易破碎漏失地層鉆井技術難點與對策分析

王浩

摘要：破碎地層鉆探一直是令鉆探同行頭痛的難題。在大段泥巖段鉆井鉆頭被泥包;部分地層層理發育，易發生力學坍塌，上部裸眼井段垮塌，出現卡鉆;裂縫發育較好，地層連通性強，易發生井下漏失;在蠕變地層鉆井易造成井徑擴大;泥巖污染，同時提出了鉆井液維護處理存在的難題以及解決措施。根據鉆井遇到的復雜情況進行分析和實踐應用，對水基鉆井液配方進行優化，加深對地層的認識，盡可能在鉆井設計時更有針對性地提出建議與措施，減小復雜情況出現的頻率，為優質、高效、低成本的鉆井提供一定技術參考。

關鍵詞：破碎漏失;蠕變地層;井徑擴大;井壁失穩;井下漏失;鉆井液

國內外文獻討論和研究較多的是水平段鉆井過程中工程復雜、技術措施以及鉆井液配方的優化和應用情況，對進入水平段之前上部井段復雜情況分析和研究較少。本文主要闡述了鉆井過程頻繁出現的復雜情況：大段泥巖段經常出現鉆頭泥包現象;部分地層層理發育，易發生力學坍塌，上部裸眼井段垮塌，出現卡鉆;裂縫發育較好，地層連通性強，易發生井下漏失;蠕變地層鉆井造成井徑擴大;泥巖污染。對以上情況進行實例分析，同時從鉆井液方面提出了預防及解決措施，減少因鉆井液維護處理不當而引起的復雜情況，為鉆井盡可能地減少復雜，為優質、高效、低成本鉆井提供技術參考。

1.工程概況

根據區塊多平臺已鉆井實際情況，在鉆井過程中時常出現鉆頭泥包、卡鉆、井壁垮塌、井下漏失、井徑擴大、泥巖污染等復雜情況，這與地層變化情況、鉆井工程參數、鉆井液維護處理情況均有一定關系，導致了鉆井難度的增加，延長了鉆井周期，增加了鉆井成本，

2.井下復雜風險分析與對策

鉆井過程中復雜情況可歸為井壁失穩、井下漏失以及鉆井液污染3大類。1）鉆頭泥包。在泥巖段鉆井過程中，若鉆井液抑制能力弱，流變性差，快速鉆進時易發生鉆頭泥包現象。2）卡鉆。在鉆井過程中發生較多的是井塌卡鉆、壓差卡鉆和砂橋卡鉆，卡鉆程度各異，輕微的卡鉆可通過主動劃眼的方式解決掉，嚴重時易造成井眼報廢、填井側鉆。A井使用聚合物鉆井液復合鉆進至井深1769.90m，上下拉劃井壁，發現懸重770↑870kN，遇卡100kN，扭矩8.9↑17.0kN·m，采用循環間斷上提下放活動鉆具，出口返出大量掉塊，未解卡，之后采用泡酸的方式解卡。A井用密度1.30g/cm鉆井液鉆至井深3447.17m上提鉆具時遇卡，經處理未解卡，自井深2150m側鉆。3）井壁垮塌。上部為灰黑色頁巖、黑色碳質頁巖以及泥巖;而古生界的鋁土質泥頁巖為裂縫、層理發育地層，易垮塌，鉆進中鉆具碰撞、鉆井液沖刷也易引發掉塊垮塌。特別是在同一裸眼井段不同地層壓力系數下，當鉆井液密度控制不好波動范圍大，就容易發生井壁失穩出現井壁垮塌。如地層壓力系數發生變化，平臺井中多次在該段發生垮塌，返出掉塊尺寸大、數量多，上提密度均未能很好得以解決。4）井下漏失。各層系均發生過井下漏失，且地理位置不同，漏失情況各異。地層部分位于構造的主體部位，漏失通道以溶洞和大裂縫為主，開啟性裂縫和承壓能力較低是地層漏失的主要特點。漏失類型為裂縫性漏失和溶洞性漏失，漏失通道以溶蝕孔洞、大裂縫為主。惡性漏失和大溶洞置換性漏失、堵漏難度大是飛仙關組地層漏失的主要特點。易漏層段在某些鉆井區塊屬于裂縫性漏失，過提高鉆井液密度又易導致下部井段井漏，是一個鉆井對立難題。5）井徑擴大。長寧地區嘉陵江組地層垂厚約500～550m，特別是石膏、石膏夾膏質云巖為主，具有明顯的塑性蠕變能力。采用聚合物鉆井液、聚合物無固相鉆井液在該地層鉆進時，井眼直徑變大，易形成大肚子，巖屑返出率低，鉆進過程中易造成卡鉆，起鉆作業時易造成下鉆遇阻。平臺兩口井測井數據表明，在井深778～891m的地層鉆井過程中，井眼擴大率較大，部分井段出現大肚子，起下鉆阻卡嚴重。6）泥巖污染。區塊主要泥巖段，在鉆進過程中，泥頁巖會發生水化滲透現象，井壁與鉆井液接觸后吸水膨脹、分散，該段平均鉆時為2～3min/m，巖屑返出量大，若鉆井液抑制能力差，很容易水化造漿，導致鉆井液膨潤土含量迅速上升，膨潤土含量增加，引起鉆井液的表觀黏度、塑性黏度、切力上漲，濾失量增加，攜巖能力差，同時嚴重時導致鉆井泵壓上漲，影響鉆井施工。

