塔河油田托甫臺區(qū)塊井壁穩(wěn)定分析與探討

舒沙飛，葉 誠

（中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心，新疆 輪臺 841600）

1 井身結(jié)構(gòu)

目前托甫臺A 小區(qū)普遍采用四級井身結(jié)構(gòu)，即一開使用444.5mm 鉆頭鉆至1000m，下339.7mm 套管封隔第四系、上新近系，二開使用311.2mm鉆頭鉆穿二疊系，進入石炭系卡拉沙依組中完，下入250.8mm+244.5mm 技術(shù)套管封隔白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系地層，三開使用215.9mm 鉆頭進入奧陶系一間房組4m 中完，鉆遇石炭系、泥盆系、志留系，下入177.8mm尾管，四開使用149.2mm鉆頭鉆至設(shè)計完鉆井深。

2 鉆井施工難點與探討

2.1 施工難點

隨機分析本區(qū)自2013年以來的近20口井，其中二疊系發(fā)生井漏4 井次，卡鉆3 井次，因玄武巖掉塊劃眼困難填井側(cè)鉆1 井次；志留系累計井漏13 井次，卡鉆3井次，填井側(cè)鉆1井次。

據(jù)統(tǒng)計，本區(qū)二疊系平均厚度200m 以上，其中上部為深灰、灰綠色英安巖，下部為灰黑色玄武巖。二疊系地層研磨性較強，可鉆性差，對鉆頭磨損嚴重，且微裂縫發(fā)育，存在井漏及玄武巖剝落掉塊導(dǎo)致卡鉆的風險。志留系砂泥巖發(fā)育，層間交界面極易漏失，泥巖易垮塌，垮漏同層，鉆井液密度安全窗口窄。已完鉆井志留系柯坪塔格組平均井徑擴大率達36.6%～49.50%，井壁失穩(wěn)現(xiàn)象嚴重。

2.2 井壁失穩(wěn)機理

據(jù)研究，玄武巖垮塌機理主要是受構(gòu)造運動時產(chǎn)生的內(nèi)部預(yù)應(yīng)力未得到充分釋放，地層內(nèi)部受力不均衡，在被打開形成井眼后，原始平衡狀態(tài)被破壞，壓力向井眼釋放而造成坍塌。其次是玄武巖地層存在非均質(zhì)性，杏仁氣孔構(gòu)造發(fā)育，在鉆井過程中隨地層應(yīng)力的釋放或激動壓力過大以及機械擾動作用，極易在杏仁體等處產(chǎn)生應(yīng)力集中，而導(dǎo)致玄武巖地層的垮塌掉塊。此外由于玄武巖微裂縫滲透率低，水力傳導(dǎo)速率小，孔隙壓力不能迅速傳遞出去，導(dǎo)致近井壁地層巖石孔隙壓力升高，降低鉆井液支撐井壁的有效壓力，促使玄武巖井壁失穩(wěn)坍塌[1]。

志留系泥巖硬脆，微裂縫、層理等弱面發(fā)育，易剝落產(chǎn)生片狀掉塊。根據(jù)“滲流—應(yīng)力—化學(xué)耦合作用”理論，在壓差、化學(xué)勢力及毛細管效應(yīng)的作用下[2]，鉆井液及其濾液沿微裂縫和層理面的滲流導(dǎo)致的巖石力學(xué)強度改變是硬脆性泥巖垮塌的根本原因，受鉆井液沖蝕和底部鉆具組合擾動的影響，加劇井壁失穩(wěn)[3]。

3 應(yīng)對措施

3.1 鉆井液體系優(yōu)化與性能評價

根據(jù)區(qū)塊施工經(jīng)驗，鉆至下部地層井溫80℃左右一般將鉆井液轉(zhuǎn)換為聚磺鉆井液體系，增強鉆井液的抗溫性?？紤]到本區(qū)塊二疊系玄武巖及下部地層硬脆性泥巖的漏失以及剝落掉塊，需要強化鉆井液的封堵、防塌性能，通過助劑優(yōu)選及性能評價，室內(nèi)優(yōu)化出抑制性較強的鉀胺基聚磺鉆井液體系，同時通過不同目數(shù)的剛性粒子來增強鉆井液封堵能力?；九浞剑ㄙ|(zhì)量分數(shù)）如下：4%膨潤土漿+2%～3%SMP-3+2%TSH-2+3%～7%KCl+0.5%～1%聚胺+2%～3%超細碳酸鈣（800～2500目）+2%FDL-2+2%SY-A01+重晶石。其中SMP-3為磺化酚醛樹脂，TSH-2為改性褐煤樹脂，F(xiàn)DL-1為隨鉆堵漏劑，SY-A01為乳化瀝青。

