大庆松辽深部地层钻井液技术研究_朱科源.pdf

2020年第9期西部探矿工程 * 收稿日期 2019-11-20 第一作者简介 朱科源 （1982-） ， 男 （汉族） ， 山东莒南人， 工程师， 现从事钻井液技术服务工作。 大庆松辽深部地层钻井液技术研究 朱科源*1， 张瑞林 2 （1.大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院， 黑龙江 大庆 163413； 2.大庆钻探工程公司钻井一公司， 黑龙江 大庆 163000） 摘要 大庆探区的深井主要分布于松辽盆地北部， 深层火成岩地层横向分布、 非均质性强、 微裂缝 较发育、 夹薄层碎屑岩， 含大量破碎带， 裂缝内半充填或全充填方解石及粘土矿物， 钻进过程中普遍 存在不同程度的漏失和井壁失稳问题， 严重影响了深层天然气井的安全钻进。通过研究大庆松辽深 部地层的地质情况， 从钻井液角度针对性地给出了钻井技术方案， 从而为大庆深部地层安全高效钻 井提供技术支持。 关键词 大庆深层； 高效钻进； 钻井液 中图分类号 TE2 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202009-0062-02 随着大庆油田勘探开发力度的不断加大， 松辽盆 地北部深层火成岩地层成为勘探开发的重点。该类地 层横向分布、 非均质性强、 微裂缝较发育、 夹薄层碎屑 岩， 含大量破碎带， 裂缝内半充填或全充填方解石及粘 土矿物， 地质结构较为复杂， 漏失和井壁坍塌情况时常 发生。如何在该类地层安全高效钻进， 成为需要解决 的难题。本文通过对大庆松辽盆地深部地层的地质特 点分析， 给出了地层的裂缝特点及岩石特性， 并从钻井 液角度针对性地给出了安全高效的钻井施工方案。 1大庆深层复杂情况及地质特点 钻井过程中井眼稳定性与地层岩性及地质特点密 切相关， 通过收集复杂层位的取芯资料， 开展岩石矿物 类型和特性、 岩石孔隙结构及物性研究， 从而对复杂层 岩性及地质特点进行总结概括[1]。 通过分析大庆钻探在松辽盆地北部深层的钻井数 据发现， 发生复杂的深井主要在徐家围子断陷和安达 断陷等地区， 复杂层位集中于登娄库组、 营城组和沙河 子组。坍塌和漏失为主要复杂形式。 徐家围子断陷深层火成岩局部发育粘土矿物， 其 共生状态为 粒间共生次生石英与长石等斑晶； 表面贴 附伊利石和绿泥石； 粒间孔隙中充填绿泥石等。以绿 泥石和伊利石为主， 含少量伊蒙混层。伊利石和绿泥 石的水化程度较弱， 仅有较少的层间水化和晶格膨胀， 间层的粘土矿物吸水膨胀率低， 容易造成层间散裂， 导 致井壁失稳。 徐家围子断陷深层火山岩大多发育裂缝， 储层类 型多为孔隙和裂缝双介质。由于存在大量裂缝、 微裂 缝发育， 钻井过程中易发生钻井液漏失现象。对于充 填或部份充填的裂缝， 充填物的强度与岩体的强度差 别很大， 当钻井液浸入， 并与其中的粘土矿物发生作 用， 一方面由于泥质水化造成充填物本身强度降低， 同 时粘土的水化膨胀会造成应力集中， 造成部分井段坍 塌。火成岩以构造缝为主， 成岩缝次之， 溶蚀缝局部发 育， 通过地面的岩芯观察可以发现， 裂缝宽度一般为 0.1～1.0mm， 小缝占80左右。裂缝长度为2～150cm， 平均14.67cm， 火山岩裂缝发育程度较高。 2钻井液技术对策 2.1前期准备 良好的钻井液循环及固控装备是保障钻井施工安 全高效的前提。 循环系统方面 保证一套单独钻井液的储备罐 （带 搅拌器和泵送设备） ， 地面循环量不少于120m3， 地面罐 不少于4个， 用于配制新钻井液。在钻井液罐配浆前， 认真测量每个罐、 每个仓的有效容积， 并全面掌握钻井 液泵、 加重泵、 剪切泵、 灌注泵、 水管线、 一体机等循环 设备的流程路线。钻进中各循环罐中搅拌器连续运 转。要求配备1个容积为2～4m3带搅拌器的加药池。 确保钻井液罐中搅拌器完好、 搅拌功率满足要求、 运转 62 ChaoXing 2020年第9期西部探矿工程 正常。钻井液泵和砂泵能够任意抽取某一个罐中的钻 井液。