梁 文 利

中國石化江漢石油工程有限公司頁巖氣開采技術(shù)服務(wù)公司

0 引 言

隨著涪陵頁巖氣勘探開發(fā)向深層發(fā)展，鉆井液技術(shù)主要面臨的關(guān)鍵問題是：深層頁巖氣區(qū)塊微裂縫和裂縫十分發(fā)育，存在膠結(jié)性差的破碎性地層，易發(fā)生井壁剝落、坍塌和惡性漏失等；鉆遇多套復(fù)雜地層，存在多套壓力層系，安全密度窗口窄，出現(xiàn)噴漏同層，承壓能力低，漏失頻繁，大大增加了處理成本和時(shí)效，嚴(yán)重影響涪陵二期產(chǎn)建的勘探開發(fā)進(jìn)程。因此，研究深層頁巖氣復(fù)雜地層的破碎性頁巖井壁失穩(wěn)機(jī)理及技術(shù)對策，對提高鉆井速度，降低鉆井復(fù)雜時(shí)效，具有十分重要的意義。

1 地質(zhì)因素分析

1.1 涪陵破碎性頁巖掉塊巖性分析

將焦頁XX井油基鉆井液鉆進(jìn)的掉塊與龍馬溪組上部地層的巖心進(jìn)行礦物對比分析，確定出掉塊的層位。由于正常軌跡控制在2～4號小層中穿行，鉆井作業(yè)井下均為正常，無復(fù)雜事故發(fā)生，所以將上部地層的巖心和掉塊進(jìn)行礦物組成對比分析（表1）。

由表1可以看出：掉塊的石英含量高，龍馬溪組的其他小號數(shù)巖心石英含量低，基本判斷為五峰組掉塊。

表1 主要礦物組成及含量

1.2 破碎性巖心宏觀分析

在焦頁XX井復(fù)雜處理過程中，采用了油基稠漿攜帶掉塊，觀察4次洗井的過程中攜帶出的掉塊可以看出：4次稠漿攜帶出的掉塊大小形狀相似，外部光滑，棱角基本被磨平，初步判斷是一個(gè)較大的坍塌巖塊經(jīng)過鉆具特別是扶正器的碾壓粉碎成小塊狀，掉塊洗凈、粉碎后發(fā)現(xiàn)碎塊內(nèi)部干燥，認(rèn)為頁巖主要是沿著微裂縫開裂，鉆井液沿著裂縫侵入地層深部，由于油基鉆井液的潤濕性和潤滑性，微裂縫很難恢復(fù)，因此頁巖就沿著裂縫的端面開裂，直至井垮[1-2]（圖1）。

圖1 4次稠漿攜帶出掉塊實(shí)物照片

1.3 焦石壩及平橋區(qū)塊五峰組—馬溪組巖心分析

以焦頁XX井巖心描述為例，取五峰組1號小層巖心進(jìn)行分析（圖2）。

圖2 焦頁XX井五峰組—龍馬溪組柱狀圖（注：1 ft=0.304 8 m ）

由圖2可以看出：第1層，含硅黏土質(zhì)頁巖，巖心有輕微污手現(xiàn)象，硅質(zhì)含量低，小刀易于刻劃，發(fā)育5層斑脫巖薄夾層，筆石化石發(fā)育程度低，構(gòu)造縫欠發(fā)育，層間縫較發(fā)育。

第2層含黏土硅質(zhì)頁巖，巖心污手，硅質(zhì)含量高，小刀難以刻劃，發(fā)育斑脫巖薄夾層；巖心斷面發(fā)育炭質(zhì)鏡面擦痕，筆石發(fā)育程度難以識別；層間縫發(fā)育，巖心呈千層餅狀；構(gòu)造縫發(fā)育，共發(fā)育36條裂縫，多交織呈網(wǎng)狀[3]（圖3）。

