塔中西部二疊系井壁失穩原因分析及對策

明瑞卿，張時中，王越之

(長江大學，湖北 武漢 430100)

?

塔中西部二疊系井壁失穩原因分析及對策

明瑞卿，張時中，王越之

(長江大學，湖北 武漢 430100)

在塔中西部鉆探過程中，多口井二疊系地層出現了不同程度的井壁失穩現象，嚴重影響了區塊鉆井時效和經濟效益。對塔中西部二疊系地層泥巖黏土礦物組分、掃描電鏡成像、泥巖理化性能及現場鉆井液體系使用情況進行研究，認為二疊系地層井壁失穩的重要原因是鉆井液體系的選擇失誤。對現場實際使用的4種鉆井液體系防塌性能和常用的抑制劑組合的性能進行了評價，優選了滿足塔中西部二疊系井壁穩定要求的KCL-聚合物鉆井液推薦配方。

井壁穩定；二疊系；鉆井液；巖石力學；塔中西部

引 言

1 二疊系井壁失穩原因分析

1.1 地層泥巖黏土礦物成分分析

針對塔中西部二疊系不穩定井段，選取ZG14-3h井3 576 m和ZG29井3 926 m處巖心，進行X射線衍射礦物成分分析(表1)。由表1可知，二疊系地層黏土礦物含量較高，為20%～40%，是該地層

表1 黏土礦物含量X射線衍射結果

發生井壁失穩的主要原因之一。同時，水敏性礦物伊(蒙)混層含量較高，相對含量在50%以上，易引起地層巖石水化分散，從而造成井壁坍塌[5-9]。在二開鉆進中，由于二疊系泥巖長時間浸泡在鉆井液中，極易發生井壁失穩現象。

1.2 掃描電鏡成像分析

選取ZG29井二疊系3 926 m處巖心進行電鏡掃描(圖1)。

由圖1可知，巖心中存在較大的微孔、晶間孔、層面縫與層理縫，在壓差作用下，這些裂縫是鉆井液漏失的主要通道，造成泥巖局部水化和剝落掉塊等問題，是導致二疊系井壁失穩的原因之一。

1.3 泥巖理化性能分析

利用NP-01線性膨脹儀，測定塔中西部二疊系地層鉆屑膨脹性滾動回收率(表2)。由表2可知，線性膨脹率為9.62%～13.74%，表現出較強的吸水膨脹性。此外，二疊系巖屑在清水中滾動回收率不足25%，表現出強分散性。

研究會以為國民經濟建設和經濟體制改革服務為目標，面向社會經濟系統工程問題，組織自然科學、工程技術工作者和哲學、社會科學工作者一道，創新和運用定量與定性相結合、人腦與電腦相結合等系統工程理論、方法，形成了一批科研成果，為推動政府、部門與企業決策的民主化、科學化、制度化提供智力支持，為科學決策貢獻了力量。

圖1 二疊系巖心電鏡掃描圖像

表2 鉆屑在自來水中的滾動回收率和線性膨脹率

1.4 現場鉆井液體系使用情況分析

如表3所示，現場在二疊系鉆進過程中使用的4種鉆井液體系發生井壁失穩的比例都較大。其中，僅KCl-聚合物鉆井液體系井壁失穩比例低于50%，使用CP全陽離子鉆井液體系發生井壁失穩比例高達100%。

表3 現場鉆井液使用情況對比

綜合以上分析，認為二疊系鉆井施工中鉆井液體系的選擇失誤是井壁失穩的重要原因。

2 鉆井液評價與分析

2.1 鉆井液體系防塌性評價

對塔中西部二疊系鉆井施工中實際使用的4種鉆井液體系進行鉆屑線性膨脹率和滾動回收率實驗(表4)。

表4 鉆屑在4種鉆井液中的線性膨脹率和滾動回收率

由表4可知，4種鉆井液中KCl-聚合物鉆屑線性膨脹率最低，防膨性最好，滾動回收率最高，其次為KCl-聚磺體系鉆井液，2種鉆井液對二疊系地層泥巖水化有相對較強的抑制性。

2.2 防塌抑制劑組合篩選

根據多元協調理論[10]，采用有機物抑制劑、無機鹽(KCl)和MMH正電膠(鋁鎂氫氧化物)復合，鉆井液抑制性會有較大提升。選取了5種有機物抑制劑(KPAM、IND、NMI-4、80A51、CPA)和KCl、MMH組成復合抑制劑。研究了復合抑制劑對鉆屑的線性膨脹性和滾動回收率(表5)。由表5可知，0.4%KPAM+3%KCL+2%MMH復合抑制劑膨脹率最低，防膨性最好。