3.2 鉆井液密度選擇

研究認為對于裂縫地層而言，鉆井液密度過低或過高都容易引發(fā)井壁失穩(wěn)：當鉆井液密度過低時，井周應(yīng)力超過地層強度，引起坍塌；鉆井液密度過高則可能在裂縫性地層中無法形成有效濾餅，壓力沿層理面或裂縫面?zhèn)鬟f，裂開的泥巖沿弱面剝落，最終井眼周圍地層的強度和硬度隨時間降低，造成進一步坍塌[4]。

本區(qū)二疊系火成巖裂隙發(fā)育，已完鉆井施工密度在1.28～1.33g/cm3。二疊系鉆井液密度的選擇難點在于：一方面，當密度過低時，鉆井液對井壁巖石提供的壓力不足以支撐井壁，會造成井壁失穩(wěn)；另一方面，密度過高，鉆井液液柱壓力超過地層孔隙壓力時，會對巖石微裂隙尖端產(chǎn)生水力劈裂，降低三疊系近井壁硬脆泥巖的整體強度，同時也增加井漏風險。綜合考慮在做好各類防塌措施的前提下，建議二疊系施工密度1.28～1.32g/cm3。

志留系硬脆性泥巖水化膨脹和水化分散對井壁穩(wěn)定的影響較小[5]，主要考慮降低濾失量同時選擇合適的密度提供井壁支撐來減少垮塌。因?qū)娱g膠結(jié)原因，該段井漏多發(fā)生在塔塔埃爾塔格組與柯坪塔格組交界面附近。從以往施工情況來看，在做好隨鉆封堵的情況下，兼顧防漏失及垮塌，志留系施工密度選擇1.32～1.35g/cm3。

需要注意的是，多口井在非鉆進工況下造成井漏，因此在壓力敏感地層應(yīng)特別注意工程操作，避免人為井漏。本區(qū)塊不同密度下的施工情況見表1。

表1 不同密度下二疊系及志留系施工情況

3.3 防漏措施

提前封堵微裂縫。進入易漏地層之前一次性加入5%～10%左右隨鉆封堵材料，后續(xù)根據(jù)井下消耗情況及時補充，鉆進期間使用適當目數(shù)的振動篩篩布，以保證井漿中一定的隨鉆堵漏材料?？紤]井溫及壓力，應(yīng)多選擇非礦物類剛性（超細目碳酸鈣等）及彈性堵漏材料，避免碳化失效，同時為兼顧防塌，使用與地層溫度匹配的軟化點瀝青；每次起鉆前做好對漏失層的封堵。封閉漿選擇井漿+1%抗高溫大分子聚合物+2%～3%抗高溫纖維+1%～2%單封+1%～2%SQD-98+2%高軟化點瀝青+1%～2%超細碳酸鈣。

優(yōu)化流變性。采用鉀胺基聚磺鉆井液體系。轉(zhuǎn)型前清除劣質(zhì)固相，保持適當坂含，注重氯化鉀的使用，保持二疊系氯化鉀濃度3%，志留系井段3%～5%，在保證抑制性的同時保持較低的粘切以降低循環(huán)壓耗，控制ECD；控制高溫高壓失水及泥餅質(zhì)量。

此外惡性漏失可能造成地面鉆井液不足，起鉆遇卡時不能持續(xù)開泵導(dǎo)致掉塊不能有效帶出，形成埋鉆、卡鉆，因此漏失層鉆進期間有必要儲備一定量的鉆井液，保證井下安全。

3.4 防塌措施

采取“多元協(xié)同”的防塌措施。井漿內(nèi)聚胺抑制劑有效含量0.5%左右，KCl 加量5%左右，鉆井液中鉀離子含量大于15000mg/L，選用高軟化點瀝青復(fù)配聚合醇等防塌抑制劑，有效含量5%左右?？刂聘邷馗邏菏澳囡炠|(zhì)量。優(yōu)選抗溫降濾失劑控制高溫高壓失水10mL 以內(nèi)減少濾液入侵對井壁應(yīng)力的影響。做好隨鉆封堵，使用超細目碳酸鈣封堵微裂縫，強化鉆井液的隨鉆堵漏措施，合理調(diào)整鉆井液的流變性，有效地提高鉆井液的攜巖效果。根據(jù)實鉆情況適當調(diào)整鉆井液密度，抑制掉塊，降低井下風險。

