库车山前地区复杂地层性能测试与钻井液对策.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报2 0 1 3 年 1 o 月 第 3 5 卷 第 1 o 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I O c t ． 2 0 1 3 V o 1 ． 3 5 N o ． 1 0 库车 山前地 区复杂地层 性能测试与钻 井液对策 牛 晓 ，方俊伟 中石化西北油田 分公司 工程技术研究院， 新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 1 岳 前升 ，白超 峰 长江大学化学与环境工程学院， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 [ 摘要]库车 凹陷储层埋藏深 ，压力系统异常 ，盐膏层发育，钻井周 期长 ，井下复 杂情况较 多。复杂地 层 X 一 射线衍射分析结果表 明，吉迪克组、苏维依组和 巴什基 奇克组发 育 膏层并含 有方解 石，黏土 矿物 以伊 利石和绿泥石为主。扫描 电镜 分析表 明，岩石较致 密，颗粒充填 片状 泥质，微孔 隙不 同程度 发育。对 于 盐膏层较发育的吉迪克组和苏维依组，钻井液应 以盐水基钻 井液 为主并 以适 宜 的钻 井液 密度来 应对 盐膏 层 的蠕变和溶解 ；对于舒善河 组具有 一定活 性泥岩 应提高 钻井 液抑制 性并采 用适 宜的 密度 以稳 定井壁 。 由于该 区存在 多压力 系统 ，应保持高密度条件下钻井液具有较好的流变性。 [ 关键词] 库车山前构造 ；复杂地层 ；理化性能 ；井壁稳定 ；钻井液 [ 中圈分类号]T E 2 5 4 [ 文献标志码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 3 1 0 0 1 3 4 0 4 库车山前地区属天山山前冲积扇和山前冲积平原 ，是中石化西北油 田分公司重点油气勘探和开发区 域之一。该区主要钻遇地层有西域组、库车组 、康村组 、吉迪克组 、苏维依组、库姆格列木群 、巴什基 奇克组 、巴西盖组 、舒善河组 。其 中吉迪克组以上为正常压力地层 ；吉迪克组盐膏泥发育 ；苏维依组压 力梯度异常 ；舒善河组泥岩活性较强，井壁失稳问题比较突出。库车山前井区储层埋藏深、钻遇地层复 杂 ，钻井过程中存在机械钻速低、钻井周期长、井下复杂事故频发等难题口 ] 。通过对该地区复杂地层 矿物成分进行 x射线衍射 、扫描 电镜、膨胀性和分 散性 等测试分析 ，研究 了该 区复杂地层理化性能 ， 为钻井液技术措施选择提供依据。 1 样品获取 目前在 库车 山前构 造带 探井 主要 有大 沽 1 井 、大 沽 2井 、大 沽 3井 、库 1井 和库 2 井 等 。研究 所用 样 品主要是 这些 已钻井 出现 的掉块 或钻 屑 见表 1 。 2 测试 方法 2 ． 1全岩 矿物 和黏 土矿 物分析 表 1 样 品来 源及 明细 选用型号为 D／ ma x - 2 2 0 0多晶 x 一 射线衍射仪 。每种矿物晶体都有其特定的 x 一 射线衍射图谱 ，试样 中某 种矿 物 的质 量分 数与 其衍 射峰 的强度 成 正相关 关 系 。沉 积岩 中黏 土矿物 总量 和常见 非黏 土矿 物质量 分数采用 K值法计算 ] 1 丁 X 一 l i 1 0 0 1 』、 z 』 c 0 r 式 中 X 为试 样 中 i 矿物 的质 量分数 ， ； K 为 i 矿物 的参 比强度 ； I 为 i 矿物某 衍射 峰 的强度 ； J 。 