足國內(nèi)的油氣需求，開發(fā)深部地層的油氣資源日趨重要。國內(nèi)某油田在深部地層的鉆探過程中井壁失穩(wěn)問題時(shí)有發(fā)生，鉆井過程中發(fā)生過卡鉆、鉆井液漏失等事故。另外，膏鹽巖蠕變性強(qiáng)、縮徑嚴(yán)重等影響到鉆井周期和井眼質(zhì)量。因此，研究和分析深部地層的坍塌機(jī)理，解決鉆井過程中的復(fù)雜情況，對(duì)于優(yōu)質(zhì)高效地完成鉆井作業(yè)十分必要［1－7］。

1 現(xiàn)場(chǎng)情況

某油田開發(fā)的深部地層的相應(yīng)區(qū)塊已鉆的10口井的各類復(fù)雜情況統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

圖1 各類復(fù)雜情況發(fā)生頻率分布圖Fig.1 Distribution of all kinds of complicated situation occurrence frequency

由圖1可以看出，該區(qū)塊10口井鉆井過程中發(fā)生鉆井復(fù)雜情況共計(jì)270起，其中阻、卡175起，占總復(fù)雜情況的64.81%；井漏70起，占總復(fù)雜情況的25.93%；溢流8起，占總復(fù)雜情況的2.96%；憋泵、憋扭矩6起，占總復(fù)雜情況的2.22%；其它事故11起，占總復(fù)雜情況的4.07%。這說明阻、卡和井漏是該深部地層區(qū)塊鉆井面臨的最突出的問題。

2 巖性分析

2.1 X－射線衍射分析

依據(jù)SY／T 5163－2010《沉積巖粘土礦物相對(duì)含量X－射線衍射分析方法》對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巖石進(jìn)行X－射線衍射分析，結(jié)果見表1。

由表1可看出：深部地層中粘土礦物含量的變化范圍較大，在10%～50%之間；伊／蒙間層主要在40%～60%之間；伊利石和綠泥石的含量在20%～30%之間。深部地層中大量的粘土礦物即使少量水化也可能引起井壁不穩(wěn)定。

2.2 電鏡掃描分析（圖2）

由圖2a可看出，巖石結(jié)構(gòu)致密，表面有少量氯化鈉結(jié)晶。由圖2b可看出，部分顆粒表面覆蓋一層泥質(zhì)薄膜，粒間充填白云石。這表明，分析巖樣孔隙不發(fā)育，多數(shù)為微小孔隙，連通性不好，部分巖石上有NaCl的結(jié)晶和沉積。

2.3 鑄體薄片分析（圖3）

由圖3可知：6 900～6 903m巖性描述為：巖石內(nèi)顆粒包括陸源碎屑、砂屑等，基質(zhì)包括泥質(zhì)、白云石、方解石等，微細(xì)孔隙少量，未見可測(cè)孔隙；見1條溶蝕縫被泥質(zhì)等充填；6 854m巖性描述：巖石內(nèi)碎屑顆粒分選中等，顆粒間多被泥鐵質(zhì)及部分方解石充填，部分顆粒間充填黑色瀝青質(zhì)，其面積約占10%左右，局部見部分溶蝕孔，溶蝕縫呈不規(guī)則串珠狀分布。

表1 現(xiàn)場(chǎng)巖石X－射線衍射分析數(shù)據(jù)Tab.1 X－Ray diffraction analysis data of field rock

圖2 現(xiàn)場(chǎng)巖石的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM Photos of field rock

微裂縫發(fā)育增加了粘土水化后地層坍塌的可能性。

圖3 薄片分析照片F(xiàn)ig.3 Photos of thin－layer analysis

3 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能測(cè)試

3.1 鉆井液性能

鉆井液性能見表2，溫度對(duì)油基鉆井液乳化穩(wěn)定性的影響見表3。

表3 溫度對(duì)油基鉆井液乳化穩(wěn)定性的影響Tab.3 Effect of temperature on the stability of the oil－base drilling fluid emulsification

