防塌钻井液技术在普光地区的应用分析.docx

中 外 能 源 ﹒ 59 ﹒ ﹒ 59 ﹒ 第 4 期 防塌钻非液技术在普光地区的应用分析 陈玉辉 1 ,谭梦琦 2 ,杜富荣2 (1.华北石油局工程处 ,河南 郑州 450006;2.华北石油局录井公司 ,河南 郑州 450006） 摘 要 普光地区钻井施工中易出现坍塌、掉块等井壁失稳现象 ,经过详细分析 ,其根本原因是地层的" 高陡" 和"破碎"。 针 对该区块的地层特点 ,提出了优选钻井液体系、确定合理的钻井液密度、强化封堵、在易塌层保证滤失量小于 4mL、 提高泥饼质量、保证钻井液黏度控制在 45~55s 以及钻井液具有合适的流变性等防塌技术措施 ,取得了较好的应用 效果 ,普光 2 井钻井周期比设计缩短了 30.33%,建井周期比设计缩短了 19.76%,平均机械钻速 2.31m/h, 比普光 1 井提高了 133.33%。 关键词 井壁失稳 高陡构造 地层破碎 防塌钻井液 滤失量 流变性 应用 1 前言 普光地区地质构造形态复杂、高陡构造多 ,地 层倾角大且上部地层小型褶皱较多。一般设计的目 的层三叠系飞仙关组、二叠系和石炭系 ,该区块上 部沙溪庙组、自流井组和须家河组地层厚 ,砂泥、页 岩互层频繁 ,地层倾角大 ,并且夹煤层 ,裂缝发育 , 断层交错。在钻遇这些井段时 , 由于构造应力的作 用 ,极易出现掉块、坍塌、遇阻遇卡等井下复杂情况 和事故 ,井眼稳定性差 , 已成为该地区深井钻探的 严重障碍。 2 井壁不稳定原因 根据在该区块的钻井实践和川东所钻井综合 分析可以发现 , 该区块垮塌主要层位是沙溪庙组、 自流井组和须家河组。 自流井组分为 4 段 , 自 1 段 和自 2 段最为严重。该区块井壁不稳定主要有以下 几个方面的原因 : 2.1 地质方面 上部沙溪庙— 自流井组地层厚 ,砂泥、页岩互 层频繁 ,沙溪庙易垮地层厚度在 1300-1700m 之间。 须家河组地层含有煤线、泥页岩易垮层。该构造陆 相地层储层类型较多 ,有孔隙型、微裂缝型、裂缝 型、孔隙-裂缝型 , 由于受沉积环境的影响 ,产层层 位极不稳定 ,压力差别较大 ,存在局部差异性 ,普遍 存在多产层、多压力系统、高压、高含硫以及地质构 造形态复杂、高陡构造多等多种复杂地质条件 ,而 且地层可钻性低、井眼稳定性差。地层破碎 ,层理裂 隙发育 ,岩体胶结较差 ,并且地层倾角较大 ,极个别 存在高陡构造的井 , 如普光 1 井的沙溪庙地层 ,地 层倾角达 54。,属于典型的力学不稳定地层。 2.2 钻井液与泥页岩间的相互作用 ① 自流井组、须家河组泥页岩黏土矿物绝对 含量不高 ,但其水化膨胀能力仍然较强。水化膨胀 使岩体本身强度降低 ,产生水化膨胀压 , 改变井眼 周围应力分布 ,诱发或加剧井壁不稳定。 ② 自流井组、须家河组泥页岩虽属硬脆性泥 页岩 ,但其层理裂隙发育 ,水容易因压差和毛细管 力的作用进人泥页岩 ,从而产生"湿裂"现象 ,使裂 缝变长、变宽 ,加上泥页岩水化产生的"推挤作用" 而产生崩散。 ③ 黏土与非黏土矿物水化能力差异大 , 各种 黏土矿物之间水化能力也存在大的差异 ,各晶层的 水化速度、膨胀程度不一致 ,容易发生"水楔作用", 导致岩石剥蚀、崩塌、掉块和工程划眼等。 ④ 自流井组、须家河组地层吸水后抗剪强度 和抗压强度会迅速降低 ,轴向抗压强度也会因含水 量的增加而降低 ,强度低的泥页岩容易失稳。 2.3 物理作用 ① 钻井液在压差的作用下逐渐进人泥页岩 , 作者简介 : 陈玉辉 , 工程师 , 1998 年毕业于石家庄经济学院地质 矿产勘察专业 ,现就职于中国石化华北石油局工程处。 中 外 能 源 2007年 第 12 2007年 第 12 卷 ﹒ 60 ﹒ 增大近井壁的孔隙压力 ,最终使钻井液柱压力与地 层孔隙压力相平衡 , 即钻井液的有效液柱压力支撑 作用将丧失 ,孔隙压力的改变会引起近井壁有效应 力状态的改变 ,从而影响井壁稳定性。 ② 自流井组、须家河组地层常夹有薄煤层或 煤线 ,煤层本身强度低、胶结差、易破碎 ,对当量钻 井液密度非常敏感 ,这就可能使煤层或煤线的失稳 成为井壁失稳的诱因。 ③ 该区块施工一般裸眼段长 ,施工周期长 ,起 下钻频繁 ,钻柱与井壁易发生机械碰撞 ,从而引发 井壁失稳。 ④ 钻井液的流变性及流态会对井壁稳定性产 生影响 ,特别是对破碎性地层的影响更为明显。钻 井液的流变性一方面影响环空当量钻井液密度 ,另 一方面也影响流态 ,钻井液的流态直接影响钻井液 液流对井壁冲刷作用的强弱。 2.4 工程方面的原因 钻井工程中的各种井下复杂情况是相互关联 的 ,井壁不稳定可能由下述工程方面的原因而诱发 或加剧。 2.4.1 井漏 海相碳酸盐地层垂直型、大