大慶深層破碎帶地質(zhì)情況及評價方法研究

徐清

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司， 黑龍江 大慶 163000）

隨著大慶油田勘探開發(fā)力度的不斷加大，松遼盆地北部深層火成巖地層成為勘探開發(fā)的重點。該類地層橫向分布、非均質(zhì)性強、微裂縫較發(fā)育、夾薄層碎屑巖，含大量破碎帶，裂縫內(nèi)半充填或全充填方解石及黏土礦物，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，漏失和井壁坍塌情況時有發(fā)生。為進一步解決該類地層因裂縫、破碎帶引起的復(fù)雜問題，有必要對該類地層的井史資料進行全面、系統(tǒng)的剖析，通過資料研究，獲悉裂縫破碎帶等復(fù)雜層的分布情況、巖性及地質(zhì)特點、裂縫發(fā)育情況等數(shù)據(jù)[1][2]。此外，現(xiàn)有的封堵評價設(shè)備，無法滿足該類地層模擬評價的需求，還需建立適用于微裂縫地層的封堵評價方法，以便為后續(xù)進行井壁強化技術(shù)和防漏堵漏技術(shù)研究提供基礎(chǔ)。

1 大慶深層復(fù)雜情況統(tǒng)計

2006年至2016年大慶鉆探在松遼盆地北部深層共鉆探116口深井，其中深層直井103口，深層水平井13口。從復(fù)雜事故類型、區(qū)塊、層位等方面進行系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生復(fù)雜的深井主要在徐家圍子斷陷和安達斷陷等地區(qū)，復(fù)雜層位集中于登婁庫組、營城組和沙河子組。其中94口井均發(fā)生不同程度的井下復(fù)雜，占總井數(shù)的81%。

對汪深1-平1井等7口井的深部復(fù)雜情況及損失時間進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜類型以坍塌和深部漏失為主，登婁庫組復(fù)雜時率大于17%，徐深8平1井及徐深23井，營城組和火石嶺組復(fù)雜時率高達20%以上，嚴重影響了施工進度。

2 大慶深層復(fù)雜地層巖性及地質(zhì)特點

鉆井過程中井眼穩(wěn)定性與地層巖性及地質(zhì)特點密切相關(guān)，通過收集復(fù)雜層位的取心資料，開展巖石礦物類型和特性、巖石孔隙結(jié)構(gòu)及物性研究，從而對復(fù)雜層巖性及地質(zhì)特點進行總結(jié)概括[3][4]。

本文主要對松遼盆地的升深、徐深、汪深和達深區(qū)塊的登婁庫組以下巖心進行了礦物組構(gòu)分析，分析手段主要為X射線衍射分析、掃描電鏡分析和鑄體薄片分析，從而確定該類區(qū)塊的礦物組成、孔隙度分布、裂縫和微裂縫發(fā)育情況。

2.1 X射線衍射分析

X射線衍射分析可以得到待分析地層的黏土礦物的絕對含量和相對含量。從分析結(jié)果可知，徐家圍子斷陷深層火成巖局部發(fā)育粘土礦物，其共生狀態(tài)為：粒間共生次生石英與長石等斑晶；表面貼附伊利石和綠泥石；粒間孔隙中充填綠泥石等。以綠泥石和伊利石為主，含少量伊蒙混層。伊利石和綠泥石的水化程度較弱，僅有較少的層間水化和晶格膨脹，間層的粘土礦物吸水膨脹率低，容易造成層間散裂，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。

2.2 掃描電子顯微鏡分析

掃描電子顯微鏡分析主要對礦物的形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)等進行物理、化學(xué)性質(zhì)分析，能夠給出巖石孔隙系統(tǒng)中微粒的類型、大小、含量、共生關(guān)系等資料。通過掃描電子顯微鏡觀察，火成巖顆粒排列緊密，大部分顆粒呈鑲嵌狀，顆粒表面及粒間生長次生石英，對升深203井等20余組巖樣進行掃描電鏡分析，結(jié)果表明，徐家圍子斷陷深層火山巖，巖性致密、堅硬、部分顆粒呈鑲嵌狀，孔隙發(fā)育差，連通性差，主要為裂隙孔，表面貼附伊利石。與X射線衍射分析所得的巖石情況一致。

2.3 鑄體薄片分析

鑄體薄片技術(shù)是巖相學(xué)分析常規(guī)技術(shù)之一，應(yīng)用光學(xué)顯微鏡觀察薄片，可以研究巖石顆粒之間接觸關(guān)系、膠結(jié)類型、膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)及估計巖石的強度。

通過鑄體薄片分析可知，徐家圍子斷陷深層火成巖呈斑狀粗面結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)和凝灰結(jié)構(gòu)，含少量粉砂巖和泥巖。粉砂巖：成分以石英、長石為主，泥質(zhì)膠結(jié)，致密，分選中等，磨圓呈次棱角狀，具泥質(zhì)細紋，含泥礫及黃鐵礦。泥巖：質(zhì)不純，含砂，膠結(jié)物為泥質(zhì)，泥質(zhì)與火山灰相混。鏡下觀察的22塊樣品中，20塊存在線狀或管狀微裂縫，裂縫寬度范圍在10～1200μm之間，形態(tài)不規(guī)則，長度不等。