由表2、表3可知，現(xiàn)場(chǎng)泥漿流變性能良好，熱滾后乳化穩(wěn)定性增強(qiáng)。

3.2 鉆井液性能調(diào)節(jié)

鉆井液性能調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)見表4。

由表4可知，在現(xiàn)場(chǎng)泥漿的基礎(chǔ)上進(jìn)行加重，隨密度的增大，鉆井液的黏度、API濾失量、高溫高壓濾失量都呈遞增趨勢(shì)，但性能仍在較好的范圍。說明鉆井液密度可根據(jù)需要較方便地調(diào)節(jié)。

表2 鉆井液性能Tab.2 Drilling fluid performance

表4 鉆井液性能調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)Tab.4 Debugging data of drilling fluid performance

3.3 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液的回收率（表5）

表5 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液的回收率／%Tab.5 Recovery of field drilling fluid／%

實(shí)驗(yàn)巖樣為石膏巖樣品（石膏含量約為65%）。由表5可看出，油基鉆井液體系的平均回收率明顯高于水基鉆井液體系。這是因?yàn)橛湍茏柚故鄮r溶解的緣故。

3.4 鉆井液的膨脹抑制性能（表6）

由表6可知，油基鉆井液的膨脹抑制性能明顯優(yōu)于水基鉆井液，對(duì)石膏巖的溶解也有更好的抑制作用。

表6 鉆井液的膨脹抑制性能／%Tab.6 Inflation inhibition performance of drilling fluid／%

3.5 封堵實(shí)驗(yàn)

封堵實(shí)驗(yàn)中鉆井液在巖心表面形成濾餅，然后用清水代替鉆井液進(jìn)行測(cè)試，記錄濾失量，以判斷封堵效果，結(jié)果見表7。

表7 封堵濾失量Tab.7 Blocking filtration volume

由表7可知：在鉆井液中加入封堵劑對(duì)降低濾失量有一定的作用，清水驅(qū)替表明其承壓能力也有所改善，但封堵劑的加入對(duì)流變性產(chǎn)生了一定的影響。現(xiàn)場(chǎng)使用應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取封堵措施。

4 結(jié)論

（1）深部地層巖性以砂巖和泥頁巖為主，砂巖為脆性巖石，當(dāng)使用泥漿密度偏低時(shí)，井壁巖石發(fā)生剪切破壞，引起井壁失穩(wěn)、掉塊甚至坍塌。

（2）粘土礦物X－射線衍射分析表明：深部地層泥頁巖樣品中泥質(zhì)含量為30%～50%，其中水敏性礦物40%～63%；砂巖及泥質(zhì)砂巖中泥質(zhì)含量2%～30%，其中水敏性礦物14%～68%；褐色含泥礫中砂巖中泥質(zhì)含量30%～50%，其中水敏性礦物60%～65%。水敏性礦物含量高導(dǎo)致的水化膨脹甚至坍塌是井壁不穩(wěn)的重要原因之一。

（3）對(duì)于深部地層的泥頁巖，由于上部巖層的壓力巨大，對(duì)地層粘土礦物會(huì)產(chǎn)生一定的去表面水化的作用，地層打開后粘土礦物與水接觸，使用水基泥漿時(shí)表面水化不可避免（高濃度的鹽水只能抑制和阻止?jié)B透水化），引起井壁的不穩(wěn)定。

（4）泥巖及砂巖的裂縫發(fā)育會(huì)增大地層坍塌的可能性。

（5）現(xiàn)場(chǎng)鉆井液的流變性能良好；封堵措施有利于濾失量控制和提高井壁的承壓能力；油基鉆井液在提高深部地層穩(wěn)定性方面有以下優(yōu)勢(shì)：抑制粘土水化特別是表面水化，抑制粘土水化引起的井壁失穩(wěn)問題；有利于膏鹽層的穩(wěn)定；更好地控制濾失量及泥餅質(zhì)量。

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