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1、滩海大斜度井井壁稳定技术研究与应用 王小月 董德仁 张乃彤 郑淑杰 （大港油田石油工程院钻井技术中心，天津大港，300280） 摘要 在大港滩海地区的东营组、 沙河街组和中生界地层存在大段泥页岩或砂泥岩互层， 钻井过程中容易发生 井壁垮塌、卡钻或地层漏失等复杂情况。但由于滩海地区的特殊性需要采用大斜度或水平井技术进行油田开发，造 成在复杂地层钻进复杂井眼的局面，给安全钻井带来非常大的挑战。因此，从 2009 年开始开展了滩海大斜度井特殊 岩性地层（泥页岩、泥质灰岩）井段安全钻进技术研究（属于歧口重大专项研究内容） ，为钻井工程设计与施工提供 科学依据，减少了钻井事故的发生。本文简要阐述研究认识
2、，以供参考。 主题词 大港油田、埕海二区、压力预测、钻井液、安全钻进 埕海二区位于大港油田滩海地区，在油田实验性产能建设钻井中，多数井在钻进沙一段泥页岩和泥质灰岩时发生井壁坍塌、卡钻等复杂事故，因此，详细研究在泥页岩地层条件下钻进大斜度井眼的井壁稳定技术，对于埕海二区的开发提高钻井速度，减少钻井中的井下事故复杂，实现高效开发具有重要意义。 一、 一、 埕海二区地质概况及特征简述 1. 地理环境 埕海油田二区位于位于 大港油田滩海区南部埕北断 阶区，地理位置位于河北省 黄骅市张巨河村以东的滩涂 海域地区，水深 02m 的 极浅海地区。因此，在区内 建设人工井场和人工岛，采 用丛式井钻井完成产能建
3、设 任务。 埕海油田人工井场和人工岛分布示意图 二区一号井场井口排列图 二区一号井场井眼设计三维图 埕 海 2-2 井 场 埕 海 2-2 井 场 埕海2-1井场埕海2-1井场埕海2-1人工岛 埕海1-1人工岛 埕海2-1人工岛 埕海1-1人工岛 5.4Km 2.2Km 二区二号井场井口排列图 二区二号井场井眼设计三维图 二区一号人工岛井口排列图 二区一号人工岛井眼设计三维图 2.地质简况 埕海油田二区揭示的地层自下而上有中生界三叠系、中下侏罗统，下第三系沙河街组沙三段、沙二段、沙一段、东营组，上第三系馆陶组、明化镇，第四系平原组。中生界、下第三系沙三段、沙三段与沙二段、沙一段与东营组、东营组
4、与上第三系之间为不整合接触关系。沙河街的沙三段、沙二段、沙一段是该区的主要含油目的层。沙一段地层存在泥页岩和泥质灰岩。 经多年钻探证实：该区下第三系沙河街组沙一段、沙二段、沙三段均有发育良好油层段，油层分布比较稳定，储量丰富。 沙一段为低孔、低渗储层，碳酸盐含量较高，平均 40.25%。 沙二段为本区的主力含油层系，为中孔、中低渗储层，碳酸盐含量平均 9.0313.94%。 沙三段为中低孔、特低渗储层，碳酸盐含量较高，平均 5.29%。 该区地温梯度平均为 3.24/100m，为正常温度系统。 目前主要应用水平井和大斜度井技术开发沙二段。沙二段以伊/蒙混层、高岭石为主，平均含量分别为 74.6
5、%、17.3%，还有少量的绿泥石、伊利石等。其中，伊利石的含量平均为 2%，绿泥石含量平均为 10.3%。为强水敏性地层 二、钻井技术难点分析 1.井眼位移大，井斜角大。各井位移在 2000-3800m，稳斜段井斜角在 55-85，目的层井段长度大约为 300-500m，井斜角在 80-93，造成钻井摩阻高，给起钻、下钻、井眼轨迹的调整带来了较大困难。 2.由于地质构造处于滩海特殊地理环境，必须采用丛式井对构造进行开发，无法优选井口，造成大部分水平井需要采用三维井眼轨道才能达到中靶的要求，给井眼轨迹的精确控制带来了较大难度。 3.由于沙二段为目的层，在水平段入窗前对井眼轨迹的调整（增斜和扭方位
