新疆哈山區塊氣液轉換井壁穩定技術研究與應用

李蕾 王俊

摘 要：針對新疆準噶爾盆地哈山區塊空氣鉆井結束轉換為鉆井液鉆井后易出現井壁坍塌、掉塊等井壁失穩難題以及測井遇阻、卡鉆等井下復雜情況，研究了氣液轉換井壁穩定技術。分析了該地區氣液轉換過程中井壁失穩的原因，采用化學抑制加強封堵屏蔽暫堵技術，抑制泥頁巖水化膨脹的同時增強防塌作用，從而保持井壁穩定。應用結果表明，該氣液轉換井壁穩定技術能減少氣液轉換過程中由于井壁失穩造成的井下復雜情況，提高井眼質量。

關鍵詞：哈山區塊;空氣鉆井;氣液轉換;井壁失穩

由于新疆準噶爾盆地哈山區塊深部地層的二疊系和石炭系火成巖地層機械鉆速極低，且山前構造地層傾角高達60～70°，井斜難以控制，為了提高該地區的勘探開發速度，在火成巖地層廣泛應用了空氣鉆井技術，使用空氣鉆井的機械鉆速可提高3～8倍。但在空氣鉆井結束轉換成常規鉆井液時，由于各種原因，影響了空氣鉆井的實際應用效果[2]。因此，氣液轉換井壁穩定技術成為新疆準噶爾盆地安全順利鉆進的關鍵。

1氣液轉換井壁失穩原因分析

1.1 地質因素分析

哈山區塊位于準噶爾盆地中石化北緣1區塊西南端，構造上屬于準噶爾盆地和什托洛蓋盆地結合部，處于哈德構造帶的西段[3]。該區塊三疊系、二疊系和石炭系為主要目的層，二疊系地層穩定性差;石炭系頂部可鉆性差，火山巖段地層厚且裂縫發育，易發生井漏。

1.2 工程因素分析

空氣鉆井過程中，井筒內氣柱壓力低于地層壓力，處于欠平衡狀態，伴隨著空氣錘和鉆具的震動，易在井壁周圍產生微裂縫或誘導裂縫。當空氣鉆井結束，替入常規鉆井液后，井筒內的液柱壓力突然提高，大量濾液迅速地進入地層，由于水力劈尖作用加速了地層誘導裂縫的延伸，導致井漏等復雜情況。

2氣液轉換井壁穩定技術

2.1 潤濕反轉前置液技術

在空氣鉆井替入常規鉆井液前先注入一段潤濕反轉隔離前置液，對井壁進行涂敷預處理，通過改變井壁粘土表面的帶電性質從而改變地層巖石表面的潤濕特性，即由親水變為疏水，降低地層的吸水滲透性，防止井筒出現垮塌掉塊，提高氣液轉換過程中井壁的穩定性。

2.2 強抑制封堵防塌鉆井液體系研究

針對準噶爾盆地中生界地層特點，研制出氣液轉換井壁穩定技術強抑制封堵防塌鉆井液體系配方：（3.0～4.0）%膨潤土+（0.1～0.2）%純堿+（0.3～0.6）%聚丙烯鉀鹽+（0.2～0.5）%LV-CMC +（0.2～0.3）%磺酸鹽降濾失劑+（2～3）%抗高溫抗鹽防塌降濾失劑+（1～2）%有機胺+（2～3）%瀝青類防塌劑+（0.5～1.0）%聚合銨鹽+（3～4）%SMP +1%雙膜承壓劑。

2.2.1抑制性能

（1）膨潤土塊浸泡實驗

使用新疆一八四團原始膨潤土烘干后，放入強抑制封堵防塌鉆井液中浸泡48h后，觀察其外形和內部吸水情況，浸泡48h后，土塊的外形棱角邊緣完好，內部干燥，說明膨潤土的吸水量少，該體系能有效抑制粘土的水化膨脹作用，防止地層粘土的水化膨脹及分散，有利于井壁穩定，且能夠有效地保護儲層。

（2）頁巖膨脹實驗

對巖樣在清水、10%KCl溶液和強抑制封堵防塌鉆井液中的9h頁巖膨脹高度隨pH值變化進行對比實驗，由實驗可知，隨著pH值的升高，強抑制封堵防塌鉆井液的抑制性降低，在pH值<11時具有極強的抑制性;強抑制封堵鉆井液的抑制能力大于10%的KCl溶液。

（3）頁巖滾動分散回收率實驗

對3-5mm頁巖巖樣在不同體系中的回收率進行對比實驗，由實驗結果可知，強抑制封堵防塌鉆井液的頁巖滾動回收率較高，優于普通聚磺鉆井液及MMH正電膠聚合物鉆井液體系，其抑制能力更強