3.5 工程措施

壓力敏感地層應(yīng)注意工程操作，減小壓力激動，避免人為導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，造成井漏、井塌等復(fù)雜故障。

二疊系：①鉆至二疊系前充分循環(huán)泥漿做一次短起下，對上部地層遇阻卡井段認真處理，確保上部井眼暢通；②二疊系火成巖可鉆性差，對PDC 鉆頭磨損嚴重，推薦使用混合鉆頭，該鉆頭兼具牙輪鉆頭和PDC鉆頭的特點，機械鉆速高，壽命長。③簡化鉆具結(jié)構(gòu)，鉆進至二疊系時根據(jù)井下實際情況決定是否甩掉扶正器。在鉆進過程中嚴格控制鉆井參數(shù)，在滿足攜砂的前提下適當降低排量，防止因機械原因?qū)е碌貙涌逅魤K。④在二疊系起下鉆時，嚴格控制起下鉆速度，上提不要超過10t，若阻卡嚴重，應(yīng)及時接方鉆桿開泵上提。起鉆嚴格按照規(guī)范灌漿，避免因液柱壓力降低造成井壁失穩(wěn)。

志留系：①志留系鉆進期間根據(jù)井下實際情況決定是否短起下，短起下原則是起至無掛卡的正常井段；②復(fù)合鉆進時鉆速較快，做到早開泵晚停泵，每鉆完一根單根劃眼一次，每次劃眼時要將方補心提出轉(zhuǎn)盤面以上3m；③提前做好接單根前的準備工作，接單根時間要在4min 以內(nèi)；鉆速快時，接單根前進行適當循環(huán)1～3min，確保巖屑有較高返高，預(yù)防沉砂卡鉆；井深時接單根必須活動轉(zhuǎn)盤，防止粘卡；接完單根應(yīng)及時下放活動鉆具正常后，再開泵恢復(fù)鉆進。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

G 井二疊系厚度210m，為保證該井段施工安全，基于以上研究結(jié)果，進入三疊系后，使用鉀胺基聚磺鉆井液體系，鉆井液密度提至1.28g/cm3，瀝青類防塌劑加量3%左右，進入二疊系前在三疊系封堵的基礎(chǔ)上，控制QS-2 的加量在5%以上，井漿中追加1%～2%的瀝青，1%隨鉆堵漏劑，提高鉆井液的封堵性能，控制中壓失水不大于4mL、高溫高壓失水不大于12mL，鉀離子含量維持15000mg/L，起鉆前大排量循環(huán)1.5～2 循環(huán)周，掉塊多時先用稠漿攜砂，正式起鉆前泵入封閉漿封閉易垮塌井段。起鉆連續(xù)灌漿，嚴格控制易垮塌井段起下鉆速度，下鉆過程中根據(jù)情況分段頂通循環(huán)。

三開志留系鉆井液密度1.33g/cm3，鉆井液中補充聚胺抑制劑0.5%左右，KCl 加量7%左右，鉆井液中鉀離子含量大于26500mg/L，高軟化點瀝青加量3%左右。控制高溫高壓失水8～10mL 以內(nèi)。結(jié)合以上措施，二疊系及志留系施工正常，志留系平均井徑擴大率8.3%。該井實際鉆井液性能見表2。

表2 G井鉆井液性能表

5 結(jié)論與認識

（1）玄武巖地層其內(nèi)部構(gòu)造的非均質(zhì)性、應(yīng)力釋放及微裂縫壓力傳遞等是其易漏失垮塌的主要原因。

（2）本區(qū)硬脆性泥巖井壁失穩(wěn)主要因素是濾液入侵及裂縫分布。

（3）裂縫發(fā)育地層井壁穩(wěn)定應(yīng)以封堵為主，水敏性地層應(yīng)以抑制為主。

（4）對于硬脆性泥巖地層的井眼失穩(wěn)問題，應(yīng)從提高力學(xué)支撐、嚴控中壓和高溫高壓濾失量、強化化學(xué)抑制、加強屏蔽暫堵等多方面著手，通過多元協(xié)同方式解決。