6、）都在沙一段，而沙一段存在容易产生井眼失稳的泥页岩和泥质灰岩，因此，造成在特殊地层中钻进复杂井眼的局面，给井眼的安全钻进带来了较大挑战。 4.由于采用水平井开发方式，为了充分保护储层，实现最大产能，方案要求实施储层专打技术，因此，要求技术套管下入到水平段入窗点，这样造成大井眼（311.1mm）完成特殊岩性复杂井眼段的钻进，给井眼的稳定和顺利完钻形成困难局面。 5.由于井斜角大，大井眼稳斜段长，在井眼内易形成岩屑床，给井眼的清洁带来了较大难度。 6.根据探井钻井资料分析，沙河街的泥页岩的坍塌压力较高（坍塌压力系数为 1.33-1.45） ，因此，需要使用较高的钻井液密度，但较高的钻井液密度在循环
7、过程中会将钻井液压入有裂缝的地层中，造成裂缝开启，漏失钻井液，给钻井液密度的使用和井底循环当量的控制带来较大难度。 。 7.粘土矿物含量分析显示， 沙二段地层以伊/蒙混层、 高岭石为主， 平均含量分别为74.6%、 17.3%，同时常规敏感性评价结果显示沙二段地层具有强水敏，水敏指数达 71.080.2，粘土易于发生水化膨胀，易造成井壁失稳，给钻井液抑制性的控制带来了难度。 因此，在 2008-2009 年的试验性开发钻井过程中，共完钻 12 口井，其中发生了 7 井次井塌卡钻事故，多口井产生了断钻具埋钻具现象，都不得不进行侧钻处理，不仅造成钻井进尺、井下钻具组合等的损失，而且影响了产能建设进
8、程，一度成为埕海油田高效开发的瓶颈问题。 三、卡钻原因分析 通过研究事故井的钻井资料和跟踪研究部分井的钻井过程，分析埕海油田已完成井发生事故的原因主要有以下几个方面： 1. 地层岩性特殊 泥页岩、泥质砂岩在沙一下地层中呈现硬脆性特点。硬脆性泥页岩的坍塌机理如下： （1）硬脆性泥页岩地层坍塌压力高，因此，所使用的钻井液密度大，使的硬脆性泥页岩承受的压差大，导致硬脆性泥页岩层理、裂缝开启； （2）层理、裂缝开启导致钻井液侵入，钻井液滤液与硬脆性泥页岩相互作用使得硬脆性泥页岩产生很大的膨胀力。 （3）当泥页岩的膨胀力超过其屈服应力时，则发生崩塌，此时硬脆性泥页岩已经完全被滤液包围，与钻井液处于同一压
9、力系统； （4）在钻具侧向力、压力激动或流体冲刷的外力的作用下，加剧井壁崩塌。井壁崩塌到一定量时堵塞井眼，导致卡钻。 2.井眼轨迹复杂 井眼轨迹大多为三位双增水平井剖面，二次增斜和方位调整井段正好在沙一下泥岩地层。增斜和扭方位产生的狗腿度或狗腿角使钻具产生较大的弯曲应力，这种弯曲应力作用在井壁上，容易刮、挂井壁造成脆性泥岩的剥落坍塌。 3钻井液性能不适应 经检测在复杂卡钻井段钻井液封堵性差，造成钻井液侵入硬脆性泥岩裂缝中。泥岩的毛细管压力增大，使泥岩水化形成膨胀压力，在双重压力的作用下，使泥岩的破裂应力增大，导致泥岩松散，在遇到高压水力冲刷和钻具刮、挂作用下，产生井壁坍塌。 4. 钻井施工经验
10、不足 2008 年是埕海二区大斜度井开发试验阶段，之前没有利用大斜度井在特殊岩性中开发油藏的先例，因此，没有经验和参考。对复杂井眼和特殊岩性条件下出现的遇阻、遇卡现象认识不足；工艺技术及钻井参数使用不当；在硬脆性泥岩井段划眼、使用高排量钻井、定点开泵等均会造成井壁坍塌。在具有狗腿度的硬脆性泥岩中起下钻次数多，在钻头或套管鞋通过时操作过猛，均会造成井壁破碎形成臼窝，造成下钻时遇阻或无法下入到井底的局面。 四、滩海大斜度井井壁稳定措施 1.力学稳定：提早搞好泥浆密度的调整，做好泥浆对井壁物理稳定作用。积极预防东营组泥岩易膨胀缩径和沙一泥页岩、泥质灰岩井壁失稳。 东营钻井液密度：1.401.45g/