2.4 裂縫發(fā)育情況分析

通過巖石組構(gòu)分析，徐家圍子斷陷深層火山巖大多發(fā)育裂縫，儲層類型多為孔隙和裂縫雙介質(zhì)。由于存在大量裂縫、微裂縫發(fā)育，鉆井過程中易發(fā)生鉆井液漏失現(xiàn)象。對于充填或部份充填的裂縫，充填物的強度與巖體的強度差別很大，當鉆井液浸入，并與其中的粘土礦物發(fā)生作用，一方面由于泥質(zhì)水化造成充填物本身強度降低，同時黏土的水化膨脹會造成應(yīng)力集中，造成部分井段坍塌。火成巖以構(gòu)造縫為主，成巖縫次之，溶蝕縫局部發(fā)育，構(gòu)造縫主要發(fā)育在流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r和晶屑凝灰?guī)r中，成巖縫以晶屑凝灰?guī)r最為發(fā)育，其次是熔結(jié)凝灰?guī)r、火山角礫巖和流紋巖。通過地面的巖心觀察可以發(fā)現(xiàn)，裂縫寬度一般為0.1～1.0mm，小縫占80%左右。裂縫長度為3～160cm，平均15.46cm，長度在5～20cm范圍內(nèi)的裂縫占70%左右。因此火山巖裂縫發(fā)育程度較高。

3 微裂縫封堵評價方法的建立

目前，評價裂縫封堵效果的主要方法是砂床堵漏實驗和不銹鋼縫板堵漏實驗，上述方法不能真實地模擬鉆井液在微裂縫地層中的漏失過程，對堵漏材料的封堵效果評價也不理想。

3.1 封堵評價裝置設(shè)計

為了更好地模擬微裂縫地層，設(shè)計了新型微裂縫封堵模擬裝置，根據(jù)鉆井液用高溫高壓失水儀的溫度、壓力控制原理，設(shè)計加工不銹鋼巖心套（見圖1a），使用超細水泥和微米級鋁箔在水泥套中澆筑人工微裂縫（縫寬10～200μm可調(diào)），配合設(shè)計加工的泥漿杯（見圖1b），可模擬地層巖心與鉆井液的接觸狀態(tài)、模擬鉆井液在巖心裂縫中的滲濾深度，通過模擬地層溫度、壓力，使評價方法更加接近地層的真實情況，實驗裝置示意圖見圖2。

圖1 新型微裂縫封堵評價裝置組件設(shè)計圖

3.2 模擬裂縫微觀觀察

應(yīng)用DSX500工業(yè)光學(xué)顯微鏡對天然巖心裂縫、傳統(tǒng)鋼板模擬裂縫和本文研制的模擬巖心裂縫進行微觀對比觀察，主要從裂縫的生長形態(tài)和裂縫剖面光滑度開展研究。其中圖3對比了天然巖心裂縫、光滑鋼板和本項目模擬巖心裂縫的生長狀態(tài)。圖4對比了三者在顯微鏡下放大100倍切面的光滑程度。

圖3 裂縫生長形態(tài)對比

圖4 裂縫切面光滑度對比

由圖3對比可以看出，傳統(tǒng)鋼板模擬的裂縫縫寬不可調(diào)、裂縫走向單一，而模擬巖心裂縫可通過鋁箔厚度調(diào)整縫寬，且裂縫走向蜿蜒，具有不規(guī)則的裂縫端面，與地層真實裂縫相似。由圖4對比可以看出，裂縫切面被局部放大后，天然巖心表面粗糙、多孔隙，鋼板表面光滑平整，可見極少量碳化點，而模擬巖心表面粗糙、多孔，可見不規(guī)則波紋生長，與天然巖心擬合度高。因此，本文設(shè)計的微裂縫封堵模擬裝置能夠更好地表征天然裂縫的形態(tài)。

4 結(jié)論及建議

（1）大慶深部地層復(fù)雜類型以坍塌和漏失為主，登婁庫組、營城組和沙河子組為主要易發(fā)生事故地層，該類火山巖地層以綠泥石和伊利石為主，含少量伊蒙混層，伊利石和綠泥石的水化程度較弱，容易造成層間散裂，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。

（2）通過已獲取的巖心觀察分析可知，裂縫寬度一般為0.1～1.0mm，小縫占80%左右。裂縫長度為3～160cm，平均15.46cm，長度在5～20cm范圍內(nèi)的裂縫占70%左右，因此易發(fā)生漏失。

（3）研發(fā)的微裂縫封堵評價裝置儀器結(jié)構(gòu)簡單，模擬縫面粗糙，與地層巖性接近，縫寬10～200μm可調(diào)，能夠有效模擬微裂縫裂性地層的漏失，可用于各類橋塞堵漏材料研選。

◆參考文獻

[1] 徐同臺，劉玉杰，申威等編. 鉆井工程防漏堵漏技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997.

[2] 徐同臺，崔茂榮，王允良等編. 鉆井工程井壁穩(wěn)定新技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1999.

[3] 梁大川，王林. 鉆井液和泥頁巖間的傳遞作用對井壁穩(wěn)定的影響[J].天然氣工業(yè)，1999，19(3)：58-60.

[4] 王燕，王平全，熊繼有，等. 物理法隨鉆防漏堵漏技術(shù)與鉆井液研究現(xiàn)狀[J].斷塊油氣田，2008，15(1)：93-94.