新疆哈山區(qū)塊氣液轉(zhuǎn)換井壁穩(wěn)定技術(shù)研究與應(yīng)用

李蕾 王俊

摘 要：針對(duì)新疆準(zhǔn)噶爾盆地哈山區(qū)塊空氣鉆井結(jié)束轉(zhuǎn)換為鉆井液鉆井后易出現(xiàn)井壁坍塌、掉塊等井壁失穩(wěn)難題以及測(cè)井遇阻、卡鉆等井下復(fù)雜情況，研究了氣液轉(zhuǎn)換井壁穩(wěn)定技術(shù)。分析了該地區(qū)氣液轉(zhuǎn)換過(guò)程中井壁失穩(wěn)的原因，采用化學(xué)抑制加強(qiáng)封堵屏蔽暫堵技術(shù)，抑制泥頁(yè)巖水化膨脹的同時(shí)增強(qiáng)防塌作用，從而保持井壁穩(wěn)定。應(yīng)用結(jié)果表明，該氣液轉(zhuǎn)換井壁穩(wěn)定技術(shù)能減少氣液轉(zhuǎn)換過(guò)程中由于井壁失穩(wěn)造成的井下復(fù)雜情況，提高井眼質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：哈山區(qū)塊;空氣鉆井;氣液轉(zhuǎn)換;井壁失穩(wěn)

由于新疆準(zhǔn)噶爾盆地哈山區(qū)塊深部地層的二疊系和石炭系火成巖地層機(jī)械鉆速極低，且山前構(gòu)造地層傾角高達(dá)60～70°，井斜難以控制，為了提高該地區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)速度，在火成巖地層廣泛應(yīng)用了空氣鉆井技術(shù)，使用空氣鉆井的機(jī)械鉆速可提高3～8倍。但在空氣鉆井結(jié)束轉(zhuǎn)換成常規(guī)鉆井液時(shí)，由于各種原因，影響了空氣鉆井的實(shí)際應(yīng)用效果[2]。因此，氣液轉(zhuǎn)換井壁穩(wěn)定技術(shù)成為新疆準(zhǔn)噶爾盆地安全順利鉆進(jìn)的關(guān)鍵。

1氣液轉(zhuǎn)換井壁失穩(wěn)原因分析

1.1 地質(zhì)因素分析

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

1.2 工程因素分析

空氣鉆井過(guò)程中，井筒內(nèi)氣柱壓力低于地層壓力，處于欠平衡狀態(tài)，伴隨著空氣錘和鉆具的震動(dòng)，易在井壁周圍產(chǎn)生微裂縫或誘導(dǎo)裂縫。當(dāng)空氣鉆井結(jié)束，替入常規(guī)鉆井液后，井筒內(nèi)的液柱壓力突然提高，大量濾液迅速地進(jìn)入地層，由于水力劈尖作用加速了地層誘導(dǎo)裂縫的延伸，導(dǎo)致井漏等復(fù)雜情況。

2氣液轉(zhuǎn)換井壁穩(wěn)定技術(shù)

2.1 潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)前置液技術(shù)

在空氣鉆井替入常規(guī)鉆井液前先注入一段潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)隔離前置液，對(duì)井壁進(jìn)行涂敷預(yù)處理，通過(guò)改變井壁粘土表面的帶電性質(zhì)從而改變地層巖石表面的潤(rùn)濕特性，即由親水變?yōu)槭杷档偷貙拥奈疂B透性，防止井筒出現(xiàn)垮塌掉塊，提高氣液轉(zhuǎn)換過(guò)程中井壁的穩(wěn)定性。

2.2 強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系研究

針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地中生界地層特點(diǎn)，研制出氣液轉(zhuǎn)換井壁穩(wěn)定技術(shù)強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系配方：（3.0～4.0）%膨潤(rùn)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(jī)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(rùn)土塊浸泡實(shí)驗(yàn)

使用新疆一八四團(tuán)原始膨潤(rùn)土烘干后，放入強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液中浸泡48h后，觀察其外形和內(nèi)部吸水情況，浸泡48h后，土塊的外形棱角邊緣完好，內(nèi)部干燥，說(shuō)明膨潤(rùn)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(wěn)定，且能夠有效地保護(hù)儲(chǔ)層。

（2）頁(yè)巖膨脹實(shí)驗(yàn)

對(duì)巖樣在清水、10%KCl溶液和強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液中的9h頁(yè)巖膨脹高度隨pH值變化進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)可知，隨著pH值的升高，強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液的抑制性降低，在pH值<11時(shí)具有極強(qiáng)的抑制性;強(qiáng)抑制封堵鉆井液的抑制能力大于10%的KCl溶液。