11、cm3，防止东营组泥岩易膨胀缩径 沙一钻井液密度：1.451.50g/cm3 ，泥页岩、泥质灰岩井塌。 2.优选适宜的钻井液体系: 通过钻井液室内评价并结合现场应用情况，认为钾盐和有机盐聚合物钻井液体系适合该区块地层钻进，能够抑制地层坍塌。 3.搞好大斜度井的润滑性：以优质钻井液保证大斜度定向井井眼的润滑性能，润滑剂含量保持在 4%以上，使摩阻降至最低。 4.大斜度定向井井眼净化： 大位移井井眼长，井斜角大，钻井液横向流动过程时间长，岩屑在重力作用下容易下沉到井壁上，形成岩屑床，特别是机械钻速高、井眼尺寸大、岩屑产生量多的井段。当岩屑床厚到一定程度，起钻时极容易形成卡钻；另外，岩屑床增大了钻井
12、扭矩，影响正常钻进。因此，应采取如下措施，提高钻井液携砂性能，达到井眼净化目的： （1） 改善钻井液的流变性并控制适当的粘切 （3 读数提高到 810， 6 读数提高到 1014 ） ，提高钻井液的悬浮性能，降低钻屑沉降速度； （2）采用大尺寸钻杆和钻头水眼，缩小钻柱与井眼之间的环空间隙，降低钻杆和钻头水眼的压耗，提高机泵能力，满足大排量循环洗井的要求。 5.工艺操作：严格循环、划眼、短起下钻等措施，减少钻具的静止时间，通过钻具的高速旋转形成的旋流来提高携砂能力。为了有效清除井壁的岩屑床，保证顺利钻进，建议在硬脆性泥岩层的钻进过程中，定期进行短起下作业。井斜小于 50井段，300m 进行一次短
13、起下钻，井斜大于 50井段，100150m 进行一次短起下，在起钻或短起下不畅情况下，严禁采用高转速倒划眼起钻，防止给井壁施加侧向外力。 6.提高地层的承压能力，建议钻井液中加入 1.52.0%的钻井液封堵材料 BST-1,减少井壁失稳事故发生。 五、井壁稳定技术应用情况 20102011 年通过严格控制钻井液性能，提高工艺操作的精细程度，有效地控制了因井塌造成的卡钻事故，避免了钻具组合埋井，报废井眼进尺的损失，在平均水平位移增加 34%的情况下，钻井周期缩短了 19.3%。 六、认识与建议 1.在硬脆性泥页岩地层钻大斜度井眼需要更精细的钻井工艺技术，否则会造成井塌、卡钻事故。 2.钻井液具有
14、较好的封堵性是泥页岩地层井眼稳定的关键。 3.钻井液循环当量密度的精确控制对泥页岩安全钻进具有重要意义。 4建议在泥页岩等复杂地层减少复杂井眼的钻井。 参考文献 参考文献 1李克向等编译 国外大位移井钻井技术 .石油工业出版社，1998，10 2蒋希文编著 钻井事故与复杂问题 . 石油工业出版社，2002，6 3鄢捷年主编 钻井液工艺学 .石油大学出版社，2001.5 4李克向主编 保护油气层钻井完井技术，石油工业出版社，1993.10 5孙金声 张家栋 超低渗透钻井液防漏堵漏技术研究与应用 钻井液与完井液 第 22 卷 第 4 期 2005 年 7月 6岳前升 李玉光 涠洲 12-1N 硬脆性泥页岩研究及钻井液技术对策 中国海上油气 第 17 卷 第 1 期 2005年 1 月 作者简介：王小月，工程师，现就职于大港油田公司石油工程院钻井技术服务中心从事钻井科研设计工作。 邮政编码：300280；电话 02225925321，E-mail：