2.2.2 造壁性能

對不同密度的強抑制封堵防塌鉆井液形成的泥餅的滲透率進行測試，由測試結果可知，強抑制封堵防塌鉆井液形成的泥餅結構致密，滲透率低，同基漿相比有效降低泥餅滲透率65.6%以上，且抗溫性能好，150℃老化后泥餅滲透率降低率高達64.4%;隨著鉆井液密度的增加，所得到的泥餅的滲透率呈增大的趨勢。

2.2.3油氣層保護效果評價

實驗結果表明，強抑制封堵防塌鉆井液體系巖心的滲透率恢復值很高，通過多元復合作用可起到非常理想的油氣層保護效果，且該鉆井液體系保護油氣層效果接近或能達到油基鉆井液的保護油氣層的水平。

3哈3井氣液轉換現場施工

3.1 哈3井基本概況

哈山3井是中國石化勝利油田新疆勘探項目部在準噶爾盆地西部隆起哈山山前構造帶外來推覆體哈山3構造較高部位部署的一口預探井，二開設計使用φ311.2mm三牙輪鉆頭空氣鉆由702m鉆進至井深1626m，后轉換為常規鉆井液。氣液轉換技術難點主要為二開鉆遇石炭系地層，石炭系凝灰巖裂縫發育，微裂縫很多，易漏失;且泥巖硬脆易掉塊，還含有火山角礫巖，松散易掉塊，物性復雜;氣體鉆井裸眼段長，地層不穩定，給氣液轉換帶來一定風險。

3.2 哈3井氣液轉換施工過程

本井從702m至1626m使用空氣鉆井，因地層出水，空氣鉆井需轉換成常規鉆井液鉆進。

（1）為了保證井下安全，避免對井下造成過大壓力導致復雜，鉆至1626m采用下光鉆桿分段低排量替入鉆井液。

（2）配制15 m3潤濕反轉前置液，下入光鉆桿離井底10m，直接泵入該潤濕反轉前置液。

（3）為防止地層坍塌和掉塊聚集，避免劃眼或減少劃眼的難度，配置80m3的高粘度防塌抑制性能和懸浮攜帶能力強的墊底漿，光鉆桿離井底150m替漿，先替入墊底漿。

（4）配制400 m3封堵能力和造壁能力強的強抑制封堵防塌鉆井液，分階段起鉆200-500m，每次注入50-80m3強抑制封堵鉆井液，逐步把裸眼替滿水基鉆井液。

（5）下鉆至井底應循環2～3周，并進行短程起下鉆，驗證井底沉砂情況，情況正常后再進行下一步作業。轉換時小排量、低返速的注入鉆井液，排量控制在10-25L/s，逐步注入所需的鉆井液量。

（6）關半封、拆排砂管線、卸下旋轉防噴器、裝喇叭口和出水管線、換方鉆桿后下入光鉆鋌鉆具組合順利到井底。

在新疆哈山區塊前期鉆井技術資料分析、室內試驗和現場應用的基礎上，進一步規范了氣液轉換井壁穩定技術及施工措施，且先后在哈山區塊的紅1井及哈深2井等井進行了現場應用，均順利完成氣液轉換施工，有效減少了井下復雜情況的發生，降低了作業風險，取得了良好的應用效果。

4結論與建議

（1）針對新疆哈山區塊空氣鉆井轉換鉆井液施工要求，及對該地區氣液轉換過程中井壁失穩原因分析的基礎上，研究了氣液轉換井壁穩定技術，包括潤濕反轉隔離前置液及強抑制封堵防塌鉆井液體系，并確定其配方。

（2）室內評價實驗表明，研究的潤濕反轉隔離前置液能顯著提高強水敏性地層的泥頁巖滾動回收率，抑制泥頁巖水化膨脹作用，與常用的鉆井液體系具有良好的配伍性;研究的強抑制封堵防塌鉆井液具有良好的抑制性能，頁巖滾動相對回收率達到93%，良好的造壁性能和流變性能，良好的抗巖屑污染能力以及油氣層保護效果。

（3）氣液轉換技術在哈3井、紅1井及哈深2井等井現場應用效果良好，在鉆井液轉換過程中井壁穩定，無坍塌掉塊現象，有效避免了由于井壁失穩帶來的復雜情況，為該地區氣液轉換施工積累了經驗。

（4）建議氣液轉換施工前認真分析鉆井設計對鉆井液的要求，嚴格控制好替入鉆井液密度，做好壓井和防漏堵漏工作;恢復正常施工后嚴禁向鉆井液中直接加水，根據井下的需要和實際情況使用流型調節劑調整鉆井液流變性能。

參考文獻：

[1]王國防.氣體鉆井在西部火成巖鉆探提速應用探索[J].科技與企業，2014，（02）：195.