袁毅(中國(guó)石油大學(xué)， 山東 青島 266580)

蘇北地區(qū)鉆井井壁失穩(wěn)原因與對(duì)策

袁毅(中國(guó)石油大學(xué)， 山東 青島 266580)

蘇北地區(qū)石油鉆井目的層位主要含有硬脆性灰黑色泥巖，地層穩(wěn)定性差，地層剝落掉塊、垮塌嚴(yán)重，劃眼、卡鉆等復(fù)雜情況頻發(fā)，井壁失穩(wěn)是影響蘇北地區(qū)鉆井施工效率的主要原因之一，故對(duì)井壁失穩(wěn)的原因進(jìn)行分析顯得尤為重要，有針對(duì)性的提出應(yīng)對(duì)之策具有重要意義，本文從力學(xué)角度結(jié)合泥頁(yè)巖水化作用分析泥巖井壁穩(wěn)定的影響因素，并從鉆井工藝、鉆井液等方面提出一些應(yīng)對(duì)之策。

蘇北；泥巖；井壁失穩(wěn)；鉆井液；密度

1 井壁失穩(wěn)的影響因素

井壁失穩(wěn)問(wèn)題的誘因很多,概括起來(lái)可分為天然和人為兩個(gè)方面[1]:天然因素主要有地層巖性、地層強(qiáng)度、粘土礦物的類(lèi)型、地層傾角、孔隙度以及孔隙流體壓力等。人為可控因素主要有鉆井液的性能、地層裸眼時(shí)間、鉆井液的對(duì)井壁的沖刷作用、激動(dòng)壓力、井眼軌跡等。

(1)力學(xué)因素 井內(nèi)鉆井液液柱壓力起到了一定的支撐所鉆巖層原本提供的支撐作用,井壁處原本的三向應(yīng)力平衡被破壞,使得井眼周?chē)鷳?yīng)力重新分布。當(dāng)井內(nèi)液柱壓力小于地層孔隙壓力時(shí),可能使井壁巖石產(chǎn)生剪切破壞,對(duì)于塑性巖石這個(gè)時(shí)候通常會(huì)導(dǎo)致縮徑問(wèn)題,而脆性巖石則會(huì)產(chǎn)生坍塌掉塊,造成復(fù)雜情況。地層強(qiáng)度對(duì)淺井井壁穩(wěn)定性有著顯著的影響,大幅度提高鉆井液密度可以解決如淺部地層強(qiáng)度太低的問(wèn)題。但是對(duì)于深部泥頁(yè)巖地層,由于其具有極強(qiáng)的粘土礦物的水敏性,簡(jiǎn)單依靠增大鉆井液密度來(lái)平衡地層壓力是不可取的,甚至?xí)斐删┗蛘呖逅?/p>

(2)化學(xué)因素 泥頁(yè)巖[2]主要由水敏性粘土礦物組成,其與鉆井液中的水的相互作用是必然的。由于泥頁(yè)巖結(jié)構(gòu)和組分上的特點(diǎn),采用不同的鉆井液體系,這種作用的差別也是很大的，離子交換作用、滲透作用[3]、水沿泥頁(yè)巖的微裂隙的侵入以及毛管力作用產(chǎn)生的滲析強(qiáng)度都有明顯影響。這些使得泥巖地層吸水膨脹,使井周?chē)鷰r的力學(xué)特性發(fā)生顯著變化,最終導(dǎo)致井壁失穩(wěn),發(fā)生鉆井復(fù)雜事故。

當(dāng)打開(kāi)地層后水分子和溶質(zhì)在鉆井液和泥頁(yè)巖間發(fā)生傳遞作用必然影響泥頁(yè)巖與流體間的相互作用。若水分子進(jìn)入泥頁(yè)巖會(huì)引起泥頁(yè)巖水化, 產(chǎn)生水化應(yīng)力, 導(dǎo)致泥頁(yè)巖膨脹和張性失穩(wěn)。

(3)工程因素 工程因素有鉆井液的失水、粘度、密度等性能，井眼裸露的時(shí)間、鉆井液對(duì)井壁的沖刷作用強(qiáng)度、壓力激動(dòng)、井眼軌跡，鉆井液體系和流變性能與地層特性的匹配程度。

2 井壁穩(wěn)定技術(shù)

