王靜

摘要：方正斷陷位于依-舒地塹的中北段，該地區(qū)井壁穩(wěn)定性差，井徑擴(kuò)大率超標(biāo)問題較為突出，易發(fā)塌塊卡鉆事故。通過對(duì)施工井的統(tǒng)計(jì)，并對(duì)易坍塌層位的礦物進(jìn)行分析，結(jié)果表明：該地區(qū)硬脆泥巖發(fā)育，砂泥巖互層，深層粘土礦物以高嶺石為主，伴伊蒙混層，礦物膨脹率低，現(xiàn)場取芯觀察微裂隙、層理發(fā)育。泥頁巖吸水膨脹改變了井眼周圍的應(yīng)力分布，加劇了應(yīng)力分布的不均衡[1]。而且由于吸水使泥頁巖的力學(xué)性能參數(shù)發(fā)生了變化，強(qiáng)度降低，彈性模量減少，泊松比增大等，這就使得泥頁巖地層的井壁穩(wěn)定問題更加嚴(yán)重。在鉆井過程中，保障鉆井液的抑制能力同時(shí)，快速、有效、致密的封堵地層孔隙，減少鉆井液侵入深度，是控制硬脆泥巖垮塌的有效途徑。施工中采用“剛性粒子架橋+柔性粒子填充+慮失控制”方案，形成封堵鉆井液配方，通過現(xiàn)場應(yīng)用，多口井施工井平均井徑擴(kuò)大率控制在9%以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：方正斷陷；硬脆泥頁巖；鉆井液；封堵

井壁穩(wěn)定問題是一個(gè)長期困擾石油工程的重大技術(shù)難題，在全世界范圍內(nèi)廣泛存在，我國各油田也都不同程度地存在，井塌大多發(fā)生在泥頁巖地層中，約占90%以上[2]。對(duì)于鉆井來說，井壁失穩(wěn)會(huì)造成井下復(fù)雜情況，影響鉆井施工進(jìn)度，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致井眼報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。方正斷陷井壁失穩(wěn)情況較為普遍，2010年以來，16口井中有8口井井徑超標(biāo)嚴(yán)重，尤其是寶泉嶺組、新安村+烏云組井段穩(wěn)定性更差。

1、方正斷陷井壁失穩(wěn)原因分析

1.1上部地層膠結(jié)性差。方正斷陷寶二段中部以上地層，普遍分布一套水進(jìn)期的碎屑沉積，疏松砂質(zhì)礫巖膠結(jié)差。

1.2深部非膨脹性粘土礦物發(fā)育。大慶油田勘探開發(fā)研究院應(yīng)用X一衍射儀對(duì)F6井進(jìn)行了粘土礦物定量檢驗(yàn)[3]。方正斷陷深部地層粘土礦物以高嶺石為主，夾少量伊蒙混層，是典型的非膨脹性粘土礦物。F6井深部地層巖石線性膨脹率在0. 5%-0.9%之間幾乎不膨脹；地層巖石滾動(dòng)回收率在89.4%-92.1%之間，分散性較弱，水化膨脹率低，巖屑回收率高。

1.3巖性硬脆且微裂隙、層理發(fā)育。通過鉆井取心觀察，巖心微裂隙、層理發(fā)育，硬脆，易破碎。

2.4存在地應(yīng)力集中，橢圓井眼

由F23井、F2井四臂井徑圖可見，井眼呈明顯橢圓狀，證明方正地區(qū)存在應(yīng)力集中問題，也是影響井眼擴(kuò)大率偏大的因素。

2.5工程因素影響。

某井寶一段（2368-3102米）實(shí)鉆巖性中較為連續(xù)泥巖砂巖互層，但在使用動(dòng)力鉆具后井徑擴(kuò)大率增大明顯。更換常規(guī)鉆頭后，井徑有明顯變小的趨勢，3700左右井徑擴(kuò)大率曲線有個(gè)明顯的尖峰，分析原因?yàn)?702-3718米多段實(shí)鉆煤層發(fā)育。認(rèn)為，動(dòng)力鉆具的震動(dòng)對(duì)井徑擴(kuò)大率影響較大。

2、封堵劑材料優(yōu)選

2.1封堵材料優(yōu)選

根據(jù)防塌封堵作用原理：微裂縫、層理是鉆井液侵入地層的主要通道，對(duì)井壁穩(wěn)定產(chǎn)生直接影響。依據(jù)硬脆微裂縫地層特征和防塌封堵作用原理分析，認(rèn)為硬脆泥巖宏觀裂縫、微觀裂紋、層理都較發(fā)育，微裂紋開度可達(dá)5μm以上[6]，因此鉆井液封堵劑應(yīng)該具有下特點(diǎn)：在一定條件下具有變軟變形的特性；封堵劑粒子的平均粒度應(yīng)小于50 ，最好在3-10 ；封堵劑本身必須是不溶或微溶于水，主要是分散而不是溶于水中。

優(yōu)選各種處理劑優(yōu)選評(píng)價(jià)高溫高壓慮失量評(píng)級(jí)不同封堵材料的，封堵能力。應(yīng)用5%膨潤土漿為基漿做對(duì)比樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明剛性粒子非滲透封堵效果最好；瀝青材料熒光級(jí)別高，不適合探井施工，柔性粒子中優(yōu)選白瀝青DWF-1。綜合考慮封堵材料對(duì)鉆井液的性能的整體影響，應(yīng)用3%的非滲透封堵劑+2%白白瀝青組合