（3）頁(yè)巖滾動(dòng)分散回收率實(shí)驗(yàn)

對(duì)3-5mm頁(yè)巖巖樣在不同體系中的回收率進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液的頁(yè)巖滾動(dòng)回收率較高，優(yōu)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(qiáng)

2.2.2 造壁性能

對(duì)不同密度的強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液形成的泥餅的滲透率進(jìn)行測(cè)試，由測(cè)試結(jié)果可知，強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液形成的泥餅結(jié)構(gòu)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(dá)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(shì)。

2.2.3油氣層保護(hù)效果評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系巖心的滲透率恢復(fù)值很高，通過(guò)多元復(fù)合作用可起到非常理想的油氣層保護(hù)效果，且該鉆井液體系保護(hù)油氣層效果接近或能達(dá)到油基鉆井液的保護(hù)油氣層的水平。

3哈3井氣液轉(zhuǎn)換現(xiàn)場(chǎng)施工

3.1 哈3井基本概況

哈山3井是中國(guó)石化勝利油田新疆勘探項(xiàng)目部在準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起哈山山前構(gòu)造帶外來(lái)推覆體哈山3構(gòu)造較高部位部署的一口預(yù)探井，二開(kāi)設(shè)計(jì)使用φ311.2mm三牙輪鉆頭空氣鉆由702m鉆進(jìn)至井深1626m，后轉(zhuǎn)換為常規(guī)鉆井液。氣液轉(zhuǎn)換技術(shù)難點(diǎn)主要為二開(kāi)鉆遇石炭系地層，石炭系凝灰?guī)r裂縫發(fā)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(fù)雜;氣體鉆井裸眼段長(zhǎng)，地層不穩(wěn)定，給氣液轉(zhuǎn)換帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 哈3井氣液轉(zhuǎn)換施工過(guò)程

本井從702m至1626m使用空氣鉆井，因地層出水，空氣鉆井需轉(zhuǎn)換成常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)。

（1）為了保證井下安全，避免對(duì)井下造成過(guò)大壓力導(dǎo)致復(fù)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(rùn)濕反轉(zhuǎn)前置液，下入光鉆桿離井底10m，直接泵入該潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)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(qiáng)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(qiáng)的強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液，分階段起鉆200-500m，每次注入50-80m3強(qiáng)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(yīng)循環(huán)2～3周，并進(jìn)行短程起下鉆，驗(yàn)證井底沉砂情況，情況正常后再進(jìn)行下一步作業(yè)。轉(zhuǎn)換時(shí)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(guān)半封、拆排砂管線、卸下旋轉(zhuǎn)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(qū)塊前期鉆井技術(shù)資料分析、室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步規(guī)范了氣液轉(zhuǎn)換井壁穩(wěn)定技術(shù)及施工措施，且先后在哈山區(qū)塊的紅1井及哈深2井等井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，均順利完成氣液轉(zhuǎn)換施工，有效減少了井下復(fù)雜情況的發(fā)生，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，取得了良好的應(yīng)用效果。

4結(jié)論與建議

（1）針對(duì)新疆哈山區(qū)塊空氣鉆井轉(zhuǎn)換鉆井液施工要求，及對(duì)該地區(qū)氣液轉(zhuǎn)換過(guò)程中井壁失穩(wěn)原因分析的基礎(chǔ)上，研究了氣液轉(zhuǎn)換井壁穩(wěn)定技術(shù)，包括潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)隔離前置液及強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系，并確定其配方。

（2）室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明，研究的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)隔離前置液能顯著提高強(qiáng)水敏性地層的泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收率，抑制泥頁(yè)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(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液具有良好的抑制性能，頁(yè)巖滾動(dòng)相對(duì)回收率達(dá)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(hù)效果。

（3）氣液轉(zhuǎn)換技術(shù)在哈3井、紅1井及哈深2井等井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，在鉆井液轉(zhuǎn)換過(guò)程中井壁穩(wěn)定，無(wú)坍塌掉塊現(xiàn)象，有效避免了由于井壁失穩(wěn)帶來(lái)的復(fù)雜情況，為該地區(qū)氣液轉(zhuǎn)換施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

（4）建議氣液轉(zhuǎn)換施工前認(rèn)真分析鉆井設(shè)計(jì)對(duì)鉆井液的要求，嚴(yán)格控制好替入鉆井液密度，做好壓井和防漏堵漏工作;恢復(fù)正常施工后嚴(yán)禁向鉆井液中直接加水，根據(jù)井下的需要和實(shí)際情況使用流型調(diào)節(jié)劑調(diào)整鉆井液流變性能。

參考文獻(xiàn)：

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