(1)合理的鉆井液密度 如果能通過(guò)提高鉆井液密度克服孔隙壓力和滲透影響的情況，現(xiàn)場(chǎng)可用提高鉆井液密度防止井壁坍塌的方法。鉆井液溶質(zhì)濃度增加，井壁更加穩(wěn)定[4]。因?yàn)槿苜|(zhì)濃度增大減小了水滲透進(jìn)入泥巖。但是當(dāng)鉆井液密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)地層孔隙壓力時(shí),就加劇了鉆井液向地層的濾失,會(huì)引起巖石強(qiáng)度的降低,最終導(dǎo)致地層坍塌壓力的增大,造成井壁失穩(wěn)，通過(guò)理論分析與施工總結(jié)發(fā)現(xiàn)蘇北地區(qū)普通定向井戴南組地層鉆井液密度1.22～1.24g/cm3，阜寧組地層鉆井液密度1.24～1.26g/cm3可以起到較好的防塌作用，而對(duì)于張家垛區(qū)塊的大斜度井則要將密度提高至1.45 g/cm3以上，這也是最簡(jiǎn)單可行且成本低的方法。

(2)優(yōu)選防塌劑 硬脆性泥巖中含有大量的微裂縫，為水分進(jìn)入地層提供了通道，巖層中不僅含有多種水敏性礦物，而且各種礦物的水敏性不同，吸水后造成水化膨脹，容易剝落垮塌。區(qū)塊使用了正電性鉆井液處理劑DS-301復(fù)配 DS-302具有良好的抑制性，加之兩性離子聚合物可以充分抑制泥頁(yè)巖的水化膨脹，再輔以乳化石蠟和瀝青類(lèi)防塌劑，在井壁上形成薄而致密的泥餅，保證井壁的穩(wěn)定?，F(xiàn)場(chǎng)可以選用防塌瀝青、有機(jī)硅腐植酸鉀等復(fù)配，在微裂隙發(fā)育的泥頁(yè)巖地層的近井壁形成屏蔽層，在正液柱壓力作用下，它可以達(dá)到護(hù)壁的作用。

(3)工程措施 坍塌破壞是有時(shí)間效應(yīng)的，井眼打開(kāi)后，井壁起初是穩(wěn)定的，一天后最容易發(fā)生坍塌，隨后坍塌可能性減小，但在達(dá)到一定時(shí)間(約7天)后井壁穩(wěn)定性再次變差，故要盡可能的減少井眼在鉆井液的浸泡時(shí)間，盡早完井。

鉆井液性能上，特別控制低失水(小于3ml)、薄泥餅、適度偏高的密度。高粘高切低濾失鉆井液有助于防塌,也利于排屑,但不易于提高鉆速，故鉆井液漏斗粘度處于50～60秒即可。其次，在接單根、起下鉆等作業(yè)過(guò)程中，注意操作平穩(wěn)，盡量減少壓力激動(dòng)。下鉆時(shí)采取分段循環(huán)的方式，開(kāi)泵時(shí)應(yīng)先小排量循環(huán)，井口出漿后再逐漸開(kāi)到正常排量。

3 結(jié)語(yǔ)

本地區(qū)的泥巖井壁失穩(wěn)主要是由水化膨脹進(jìn)而力學(xué)失穩(wěn)造成的。所以在合理的鉆井液密度穩(wěn)定井壁的基礎(chǔ)上,降低鉆井液的濾失量、優(yōu)選強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液,提高鉆井液的抑制性和封堵能力,這些措施可以達(dá)到在鉆井施工期間井壁穩(wěn)定的要求。鉆遇灰黑色泥巖段時(shí)出現(xiàn)巖屑剝落情況時(shí)應(yīng)及時(shí)分析原因，由于地層吸水膨脹而產(chǎn)生剝落掉塊、垮塌時(shí)應(yīng)提高防塌瀝青與OSAMK、PHP等處理劑的加量，提高鉆井液的封堵防塌能力，同時(shí)降低鉆井液濾失量達(dá)到防塌目的。

[1]陳秀榮.泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2009.

[2]王曉敏.塔河油田AT9區(qū)塊鉆井液體系優(yōu)選[D].北京.中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2013.

[3]梁大川，王林.鉆井液和泥頁(yè)巖間的傳遞作用對(duì)井壁穩(wěn)定的影響[J].天然氣工業(yè)，1999，19(3):59.

[4]王倩.泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定影響因素分析.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)[J].2012,31(1):177.

袁毅，男，中國(guó)石油大學(xué)在職工程碩士在讀，現(xiàn)在華東石油工程公司六普鉆井公司從事鉆井技術(shù)工作。