河北容城地熱井泥頁巖鉆探處理方法淺析

李松

摘 要：河北容城縣地熱井三開取水井段白云巖地層中裂縫發育，且部分區域取水井段存在泥頁巖夾層，鉆進時易發生井壁坍塌事故，處理起來比較困難。因此針對該地層，及時調整鉆井液性能，優化鉆井參數，采取必要工程措施，從而順利處理泥頁巖地層。

關鍵詞：泥頁巖;井壁坍塌;對應措施;復雜工況

1 概況

井壁失穩一直是石油鉆井中的一個十分復雜的問題 ，而泥頁巖井壁失穩是井壁穩定性研究的主要內容 ，鉆遇地層的 75 %以上是泥頁巖地層 ，而由它引起的井眼不穩定問題超過了90 % [1]。據保守估計，井壁失穩每年造成 8～10億美元的損失[2]。

河北容城地區地熱井三開鉆進主要鉆遇的是基質白云巖，鉆井液為清水，加入適量的聚合物，以提高攜巖能力。當鉆遇泥頁巖夾層時，為避免泥頁巖吸水膨脹，造成井壁垮塌，應使用泥漿進行鉆進。當穿過泥頁巖夾層時，再次鉆遇白云巖地層，裂縫發育，井漏嚴重，無法用泥漿維持鉆進，若向泥漿內補充清水，則上部泥頁巖地層易垮塌，增加了施工的難度，處理時間較長。

2 現狀調查

對在河北容城施工的地熱井資料進行收集整理分析，對容城地區地熱井鉆遇泥頁巖夾層發生復雜工況統計如下：

（1）金臺1井，井深1900米，三開泥頁巖井段1275-1364m，鉆進過程中發生卡鉆。

（2）谷豐印象2井，井深1900米，三開泥頁巖井段1203-1520m，鉆進時井壁坍塌，埋鉆。

（3）領秀城3井，井深1868米，其中三開泥頁巖井段1473-1545m，鉆進過程中發生卡鉆。

（4）谷豐印象3井，井深1933米，三開泥頁巖井段1260-1530m，鉆進過程中發生卡鉆。

（5）谷豐印象4井，井深1946米，三開泥頁巖井段1420-1624m，鉆進過程中發生卡鉆。

（6）祥和2井，井深1900米，其中三開泥頁巖井段1240-1530m，鉆進過程中發生卡鉆。

（7）城南3井，井深1780米，其中三開泥頁巖井段1150-1240m，鉆進時井壁坍塌，埋鉆。

由上述調查結果得知發生復雜工況主要是因為取水井段存在易塌夾層引起的。泥頁巖地層易垮塌，處理時間較長，嚴重影響施工周期。另外在處理復雜工況及變更施工方案所需額外物料費用增加，提高了施工成本。加之無論是采用注灰還是采用四開鉆進方法，都會影響后期取水井段出水情況，出水排量存在不同程度降低。

3 對策的制定與實施

3.1做好地質調查工作

收集該地區地質資料，了解該地區地層構造情況，清楚地層變化走向。充分了解地層條件，預測地層巖性及特點，提前制定措施，做好應對的準備。河北容城地區處于中朝準地臺（Ⅰ級）、華北斷拗（Ⅱ級）、冀中凹陷（Ⅲ級）、容城凸起（Ⅳ級構造單元）內。工作區內地層有新生界第四系、上第三系，中元古界薊縣系和長城系。由測線剖面反演電阻率等值線斷面及推斷地層圖可知在第4、5測點之間向西出現薊縣系鐵嶺組及洪水莊組，在此區域三開井段鉆遇泥巖夾層較厚。由此可知該地區地勢東高西低。

對鄰井地質錄井資料進行仔細對比分析，尤其查看鄰井巖屑錄井資料，在了解地層變化走向后，能預測所鉆地層變化趨勢，從中可了解到附近區域地層詳細情況，對所施工井具有重要指導意義。

3.2及時調整鉆進參數，適合所鉆地層

在存在大量漏失的情況下，鉆遇易塌層，不宜采用高鉆壓快速鉆進的方法，高鉆壓剝落的巖屑粒徑較大，在排量一定的情況下不易返出，停泵后沉積井筒底部，嚴重時發生卡鉆事故。在上部井段存在漏失，下部井段鉆遇疏松易塌層時，及時調整鉆進參數，采用小鉆壓高轉速鉆進，充分破碎巖屑，在相同排量的情況下，巖屑粒徑越小，越容易被攜帶出，或進入地層裂縫中。

3.3提高井筒凈化效率

鉆進過程中產生的巖屑應及時循環出井筒，提高鉆井液中聚合物含量，增大鉆井液的攜帶性;延長循環時間，使巖屑及時返出。在鉆井液失返時，巖屑隨鉆井液進入漏失地層中，以保證井筒內鉆井液固相含量滿足要求。提高循環排量，根據現場測定結果，保證環空返速不小于0.6m/s，即可使環空巖屑達到較低水平。堅持短起下鉆，保證井筒通暢，探明井底情況，在保證上部井眼穩定的前提下再繼續鉆進。對于砂面較高的情況下轉動轉盤，使井底巖屑重復破碎，減小粒徑，充分循環，以便排出巖屑。

4.處理復雜工況實例

（1）領秀城3井，其中三開鉆進井段1020-1868m，上部地層以白云巖為主，三開鉆進至1547m出現漏失，井段1473m-1545m存在砂巖夾層，起下鉆頻繁出現遇阻顯示，最終采用注灰鞏固易塌層的方法。

（2）谷豐印象3井，設計井深1904米，二開完鉆井深1186米，三開鉆進至1260米鉆遇深灰色及紅棕色泥質白云巖;鉆進至1530米分別鉆遇綠色泥頁巖，砂巖、綠色片狀頁巖、紅棕色泥頁巖等易塌層。三開鉆進至1570米泥漿失返，上提有遇阻顯示，經反復劃眼保證井眼通暢。為降低施工風險，最終該井更改施工方案，下入濾水管，采用四開鉆進至1933m。

（3）谷豐印象4井，設計井深1900米，二開完鉆井深1417米，三開鉆進至1420m淺灰色白云巖，含深灰色泥質白云巖;鉆進至1624m分別鉆遇棕紅色泥巖、淺灰色白云巖、棕紅色泥巖、淺灰色泥質白云巖;三開鉆進至1670米泥漿失返，上提有遇阻顯示，經反復劃眼保證井眼通暢。為降低風險，下入濾水管，采用四開鉆進至1946m。

5.結語

開發地熱井鉆井市場將石油鉆井中先進、成熟的工藝與相關水文、地熱施工進行了有機地結合。充分利用現有設備，優選鉆頭和機械參數，大大提高了鉆井效率。通過做好地質調查工作，對地層情況充分認識后，根據所鉆地層巖性，及時調整鉆井液性能，優化鉆井參數，采取必要工程措施，從而順利處理泥頁巖地層。

參考文獻：

[1]劉向君.井壁力學穩定性原理及影響因素分析[J].西南石油學院學報，1995，17（4）：5l-57.

[2]鄧虎，孟英峰.泥頁巖穩定性的化學與力學耦合研究綜述[J].石油勘探與開發，2003，30（1）：109-111.