2.3封堵鉆井液配方

在方正應(yīng)用多年的聚合物鉆井液體系基礎(chǔ)上改進(jìn)為封堵鉆井液配方：

膨潤土7-10%+WYDZ-1 0.3%+HX-D 0.3%+非滲透3%+白瀝青DWF-1 2%+HPAN 1%+JS-Ⅰ1%+SF260 1% +（PAC0.3%）。

2.4封堵鉆井液性能評(píng)價(jià)

2.4.1砂層封堵性能評(píng)價(jià)

應(yīng)用中壓可視中壓砂床濾失儀，評(píng)價(jià)封堵鉆井液體系的封堵能力，

封堵鉆井液體系封堵砂層的相比常規(guī)聚合物鉆井液體系效果較優(yōu)，對(duì)40-60目砂和20-40目砂的侵入深度均小于10cm，封堵鉆井液體系具有較強(qiáng)的封堵砂層的能力。

2.4.2封堵強(qiáng)度評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

取不同滲透率的人造巖芯，用封堵鉆井液體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過測定不同驅(qū)替壓力下的滲透率評(píng)價(jià)封堵強(qiáng)度，隨驅(qū)替壓力的增大，巖心的滲透率逐漸降低，當(dāng)驅(qū)替壓力達(dá)到9MPa時(shí)，巖芯的滲透率接近或等于零，也就是說，當(dāng)壓力為9MPa時(shí)，未見滲透率突然增加，說明封堵帶并沒有受到破壞，在不同滲透率巖心上形成的封堵帶至少能承受9MPa的壓力。

3、封堵鉆井液體現(xiàn)場應(yīng)用

針對(duì)方正斷陷的地層特點(diǎn)。寶二段提高鉆井液有效粘度，增加固相含量，提高鉆井液密度，減少上部弱膠結(jié)地層沖蝕、垮塌失穩(wěn)問題，；寶一段以后降低鉆井液的觸變性，減少壓力激動(dòng)帶來復(fù)雜問題，轉(zhuǎn)化為封堵鉆井液體系。

3.1現(xiàn)場處理維護(hù)方案

（1）寶一段以上地層鉆進(jìn)中，主要以0.3～0.5%wydz-1的和復(fù)合銨鹽1～2%的水溶液交替維護(hù)，每鉆進(jìn)200米補(bǔ)加50kg預(yù)水化膨潤土漿，配置鉆井液補(bǔ)充新漿。

（2）寶一段以下鉆進(jìn)密度執(zhí)行設(shè)計(jì)上限，將鉀鹽共聚物鉆井液轉(zhuǎn)化封堵鉆井液。

（3）在進(jìn)入寶一段，調(diào)整性能，降低鉆井液劣質(zhì)固相含量和粘度；在寶一段前50米在循環(huán)罐中一次補(bǔ)加3%的超鈣+2%白瀝青。

（4）震動(dòng)篩使用時(shí)間占總循環(huán)時(shí)間100%；加重前離心機(jī)使用時(shí)間占總循環(huán)時(shí)間80%以上；

（5）每鉆進(jìn)400米定期倒換新漿50方，豐富鉆井液固相顆粒級(jí)配。

3.2現(xiàn)場應(yīng)用效果

4、認(rèn)識(shí)與建議

（1）硬脆泥巖，在鉆井液抑制能力的基礎(chǔ)上，鉆井液能夠快速、有效、致密得封堵巖石的微裂隙層，減少鉆井液液相對(duì)地層力學(xué)參數(shù)的影響，是有效的解決硬脆泥巖井壁失穩(wěn)得手段。

（2）硬脆泥巖井段的井壁穩(wěn)定問題，是各因素多方作用的結(jié)果，鉆井工具的選擇、參數(shù)的選擇對(duì)硬脆泥巖井壁穩(wěn)定影響明顯。

（3）封堵工藝的探索，就各鉆井液體系的應(yīng)用情況來看，針對(duì)脆性地層，就鉆井液方面核心是封堵，封堵材料的選擇，可以在主動(dòng)承壓封堵，提高封堵層的封堵效果，提高地層的穩(wěn)定能力。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣祖軍 郭新江 王希勇 主編《天然氣深井超深井鉆井技術(shù)》 中國石化出版社 2011

[2]鄢捷年主編《鉆井液工藝學(xué)》中國石油大學(xué)出版社 2001

[3]沈守文，沈明道，梁大川，等.泥頁巖的 X 射線衍射定向指數(shù)與理化性能及井壁穩(wěn)定的關(guān)系[J].沉積學(xué)報(bào)，2003

[4]鄧金根 程遠(yuǎn)方 陳勉 蔚寶華 編《井壁穩(wěn)定預(yù)測技術(shù)》石油工業(yè)出版社 2003

[5]趙維超 《硬脆性頁巖井壁穩(wěn)定性影響因素研究》西南石油大學(xué) 2014

（作者單位：大慶鉆探鉆井一公司）