为 刚玉 [ 收稿日期]2 0 1 3 0 6 1 8 [ 基金 项目] 国家科技重大专项 2 o 1 1 Z X 0 5 0 4 9 0 2 0 2 。 [ 作者简介 ]牛晓 1 9 7 7一 ，女 ， 2 0 0 0年大学毕业 ，高级工程师 ，现从事钻井液设 计及相关研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5卷第 1 O期 牛晓 等 库车山前地区复杂地层 性能测试与钻井液对策 某衍射峰的强度 。 2 ． 2扫 描 电镜分 析 选用型号为 KYKY- 2 8 0 0扫描电子显微镜 ，加速电压 2 O k V，观察 3 0 0 0 6 0 0 0倍下黏土矿物集合体 形 态特 征[ 8 ] 。 2 ． 3 膨 胀 率‘ 将样 品粉碎 ，干燥 ，过 。1 0 0目筛 ；称取 1 0 g ，在 5 MP a 压制 1 0 mi n成为圆柱形 ；在 8 0 C、3 ． 5 MP a 条件下 ，采用高温高压智能型膨胀性测定仪测其在一定流体 中的膨胀率。 2 ． 4 分 散 性 ． 将泥岩钻屑或掉块过 6 ～1 0目筛 ；在 1 2 0 C、1 6 h滚动老化后用 4 O目筛子 回收 ，并计算其在清水中 的回收率 。 3 结果分析 3 ． 1 全 岩 矿物 和黏 土矿 物分 析 岩样 的全岩矿物和黏土矿物分析结果见表 2和表 3 。从表 2可以看 出，所有岩石样品中均含有一定 量的方解石 ；吉迪克组 、苏维依 组和 巴什基奇克 组都含有 石膏，其 中吉迪克组石 膏质量分数最高 为 1 9 ． 6 。从表 3 可以看出，黏土矿物中以伊利石、伊一 蒙混层和绿泥石为主，蒙脱石在伊一 蒙混层中的质 量分数 比绿一 蒙混层低 ，虽然埋藏较深 ，仍具有一定的水化膨胀和分散能力。 、 表 2 库车 凹陷样 品全岩 矿物 样品 矿物种类及 其质量分数／ 黏土矿物 钾长石 斜长石 方解石 白云石 角闪石 重晶石 黄铁矿 赤铁矿 石膏 总质量分数／ 一 1 3 ． 9 2 5 ． 3 一 一 一 一 2 ．2 1 2 ． 1 1 ． 3 9 ． 3 2 4 ． 2 4 ． 4 0 ． 8 3 ．3 一 一 3 2 ． 5 8 ． 4 1 8 ． 1 6 ． 1 4 ． 2 一 一 一 一 一 1 9 ． 7 一 l 1 ． 7 1 1 ． 0 一 一 7 ． 9 5 ．9 3 0 ． 8 1 ． 5 1 4 ． 7 9 ． 3 1 0 ． 2 6 1 9 ． 6 1 7 ． 8 0 ． 7 1 6 ． 2 5 ． 2 4 ． 5 1 ． 5 7 ． 4 一 一 1 6 ． 6 2 7 ． 6 0 ． 4 7 ． 6 1 1 ． 5 0 ． 7 一 一 一 6 ． 7 5 5 ． 1 5 ． 4 5 ． 6 1 8 ． 8 一 一 一 一 2 ．8 2 ． 8 2 3 ． 3 3 ． 2 扫 描 电镜分 析 舒善河组 、吉迪克组 、苏维依组和巴什基奇克组扫描 电镜 S E M结果 比较相似，岩样 比较致密 ， 颗粒 充填 片状 泥质 。吉迪 克组 部分 颗粒 和微 孔 隙被盐 膏 物所 充填 见 图 1 ～4 。 英 一 石一 稆 加 H 们 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5 卷 第 1 O期 牛晓 等 库车山前地区复杂地层性 能测试与钻井液对 策 表 4所示 ，舒善河组泥岩 回收率最低 为 8 ． 2 4 ％ ，其 次为吉迪克组 ，巴什基奇 克组泥岩 回收率 最高 为 4 O ． 1 8 。清水 回收率越低意味着分散性越强。 