克拉瑪依油田水平井鉆井過程中井眼穩定措施研究

李玥

摘 要：水平井因其能提高單井原油產量已經在克拉瑪依油田得到了廣泛的推廣應用。然而在該地區水平井鉆井過程中常會出現井壁井眼失穩問題，如克拉瑪依九區淺層欠壓實地層井眼穩定問題以及石西、莫北地區深部硬脆性泥巖剝蝕掉塊坍塌問題等，嚴重影響了鉆井時效，甚至出現鉆井事故。基于此，為徹底解決井壁井眼失穩問題，開展了井眼穩定關鍵技術研究。本文針對克拉瑪依油田特殊的地質構造， 在分析了影響目的區塊水平井穩定性的主要因素基礎上，提出了水平井鉆井過程中不同層段井眼井壁失穩解決方案，取得了良好的應用效果。

關鍵詞：水平井鉆井；井眼穩定措施；克拉瑪依油田

保持井壁井眼穩定性是油氣鉆井工程中的主要問題之一，水平井鉆井過程中，由于鉆井液的物理、化學特性的影響、頁巖發生不同程度的水化現象，一方面地層中產生水化膨脹應力；另一方面又削弱了井壁巖石的力學強度，由此導致了井壁失穩的發生。造成井壁失穩的原因很多，包括天然和人為的兩個方面，需要針對具體區塊情況展開分析，進而尋找合適的措施解決。

1 淺層欠壓實地層井眼穩定問題

1.1 井壁失穩的原因

以克拉瑪依九區稠油油藏為例，造成井壁失穩的主要因素為力學因素和物理化學因素，力學因素是因為鉆遇地層埋深淺，地層欠壓實和膠結強度低；物理化學因素是因為砂泥巖互層，泥質成分中粘土礦物成分主要以高嶺石和伊蒙混層礦物為主，這類地層屬于低活性、水化膨脹性弱、分散性強的地層。

1.2 技術應對措施

1.2.1 確定合理的鉆井液密度

鉆井液使用密度應保持對地層正壓差。

1.2.2 鉆井液物理化學性質

①通過控制低的PH值來減弱泥質成分中高嶺石、伊蒙混層的水化；使用封堵型鉆井液，控制鉆井液濾失量；②采用加入足量膠體瀝青的方法。膠體瀝青與稠油性質基本一致，它能吸附在井壁上形成一層保護膜保護稠油不被溶解，能保持和提高井壁強度。

1.3 應用效果

進行了十幾口井的現場應用。造斜段及水平段鉆井液使用密度為1.15 g/cm3～1.20g/cm3，采用低固相聚合物暫堵體系，即加入膠體瀝青、WC-1、QCX-1作為封堵劑；實際施工過程中未發生與井眼穩定相關的復雜情況。

2 深部硬脆性泥巖井眼穩定問題

2.1 井壁失穩的原因

以克拉瑪依石西、莫北、盆五等油田為例，這些油田水平井鉆井過程中井壁井眼失穩機理主要有以下幾個方面：

2.1.1 地質原因

這類泥頁巖地層主要位于中深部，在侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系均有分布，以弱膨脹性粘土礦物為主，主要成分是伊利石、伊/蒙混層和少量高嶺石、綠泥石。由于上覆地層的壓實作用，這類泥頁巖的顆粒排列定向程度明顯增加，微裂隙、層理發育。當地層被鉆開時，鉆井液濾液會沿層理和微裂隙滲入地層內部，從而為粘土礦物的水化提供了條件。

2.2.2 鉆井液與泥頁巖間的相互作用

鉆井液濾液因達西流、毛細管作用、滲透等進入地層微縫隙和孔隙后，產生了如下作用：（a）對于含水敏性礦物較多的泥頁巖，水化作用造成巖石內膨脹壓增加，使得巖石顆粒間膠結力減弱，巖石強度降低；（b）粘土與非粘土礦物水化能力差異大，并且各種粘土礦物之間水化能力也存在大的差異，由于這些差異的存在，使各晶層的水化速度、膨脹程度不一致，會使本身裂隙就發育的泥頁巖次生出更多的裂隙。導致巖石剝蝕、崩塌、掉塊。

2.2.3 物理作用

①鉆井液及濾液進入泥頁巖將增大地層孔隙壓力，對于層理裂隙發育的泥頁巖，鉆井液濾液會由于毛細管力及壓差等原因而進入泥頁巖，從而顯著改變地層孔隙壓力，誘發或加劇井壁不穩定；②鉆柱對井壁的機械碰撞；③鉆井液液流對井壁的沖刷作用。

2.2 硬脆性泥巖井眼穩定技術

2.2.1 技術思路

①使用合適的鉆井液密度取得力學穩定，利用徑向支撐應力穩定井壁；②通過有效封堵和形成致密泥餅的方法來維持這個徑向支撐，同時，降低鉆井液濾液的侵入；③按照活度平衡理論，利用泥頁巖的半透膜效應，提高鉆井液的礦化度，使鉆井液中的溶質擴散進入泥頁巖，在粘土膠結物中進行交換，降低膨脹壓，保持泥頁巖強度。

2.2.2 技術措施

①使用合適的鉆井液密度，將鉆井液液柱壓力對地層的正壓差控制在一定的范圍內。②強化封堵：（a）加足瀝青類處理劑，瀝青在井下溫度的作用下軟化變形，在井壁上形成多點吸附，起到物理封堵井壁巖石的作用，同時瀝青質使泥餅憎水，加大了水分子進入地層的阻力；（b）在加入防塌劑的基礎上，加入超細目碳酸鈣作為架橋粒子與填充粒子，快速有效地形成致密、低滲透的泥餅。

2.3 應用效果

在克拉瑪依油田30多口硬脆性剝蝕掉塊泥頁巖地層的深井水平井鉆井，通過采取上述措施，很好地控制了硬脆性泥頁巖的坍塌，保證了水平井安全鉆成。

3 結語

井壁井眼穩定性問題是力學和石油鉆井工程相結合的一個典型問題，隨著油田水平井技術的發展，井眼穩定性問題就變得日益突出，克拉瑪依油田水平井鉆井是根據水平井鉆井的實際需求，通過對水平井鉆井液體系、井眼穩定等關鍵技術開展研究，形成了比較成熟配套的水平井鉆井井眼穩定控制技術，滿足了水平井鉆井需要。

參考文獻：

[1]文進.克拉瑪依油田淺層水平井技術運用[J].西部探礦工程，2015（8）.