海照新 陳保民 張孝兵(川慶鉆探工程公司長慶鉆井總公司，陜西西安710018)

長慶油田合水區(qū)塊泥頁巖井壁穩(wěn)定技術(shù)

海照新 陳保民 張孝兵(川慶鉆探工程公司長慶鉆井總公司，陜西西安710018)

泥頁巖井壁不穩(wěn)定是鉆井作業(yè)中的一大難題，水平井施工中尤為突出，為了更好的控制水平井鉆井施工過程中的井壁坍塌問題，本文拋開力學(xué)原因造成的井塌（即鉆井液密度），分析怎樣通過物理化學(xué)方式來控制井塌。本文先后對泥巖水化效應(yīng)、鉆井液濾失量、濾餅物性等方面進(jìn)行分析，通過對鉆井液組分的調(diào)整，優(yōu)化了以上特性，達(dá)到了控制井壁坍塌的目的，同時也避免了單一的利用密度控制井塌后密度過高所產(chǎn)生的副作用。

水平井;泥巖;鉆井液濾失量;濾餅

石油工程界普遍認(rèn)為,井壁坍塌是由于井內(nèi)液柱壓力較低,使井壁周圍巖石所受的應(yīng)力超過了巖石本身的強(qiáng)度,從而產(chǎn)生剪切破壞所造成的，這是其力學(xué)原因。實(shí)際上鉆井液需要通過“物化封固井壁阻緩壓力傳遞、加強(qiáng)抑制水化、化學(xué)位活度平衡、合理密度有效應(yīng)力支撐”等多種作用方式,即所謂的“多元協(xié)同”穩(wěn)定井壁理論，才能較好地實(shí)現(xiàn)井壁穩(wěn)定。

1 鉆井液濾失量及濾餅物性對井壁穩(wěn)定的影響

1.1 鉆井液濾失量

巖石內(nèi)部微裂紋在應(yīng)力作用下的擴(kuò)展促進(jìn)了微裂紋的連接，隨之侵入的鉆井液濾液與巖石間的物理化學(xué)反應(yīng)使巖石內(nèi)能增加進(jìn)一步加速了巖石裂紋的擴(kuò)展,是造成井壁坍塌和失穩(wěn)的主要原因。

1.2 濾餅物性

鉆井液封堵性越強(qiáng)，泥餅孔隙度越小，失水越小，泥餅越薄。實(shí)驗(yàn)證明常用的固相處理劑形成泥餅孔隙度優(yōu)選，膨潤土＜石灰石＜重晶石，實(shí)驗(yàn)得出由膨潤土形成的泥餅孔隙度最小。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)無機(jī)鹽類處理劑的加入將使鉆井液濾餅厚度增大，強(qiáng)度降低，使泥餅質(zhì)量整體特性變差。

2 鉆井液組分的調(diào)整

2.1 強(qiáng)抑制聚合物控制泥頁巖水化效應(yīng)

強(qiáng)抑制聚合物體系配方：清水+0.4%ZNP-1+0.3%K-PAM

水平井上部泥巖段、泥頁巖段采用聚合物強(qiáng)抑制鉆井液體系，目前所用的聚合物防塌劑基本都為陽離子防塌劑，其能穩(wěn)定黏土并抑制其水化膨脹、分散的機(jī)理在于:①通過分子鏈上的眾多正電性基團(tuán)與黏土的負(fù)電性中心產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電作用,分子鏈與黏土晶面間很強(qiáng)的范德華力使陽離子牢固地吸附在黏土顆粒表面,形成一層單分子膜;②陽離子聚合物吸附到多個晶層和微粒上后,再將其取代下來很困難;③陽離子聚合物的吸附牢固,黏土表面形成的雙電層較薄,顆粒間的雙電斥力較小,結(jié)合較緊密,不易分解,遇水不易水化膨脹。

2.2 轉(zhuǎn)化體系固相成分的確定

2.2.1 初次形成泥餅配方

配方:強(qiáng)抑制聚合物基漿+2-3%白土+0.2%燒堿+0.5%FT-342

性能范圍：粘度38-42秒，密度1.04-1.06 g/cm3，失水小于6ml，PH9，動切力3-5

依據(jù)白土所形成泥餅孔隙度最小,最致密的物性,初次轉(zhuǎn)化優(yōu)選白土,目的是在井壁的最內(nèi)層形成致密的白土泥餅,同時依據(jù)聚合物增加泥餅強(qiáng)度而分散劑和無機(jī)鹽類降低泥餅強(qiáng)度的物性,固在初次轉(zhuǎn)化時盡量避免或控制分散劑、重晶石、KCL、甲酸鈉的使用。

2.2.2 后續(xù)根據(jù)施工需要維護(hù)泥餅配方

配方:細(xì)分散原漿+1%甲酸鈉+重晶石(按密度要求)+0.05%抑制性聚合物+白土（依據(jù)泥餅質(zhì)量）

在泥巖段已基本形成第一層泥餅后，可以根據(jù)施工要求進(jìn)行進(jìn)一步處理，如隨井斜增大，逐漸提高鉆井液密度等。抑制劑的加入優(yōu)選有機(jī)鹽甲酸鈉，因?yàn)闊o機(jī)鹽類處理劑（KCL)的加入將使鉆井液濾餅厚度增大，強(qiáng)度降低，使泥餅質(zhì)量整體特性變差。

2.2.3 濾失量的控制

濾失量與泥餅質(zhì)量密切相關(guān)，一般固相材料越細(xì)，封堵性越好，泥餅越致密，濾失量也就越小，但實(shí)際現(xiàn)場操作時，一般都是倒序的，先測出鉆井液性能，再依據(jù)調(diào)整。而初次轉(zhuǎn)化體系，由全失水強(qiáng)抑制性體系轉(zhuǎn)化為低失水、弱抑制體系，失水量的控制就顯得尤為重要了，只有鉆井液中水的活度小于泥頁巖地層水活度，即井壁附近孔隙壓力減小,利于井眼穩(wěn)定。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

現(xiàn)場應(yīng)用3口井，都由于遇阻或卡鉆加入白土，加入白土循環(huán)4-5周后，井塌現(xiàn)象基本得到控制，避免了由于重晶石的加入，密度上升后的漏失加劇現(xiàn)象，同時后期性能穩(wěn)定性強(qiáng)，避免了大量抑制劑和降失水劑的加入，現(xiàn)場只需要每天補(bǔ)充泥漿量即可，原漿基本無需處理。

固平27-16井鉆進(jìn)到井深1420米，井斜32度，地層延長，泥漿性能粘度41S，密度1.15 g/cm3，失水8ml，動切2，起鉆換鉆頭遇阻嚴(yán)重，方鉆桿帶出21根，返出延長組泥巖掉塊，下鉆劃眼過程中補(bǔ)充加入白土5噸，循環(huán)帶出部分掉塊，處理后性能粘度46S，密度1.15 g/cm3，失水6命令，動切力4，后續(xù)施工繼續(xù)維持密度在1.2 g/cm3加入白土的水平井，入窗密度、水平段密度、完鉆密度都低于未加白土的水平井，同時成本也有所下降。

4 認(rèn)識與建議

(1) 泥頁巖的穩(wěn)定性是可以通過化學(xué)方式（抑制性）和物理方式（濾失量、泥餅物性）相結(jié)合來解決的，同時物理化學(xué)方式帶來的副作用明顯要小于力學(xué)方式。

(2) 體系的正常維護(hù)對固控設(shè)備的要求較高，現(xiàn)場需要盡可能多的運(yùn)轉(zhuǎn)固控設(shè)備。