表 4 钻屑 分散性试验结果 4 钻井液对策 库车 山前 地 区钻井 面 临的 主要技 术挑 战 有 以下几 方 面 吉迪 克组 大套 盐 膏泥 造成 蠕变 缩径 问题 ；苏 维依组、库姆格列木群和巴什基奇克组的高压盐水层和高压气层造成的多压力系统并存难题 ；舒善河组 的水敏性地层井壁垮塌失稳问题 ；井深造成的钻井液抗温性问题 。因此 ，钻井液技术对策主要有以下几 方面 对于吉迪克组盐膏泥共存问题 ，应采用高密度强抑制性盐水基抗钙钻井液 ，以高密度盐水钻井液 来抑制盐膏层的蠕变和溶解速率 ，并增强钻井液的抗钙侵能力 ；苏维依组至 巴什基奇克组应采用高密度 强封堵钻井液技术来应对多压力系统地层 ；舒善河组应采用强抑制性钻井液 。钻井液与地下岩石相互作 用 包 括力学 和 化学 两方 面 ，力学 方 面主要 指 钻井 液液 柱对 地层 的支撑 作用 ，化学 作用 指钻 井 液对地 层 岩 石的水化和封堵作用。从库车山前复杂地层岩样理化性能测试结果来看 ，高伊利石化泥岩井下主要表现 以掉块 为 主 。因此 ，钻 井液 在 防塌性 能上 应 以力 学为 主 ，即选 择 适宜 的钻 井 液密 度 ；同时注重 提高 钻井 液 的 封堵 能力 ，尤其 是 微细 小孔 隙 和微裂 缝 的封 堵能 力 以保证 钻 井液 液柱 压力 能 有效 支撑 井壁 。 5 结论与认识 1 库车山前复杂地层测试表明 ，岩样含有一定量的黏土矿物，黏土矿物以伊利 石或伊一 蒙混层为 主，蒙脱石在伊一 蒙混层中的混层 比较绿一 蒙混层低；岩样胶结较致密，微孔隙有一定程度 的发育，多被 磷片状泥质充填颗粒充填片状泥质 ，片状伊一 蒙混层矿物较发育；舒善河组 泥岩较 巴什基奇克组泥岩钻 屑活性要强，其清水回收率更低而膨胀率则更高；吉迪克组盐膏层发育。 2 吉迪克组大套盐膏层溶解 与蠕变和深部高压地层井控问题是库车山前构造带钻井液遇到的主要 技术挑战，钻井液技术措施应以提高钻井液 的抑制性 、封堵性和高密度条件下的流变性为主 ，以应对盐 膏层溶解和蠕变、舒善河组活性泥岩垮塌和下部高压地层安全钻井 。 [ 参考文献] E l i牛 晓，沈青 云，于培志 ，等 ．阳离子悬乳液钻 井液在 塔河油 田定向井的应用 E J ]．钻井液与完井液 ，2 0 1 1 ，2 8 1 8 1 ～8 3 ． [ 2 3牛 晓，王悦 坚，刘 庆来 ，等 ．秋南 1 井 高密度钻井液 应用技 术 E J ]．钻井液与完井液 ，2 0 0 8 ，2 5 5 3 2 3 4 ． [ 3 ]侯 冰 ，陈勉 ，卢 虎 ，等 ．库 车山前下第 三系漏 失原因分析及堵漏方法 E J ]．石油钻采工艺 ，2 0 0 9 ，3 1 4 4 0 4 4 ． E 4 - 1曾联 波，王贵文 ． 塔里木 盆地库 车山前 构造 带地应 力分布特征 [ J ]．石油勘探与开发 ，2 0 0 5 ，3 2 3 5 9 6 0 ． E s ] 张福 祥，王新海 ，李元斌 ，等．库车山前裂缝 性砂 岩气层裂缝对地层渗透率的贡献率 [ 刀 ．石油天然气学报 江汉石油学 院学报 ， 2 0 1 1。 3 3 6 1 49 ～ 1 5 2 ． E 6 3 S Y／ T 6 2 1 O 一 1 9 9 6 ，沉积岩 中粘土矿物总量和常见非粘 土矿物 X射线衍射定量分析方法 E s ]． E 7 ]S Y／ T 5 1 6 3 -- 1 9 9 5 ，沉积岩粘土矿物相对含量 x射线衍射分析方法 [ s ]． E 8 3 GB ／ T 1 7 3 6 1 -- 1 9 9 8 ，沉积岩中 自生粘土矿物扫描电子显微镜及 x射线 能谱鉴定方法E s ]． 、 [ 编辑] 帅群 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m