表5 復合抑制劑對鉆屑的線性膨脹性和滾動回收率

2.3 二疊系防塌鉆井液優化配方

針對二疊系地層特點，根據采用多元協調理論，對鉆井液配方進行優化：4%膨潤土+0.2%NaOH+(0.6%～0.9%)KPAM+(0.5%～0.8%)HV-CMC+(1.5%～2.0%)Redul+(3%～4%)SMP-1+(3%～4%)JNJS-220 +(4%～5%)KCl+(2%～3%)PGSS-1+(2%～3%)TVRF-1+3%SY-A01+(3%～4%)FT-342+加重劑。

該鉆井液流變性、濾失性、潤滑性均滿足安全快速鉆井的要求(表6)，對二疊系地層泥巖水化有較強的抑制性，對高滲透性的巖心有較強封堵性，有效降低了濾液滲透，提高了井壁有效支撐應力。

表6 鉆井液基本性能(140℃，12h)

3 現場應用

推薦的鉆井液體系在塔中西部應用15井次，較鄰井的相同井段，機械鉆速平均提高了35%，現場井壁失穩比率平均降低了71%，大大改善了該區塊二疊系的鉆井工況。

以中古157井為例。中古157井二疊系地層為3 290 ～4 030 m。在二開井段使用推薦的鉆井液體系700 m3，排量為34 L/s，鉆井液密度為1.25 g/cm3。在二疊系鉆井過程中，未出現井壁失穩現象，平均機械鉆速達到了6.71 m/h。鄰井中古151井，在二疊系鉆井施工中，在3 300、3 570、3 893 m處出現了3次井壁失穩，平均機械鉆速僅為3.81 m/h。相比于鄰井中古151井，中古157井平均機械鉆速提高了42%，未出現井壁失穩，二疊系提速和防失穩效果明顯。

4 結 論

(1) 塔中西部二疊系地層鉆井施工中井壁失穩原因是：黏土礦物成分含量較高，極易水化分散和膨脹；地層砂泥巖混雜軟硬交錯；鉆井液體系選擇失誤。其中鉆井液體系選擇失誤是主要原因。

(2) 通過對現場鉆井液進行評價，優選了適合的抑制劑組合和防塌鉆井液配方。

(3) 通過抑制劑的多元復配，鉆井液抑制性明顯增強，有利于抑制地層泥巖水化，鉆井提速和防失穩效果顯著。

[1] 羅誠，吳婷，朱哲顯.硬脆性泥頁巖井壁穩定性研究[J].西部探礦工程，2013，25(6)：50-52.

[2] 路繼臣，唐衛國.大港油田深井井壁穩定問題[J].巖石力學與工程學報，2000，19(S0)：967-970.

[3] 蔚寶華，王治中，郭彬.泥頁巖地層井壁失穩理論研究及其進展[J].鉆采工藝，2007，30(3)：16-20.

[4] 徐康，于炳松.塔里木盆地巴楚一間房地區二疊系侵入巖特征及其對儲層的影響[J].油氣地質與采收率，2013，20(5)：48-51.

[5] 蔚寶華，譚強，鄧金根，等.渤海油田泥頁巖地層坍塌失穩機理分析[J].海洋石油，2013，33(2)：101-105.

[6] 賈善坡，冉小豐，王越之，等.變形多介質溫度-滲流-應力完全耦合模型及有限元分析[J].巖石力學與工程學報，2012，31(S1)：3547-3556.

[7] 徐同臺，沙東，王偉，等.埕海油田2區沙河街地層井壁失穩原因及對策[J].石油鉆探技術，2010，38(2)：49-53.

[8] 李玉偉，艾池，王志成，等.深井安全鉆井液密度窗口影響因素[J].油氣地質與采收率，2013，20(1)：107-110.

[9] 呂軍，鐘水清，劉若冰，等.鉆井液對井壁穩定性的影響研究[J].鉆采工藝，2006，29(3)：74-81.

[10] 邱正松，徐加防，呂開河，等.多元協同穩定井壁新理論[J].石油學報，2007，28(2)：117-119.

編輯 孟凡勤

20150211；改回日期：20150327

中國石油天然氣股份公司鉆井科研項目“塔中西部三疊系鉆頭泥包和二疊系井壁穩定技術研究”(121013050107)

明瑞卿(1989-)，男，2013年畢業于長江大學石油工程專業，現為該校油氣井工程專業在讀碩士研究生，主要從事鉆井工藝與技術研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.036

TE242

A

1006-6535(2015)03-0138-03