钻井液循环罐连接密封完好， 要求加重泵能够 与任意钻井液罐连通， 便于配浆和日常维护； 钻井液泵 配置两台， 配齐常用配件， 保证两台钻井液泵均能正常 运转和钻井使用。配备专用配浆设备， 加重设备与剪 切泵完好、 运转正常。加重砂泵和加重漏斗能随时满 足现场配制钻井液作业。蝶阀、 海底阀及各连接控制 阀门密封完好、 开关灵活。 固控设备方面 高频振动筛 2～3 台， 使用率 100。振动筛装60目以上筛布， 运转正常， 满足施工 要求， 必须配置冲洗筛面的高压水枪； 除砂除泥一体机 1台， 二开后全天开启。除砂除泥一体机连接完好， 旋 流压力不低于0.2MPa， 清洁器能使用不低于200目筛 布， 运转正常， 不跑浆； 离心机2台， 高速、 中速各1台， 根据现场钻井液性能确定使用时间。离心机连接完 好、 运转正常 （单台离心机处理能力不低于30m3/h。 2.2钻井液性能控制 深部地层钻进过程中， 由于井下温度高， 裸眼井段 长， 对钻井液的粘度、 切力和抗温性等有较高要求[2-3] ①需要优选抗温能力强的处理剂， 处理剂本身的抗温 性是保障钻井过程中流变性不发生大幅度波动的基 础， 控制HTHP失水小于15mL， 泥饼厚度小于2.5mm； ②需要控制较低的固相含量， 高温钻井液流变性波动 和固相含量非常密切， 保持较低的固相含量， 则流变性 较容易控制， 反之则容易出现高温增稠和高温降粘等 现象， 可在钻进过程中利用化学絮凝和四级固控来清 除有害固相。 2.3预防与处理井壁失稳 2.3.1钻井液密度控制 针对易发生井壁失稳的地层， 在钻进过程中， 要以 力学平衡控制为主， 以处理剂封堵为辅， 首先依靠钻井 液密度来预防井壁失稳现象的发生。 2.3.2强化钻井液封堵性能 在钻进至易坍塌井段前， 及时补充沥青类防坍剂、 屏蔽暂堵剂等封堵剂， 并可配合纳米材料及多元醇进 行封堵， 从而减少滤液进入地层。 2.3.3制定合理的施工措施 钻井过程中， 需制定合理的钻井液工程措施， 并严 格执行 控制起下钻速度并在下钻过程中分段循环从 而避免压力激动； 发生井壁失稳后， 应在适度活动钻具 的同时首先小排量循环， 然后逐步加大排量， 并适当提 高钻井液粘切， 从而清洁井眼。加大降滤失剂和封堵 剂用量， 进一步提高钻井液的防塌抑制能力， 如经上述 处理后， 垮塌现象仍有发生， 则考虑适当增加钻井液密 度[3]。 2.4预防与处理井漏 防漏措施 按照设计提示， 在钻遇易漏失地层提前 100m时， 补充非渗透桥接剂和小颗粒随钻堵漏剂， 并 保持钻井液中随钻堵漏的含量， 从而达到提前封堵预 防漏失的目的[4-5]； ②在满足井控安全的前提下， 将钻井 液密度控制在设计上限， 减小钻井液对地层的压力， 防 止因钻井液密度过高造成的漏失； ③调整钻井液粘切， 保证井眼净化效果， 降低激动压力； ④优化堵漏配方， 根据不同漏速和漏失特点， 选用合适的堵漏剂浓度和 颗粒级配。 3结论及建议 （1） 大庆深部地层复杂类型以坍塌和漏失为主， 登 娄库组、 营城组和沙河子组为主要易发生事故地层， 该 类火山岩地层以绿泥石和伊利石为主， 含少量伊蒙混 层， 伊利石和绿泥石的水化程度较弱， 容易造成层间散 裂， 导致井壁失稳。 （2） 大庆深层火山岩裂缝发育， 储层类型多为孔隙 和裂缝双介质。由于存在大量裂缝、 微裂缝发育， 钻井 过程中易发生钻井液漏失现象。 （3） 在大庆深部地层安全高效钻进的要点是 制定 详尽合理的施工措施， 控制钻井液性能稳定， 加强钻井 液的防塌抑制能力， 在坍塌和漏失发生后按照合理的 技术方案进行处理。 参考文献 [1]鄢捷年.钻井液工艺学[M].石油大学出版社,2001. [2]徐同台,刘玉杰,申威,等.钻井工程防漏堵漏技术[M].北京石 油工业出版社,1997. [3]王燕,王平全,熊继有,等.物理法随钻防漏堵漏技术与钻井液 研究现状[J].断块油气田,2008,15193-94. [4]韩玉玺, 李云贵.孔隙、 裂缝性漏失层防漏堵漏技术[J].油田 化学， 2010， 273 239-241． [5]梁大川,王林.钻井液和泥页岩间的传递作用对井壁稳定的 影响[J].天然气工业， 1999,19358-60. 63 ChaoXing