紅河油田36區塊水平井水平段井壁穩定技術

王同偉

摘 要：位于甘肅省鎮徑工區涇川縣境內的紅河油田36區塊地質條件復雜，水平段地質構造斷層較多，極易鉆遇泥巖造成坍塌掉塊。因此水平段井壁穩定是鉆井液處理的關鍵，本文根據現場施工情況分析原因，在復合鹽鉆井液體系的基礎上，及時封堵地層裂縫，平衡泥巖坍塌壓力，提高鉆井液抑制性，應對鉆遇泥頁巖提供了有效解決辦法。

關鍵詞：水平段井壁失穩 泥巖 坍塌掉塊 封堵 防塌 井漏 密度

1.引言

紅河油田構造位置為鄂爾多斯盆地天環坳陷南端，水平井段目的層主要位于三疊系延長組長812 ，該區塊部分井目的層裂隙比較發育，極易鉆遇泥巖，泥質含量高水敏性強，泥巖產生水化膨脹，導致井壁失穩的風險進一步加大，雖然通過提高鉆井液密度可以達到穩定井壁的目的，但過高的密度容易造成砂巖裸眼段或油藏裂縫發育地層發生井漏，也會導致濾液在壓差的作用下加速向地層滲入，導致井壁吸水膨脹垮塌掉塊。

2.井壁失穩的因素

2.1地質因素

泥巖極易吸水分散，吸水后層間產生較大的膨脹壓力，在井壁上出現剝落現象。紅河油田延長組地層本身強度低，地層壓力系數低，在外力的作用下極易發生破碎，引起固體顆粒的剝落，引起井壁坍塌。

2.2工程因素

由于水平井施工周期長，鉆井液液柱壓力低于地層壓力及裸眼井段受鉆井液浸泡時間較長，泥巖強度降低，極易出現井壁坍塌，由坍塌引起的體系固相含量增高，還有可能引發井漏。

2.3鉆井液因素

鉆井液的固相含量高，泥餅質量差，濾失量大，大量濾液進入地層，導致泥巖吸水膨脹不穩定。鉆井液與地層流體性質不配伍性，鉆井液濾液就會向地層中流動造成地層膨脹，泥巖強度降低，引起坍塌掉塊。

水平段本身泥巖存在微裂縫，在壓差作用下，對裂縫未進行封堵或封堵不理想時，濾液會大量進入地層，在硬而脆的井壁上出現井壁剝落和垮塌。

水平段為了達到防塌目的，平衡地層壓力，對鉆井液密度要求很高，過高的密度容易引發薄弱地層或孔隙性地層的井漏。

3.采取的措施與對策

3.1提高鉆井液密度

根據力學平衡原理，利用鉆井液產生的液柱壓力平衡地層坍塌應力，由于水平段砂巖易漏地層與泥巖易塌段同層，因此解決好泥巖段垮塌和砂巖易漏地層的承壓能力是井壁穩定的關鍵，在做好隨鉆堵漏承壓能力的基礎上，可將鉆井液密度逐步提高到1.18-1.20 g/cm3，若不發生漏失，提高地層的擠封堵漏承壓能力下可逐步提高到1.20-1.25 g/cm3。

3.2提高鉆井液的抑制性

紅河油田水平段施工中無固相聚合物體系中突出的就是抑制性，可加入KCL，防止泥巖水化分散，增強體系抑制性，降低鉆井液體系中水的活度，保持鉆井液的礦化度大于地層流體礦化度，使地層水向井眼流動，強度增強達到穩定井壁的目的。

3.3增強地層的封堵能力

地層鉆開后，井眼周圍巖石存在很多微裂縫，在壓差的作用下，大量鉆井液就會侵入地層，對泥巖進行緩慢水化，在井壁內部形成較大的膨脹壓，導致井壁周期性剝落、坍塌，因此井眼鉆開后進行封堵是至關重要的。加入防塌劑、瀝青粉和酚醛樹脂進行封堵，通過高聚物分子的護膠和堵孔及封堵劑封堵地層裂隙，并嚴格控制鉆井液濾失量≤5ml，使濾餅滲透性降低，防止井壁水化膨脹。

3.4解決井塌和井漏的矛盾

高密度的鉆井液有利于井壁的穩定，但密度過高有可能對砂巖段或薄弱地層帶來井漏風險，地層承壓能力低易造成壓差漏失；且鉆井液濾液在壓差作用下滲透進入地層，引起水化膨脹，使泥巖地層造成剝落、垮塌掉塊，因此要綜合考慮平衡井漏與井塌的矛盾。

鉆開油氣層前做好地層承壓實驗，水平段鉆井液體系一定要提高抑制性，降低失水，提高濾餅質量，降低鉆井液中水的活度。加大有機、無機鹽的含量，降低地層坍塌壓力，加入封堵劑對微裂縫進行封堵，對上部易漏地層加入隨鉆、屏蔽暫堵劑提前進行預防，防止壓漏地層。

4.現場應用及解決實例

HH36P24井是一口三開水平井，完鉆井深3439.00m，A點井深2438.00m該井鉆至3258.00m遇泥巖，至3362.00m泥巖段長達104m，期間起下鉆、接單根作業時有遇阻顯示，活動鉆具困難。該井三開鉆井液為：清水+4～6%鈉土+0.2～0.3%Na2CO3+0.2～0.3%HV-CMC+0.2～0.3%K-PAM低固相聚合物體系鉆井液，鉆遇泥巖前泥漿性能：

本井三開前進行地層承壓實驗，鉆遇泥巖過程中由于泥巖的垮塌掉塊造成鉆具上提下放嚴重阻卡。后進行了泥漿體系的轉換，首先加入1%單封進行隨鉆承壓堵漏，并加入2-3%抗復合鹽降失水劑+3-4%改性瀝青粉+2-3%防塌劑+0.5%-1%LV-CM對裂縫進行護膠、堵孔封堵，在進行化學封堵的過程中，鉆井液密度也逐漸進行提高，當密度提高至1.25 g/cm3時，起下鉆、接單根正常、無遇阻現象。施工同時加入2-3%KCL提高鉆井液的抑制性，降低水的活度。

通過上述措施，本井最終順利完井并無井下事故的發生，完鉆時鉆井液性能：

5.結論與建議

1.紅河油田36區塊水平段鉆遇泥巖時可根據力學平衡原理，利用鉆井液產生的液柱壓力平衡地層坍塌應力，支撐泥巖井壁，可將鉆井液密度逐步提高到上限1.25g/cm3。

2. 紅河油田水平段施工中增強體系抑制性，降低鉆井液體系中水的活度，保持鉆井液的礦化度大于地層流體礦化度，使地層水向井眼流動，使泥巖強度增強，達到穩定井壁的目的。

3. 水平段鉆井液要求通過高聚物分子的護膠和堵孔及封堵劑封堵地層裂隙，并嚴格控制鉆井液濾失量≤5ml，使濾餅滲透性降低，濾失量減少，防止井壁水化膨脹。

4.鉆遇泥巖時，鉆井液性能粘度提高到70-80S，嚴格控制失水量，加入1.5-2%單向壓力封閉劑和2-3%防塌劑、3-4%瀝青粉類封堵劑，有效防止地層垮塌、泥巖掉塊。

5. 由于水平段目的層膠結性差承壓能力低，密度過高有可能對砂巖段或薄弱地層帶來井漏風險，對于預防泥巖地層造成剝落、垮塌掉塊的同時要平衡井漏與井塌的矛盾。

參考文獻

[1] 鎮徑油田鉆井工程作業手冊.2011