克拉瑪依油田水平井鉆井過程中井眼穩(wěn)定措施研究

李玥

摘 要：水平井因其能提高單井原油產(chǎn)量已經(jīng)在克拉瑪依油田得到了廣泛的推廣應(yīng)用。然而在該地區(qū)水平井鉆井過程中常會出現(xiàn)井壁井眼失穩(wěn)問題，如克拉瑪依九區(qū)淺層欠壓實地層井眼穩(wěn)定問題以及石西、莫北地區(qū)深部硬脆性泥巖剝蝕掉塊坍塌問題等，嚴(yán)重影響了鉆井時效，甚至出現(xiàn)鉆井事故?；诖?，為徹底解決井壁井眼失穩(wěn)問題，開展了井眼穩(wěn)定關(guān)鍵技術(shù)研究。本文針對克拉瑪依油田特殊的地質(zhì)構(gòu)造， 在分析了影響目的區(qū)塊水平井穩(wěn)定性的主要因素基礎(chǔ)上，提出了水平井鉆井過程中不同層段井眼井壁失穩(wěn)解決方案，取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：水平井鉆井；井眼穩(wěn)定措施；克拉瑪依油田

保持井壁井眼穩(wěn)定性是油氣鉆井工程中的主要問題之一，水平井鉆井過程中，由于鉆井液的物理、化學(xué)特性的影響、頁巖發(fā)生不同程度的水化現(xiàn)象，一方面地層中產(chǎn)生水化膨脹應(yīng)力；另一方面又削弱了井壁巖石的力學(xué)強度，由此導(dǎo)致了井壁失穩(wěn)的發(fā)生。造成井壁失穩(wěn)的原因很多，包括天然和人為的兩個方面，需要針對具體區(qū)塊情況展開分析，進而尋找合適的措施解決。

1 淺層欠壓實地層井眼穩(wěn)定問題

1.1 井壁失穩(wěn)的原因

以克拉瑪依九區(qū)稠油油藏為例，造成井壁失穩(wěn)的主要因素為力學(xué)因素和物理化學(xué)因素，力學(xué)因素是因為鉆遇地層埋深淺，地層欠壓實和膠結(jié)強度低；物理化學(xué)因素是因為砂泥巖互層，泥質(zhì)成分中粘土礦物成分主要以高嶺石和伊蒙混層礦物為主，這類地層屬于低活性、水化膨脹性弱、分散性強的地層。

1.2 技術(shù)應(yīng)對措施

1.2.1 確定合理的鉆井液密度

鉆井液使用密度應(yīng)保持對地層正壓差。

1.2.2 鉆井液物理化學(xué)性質(zhì)

①通過控制低的PH值來減弱泥質(zhì)成分中高嶺石、伊蒙混層的水化；使用封堵型鉆井液，控制鉆井液濾失量；②采用加入足量膠體瀝青的方法。膠體瀝青與稠油性質(zhì)基本一致，它能吸附在井壁上形成一層保護膜保護稠油不被溶解，能保持和提高井壁強度。

1.3 應(yīng)用效果

進行了十幾口井的現(xiàn)場應(yīng)用。造斜段及水平段鉆井液使用密度為1.15 g/cm3～1.20g/cm3，采用低固相聚合物暫堵體系，即加入膠體瀝青、WC-1、QCX-1作為封堵劑；實際施工過程中未發(fā)生與井眼穩(wěn)定相關(guān)的復(fù)雜情況。

2 深部硬脆性泥巖井眼穩(wěn)定問題

2.1 井壁失穩(wěn)的原因

以克拉瑪依石西、莫北、盆五等油田為例，這些油田水平井鉆井過程中井壁井眼失穩(wěn)機理主要有以下幾個方面：

2.1.1 地質(zhì)原因

這類泥頁巖地層主要位于中深部，在侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系均有分布，以弱膨脹性粘土礦物為主，主要成分是伊利石、伊/蒙混層和少量高嶺石、綠泥石。由于上覆地層的壓實作用，這類泥頁巖的顆粒排列定向程度明顯增加，微裂隙、層理發(fā)育。當(dāng)?shù)貙颖汇@開時，鉆井液濾液會沿層理和微裂隙滲入地層內(nèi)部，從而為粘土礦物的水化提供了條件。

2.2.2 鉆井液與泥頁巖間的相互作用

鉆井液濾液因達西流、毛細管作用、滲透等進入地層微縫隙和孔隙后，產(chǎn)生了如下作用：（a）對于含水敏性礦物較多的泥頁巖，水化作用造成巖石內(nèi)膨脹壓增加，使得巖石顆粒間膠結(jié)力減弱，巖石強度降低；（b）粘土與非粘土礦物水化能力差異大，并且各種粘土礦物之間水化能力也存在大的差異，由于這些差異的存在，使各晶層的水化速度、膨脹程度不一致，會使本身裂隙就發(fā)育的泥頁巖次生出更多的裂隙。導(dǎo)致巖石剝蝕、崩塌、掉塊。

2.2.3 物理作用

①鉆井液及濾液進入泥頁巖將增大地層孔隙壓力，對于層理裂隙發(fā)育的泥頁巖，鉆井液濾液會由于毛細管力及壓差等原因而進入泥頁巖，從而顯著改變地層孔隙壓力，誘發(fā)或加劇井壁不穩(wěn)定；②鉆柱對井壁的機械碰撞；③鉆井液液流對井壁的沖刷作用。

2.2 硬脆性泥巖井眼穩(wěn)定技術(shù)

2.2.1 技術(shù)思路

①使用合適的鉆井液密度取得力學(xué)穩(wěn)定，利用徑向支撐應(yīng)力穩(wěn)定井壁；②通過有效封堵和形成致密泥餅的方法來維持這個徑向支撐，同時，降低鉆井液濾液的侵入；③按照活度平衡理論，利用泥頁巖的半透膜效應(yīng)，提高鉆井液的礦化度，使鉆井液中的溶質(zhì)擴散進入泥頁巖，在粘土膠結(jié)物中進行交換，降低膨脹壓，保持泥頁巖強度。

2.2.2 技術(shù)措施

①使用合適的鉆井液密度，將鉆井液液柱壓力對地層的正壓差控制在一定的范圍內(nèi)。②強化封堵：（a）加足瀝青類處理劑，瀝青在井下溫度的作用下軟化變形，在井壁上形成多點吸附，起到物理封堵井壁巖石的作用，同時瀝青質(zhì)使泥餅憎水，加大了水分子進入地層的阻力；（b）在加入防塌劑的基礎(chǔ)上，加入超細目碳酸鈣作為架橋粒子與填充粒子，快速有效地形成致密、低滲透的泥餅。

2.3 應(yīng)用效果

在克拉瑪依油田30多口硬脆性剝蝕掉塊泥頁巖地層的深井水平井鉆井，通過采取上述措施，很好地控制了硬脆性泥頁巖的坍塌，保證了水平井安全鉆成。

3 結(jié)語

井壁井眼穩(wěn)定性問題是力學(xué)和石油鉆井工程相結(jié)合的一個典型問題，隨著油田水平井技術(shù)的發(fā)展，井眼穩(wěn)定性問題就變得日益突出，克拉瑪依油田水平井鉆井是根據(jù)水平井鉆井的實際需求，通過對水平井鉆井液體系、井眼穩(wěn)定等關(guān)鍵技術(shù)開展研究，形成了比較成熟配套的水平井鉆井井眼穩(wěn)定控制技術(shù)，滿足了水平井鉆井需要。

參考文獻：

[1]文進.克拉瑪依油田淺層水平井技術(shù)運用[J].西部探礦工程，2015（8）.