3.鉆井液技術難點及對策

根據以上所述工程地質特點，在鉆進過程中的鉆井液維護處理具有以下施工難點。①鉆井易造成鉆井液石膏污染，井眼尺寸擴大，因裂縫發育井下漏失的可能性較大。②大段泥巖鉆進，易造成鉆井液巖屑污染，黏度和切力、濾失量難以控制，同時具有鉆頭泥包，井壁失穩，卡鉆等風險，層二段～一段裂縫發育較好，井漏次數較頻繁，堵漏成功率低。③層理發育地層易發生區域垮塌，有卡鉆風險，鉆井液流變性及濾失量難以控制。④地層含硫化氫，地層壓力系數變化，存在井壁失穩、防硫、防噴、防漏等技術難題。1）地層鉆進可加入磺化類處理劑，提高鉆井液的抗膏鹽污染能力，保證鉆井液性能的穩定。提前對鉆井液進行預處理，在體系中加入一定量的Ca0，保持鉆井液中Ca+含量為300-400mg/L，利用“同離子”效應，盡可能減小石膏層在鉆井液浸泡時發生溶解，避免對鉆井液性能造成不利影響。使用化學處理劑，即純堿或者小蘇打。鈣侵發生后，pH值在可控范圍內一般使用純堿進行處理，如果pH值較高可使用小蘇打，Ca+OH+HCO—CaCO+HO。將井漿提前轉化為KCl聚合物鉆井液鉆進，維持體系中大分子包被劑的濃度在一定范圍內，提高鉆井液的抑制能力。2）大段泥巖段鉆進時，保證體系中KC1的加量在7%以上含量為30000mg/L左右，保持足夠的抑制能力，防止地層的水化膨脹、垮塌。加入封堵類處理劑，如瀝青，提高井壁穩定性。為防止泥巖分散膨脹，控制劣質土相含量，采用聚合物強包被抑制劑與KCl結合使用，抑制地層的水化膨脹，防止垮塌。利用PAC-LV控制鉆井液濾失量，提高泥餅的致密性和韌性，保持井眼穩定。控制好鉆井液的pH值為8.0-9.0，過高的pH值會促進泥巖水化分散。嚴格使用固控設備，振動篩、一體機、離心機，保證鉆井液達到凈化要求。3）要預防井壁失穩，①控制好鉆井液密度，在井下正常的情況下盡量走設計高限，通過鉆井液的液柱壓力支撐井壁，平衡地層應力，避免地應力釋放造成井壁失穩、導致井壁垮塌;②鉆進該層位之前加入防塌類鉆井液處理劑如：瀝青、超細鈣等，改善泥餅質量;4）要預防井壁失穩，使用低濾失量、高礦化度和適當粘度的防塌鉆井液，在破碎易塌地層適當提高鉆井液密度;避免鉆頭泥包和抽吸作用引起的井壁坍塌。卡鉆的預防措施主要是調節好鉆井液性能，提高鉆井液的潤滑性能，降低泥餅的茹附系數，有效防止壓差卡鉆。

根據以上不同地層復雜情況，由鉆井現場多口井實踐推薦鉆井液優化配方如下：（3%-4%）膨潤土漿+（0.1%-0.2%）NaOH+（0.2%-0.5%）聚合物包被抑制劑+（0.2%-0.4%）流型控制劑+（3%-4%）磺化類處理劑+（1.0%-1.5%）聚合物降濾失劑+（5%-7%）無機鹽抑制劑+（l%-3%）胺基抑制劑+（2%-4%）防塌潤滑劑+（0.3%-0.5%）CaO+（0.5%-1%）除硫劑+重晶石。

參考文獻：

[1]陳勉，金衍;深井井壁穩定技術研究進展與發展趨勢[J];石油鉆探技術;2005年05期

[2]王建華;油田鹽膏層鉆井技術[J];探礦工程（巖土鉆掘工程）;2005年04期