2 油基鉆井液性能因素分析

焦頁XX井老井眼在3 900 m以后降低油基鉆井液密度，從1.75 g/cm3降低至1.70 g/cm3，3 900～4 639.72 m井段，采用較低密度的油基鉆井液鉆進(jìn)，后來發(fā)生掉塊、起鉆遇阻后，才將鉆井液密度恢復(fù)至1.75 g/cm3，另外Cl-1含量也偏低。說明五峰組對鉆井液密度敏感性強(qiáng)，鉆井液密度不能足夠支撐頁巖的坍塌壓力，4 291～4 728 m井段層位是五峰組，該地層是破碎性頁巖，在鉆井液柱壓力低于坍塌壓力的時(shí)候，很容易發(fā)生井垮。

新井眼采用高密油基鉆井液，密度從1.70 g/cm3調(diào)整為1.75 g/cm3，使用低失水、高Cl－1含量的油基鉆井液技術(shù)，很順利的完成側(cè)鉆，沒有發(fā)生掉塊等其他復(fù)雜情況[4-5]（表2）。

3 鉆井工程因素分析

焦頁XX井從4 291～4 728 m一直在五峰組穿行，增加了處理垮塌難度；井垮同時(shí)伴隨井漏，鉆進(jìn)排量偏小，不能滿足正常要求。

圖3 焦頁XX井裂縫發(fā)育的巖心

表2 新老井眼油基鉆井液性能

根據(jù)新井眼和老井眼穿行軌跡分析，老井眼在五峰組穿行了437 m，而且是直接穿行，該地層是破碎性地層，很容易發(fā)生井垮。新井眼在五峰組先是穿行58 m，后來調(diào)回龍馬溪組，然后又在五峰組穿行63.5 m，共計(jì)121 m。

因此，三開鉆進(jìn)期間卡準(zhǔn)層位，盡量避免在五峰組1號小層中鉆進(jìn)。

4 技術(shù)對策

4.1 鉆井液技術(shù)對策

五峰組1號小層地層裂縫發(fā)育，容易發(fā)生井壁失穩(wěn)、井漏等復(fù)雜情況，另外由于平橋區(qū)塊地層中含有較多游離性天然氣，在鉆井過程中容易進(jìn)入井眼返出地面，這些對使用的油基鉆井液體系提出了更嚴(yán)格的要求。

1）在靠近該層鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)該調(diào)整好鉆井液性能，特別是鉆井液黏度、破乳電壓和密度，保證鉆井液性能的檢測，避免誤入該層后由鉆井液性能不佳而引起的井下復(fù)雜情況。

2）如果鉆入該層位，應(yīng)該以防塌為前提，調(diào)整鉆井液密度，將密度提高0.05～0.1 g/cm3。

3）強(qiáng)化油基鉆井液的封堵性、降濾失性，可利用強(qiáng)堵技術(shù)在頁巖地層表面形成一層具有一定強(qiáng)度和韌性的類似于橡皮套的屏蔽層來支撐地層，盡可能減少井內(nèi)流體進(jìn)入地層[6]。

4）加強(qiáng)鉆井液的抑制性，保持高的乳化性能（保證較高的破乳電壓值），提高鉆井液的油水比例，保證在90∶10以上，甚至采用全油基鉆井液，從而避免破碎性頁巖地層井壁失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 鉆井工程技術(shù)對策

1）鉆遇五峰組破碎性頁巖后，要根據(jù)振動篩返出掉塊采取相應(yīng)的對策，確保井內(nèi)施工安全。在發(fā)現(xiàn)井內(nèi)出現(xiàn)掉塊后立刻循環(huán)起鉆，簡化鉆具組合處理復(fù)雜井段，堅(jiān)持鉆具中接入強(qiáng)力震擊器，為發(fā)生復(fù)雜情況后的處理留有余地。

2）如果井內(nèi)持續(xù)有失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn)，起鉆前可以采用打入兩段稠泥漿塞，使用小排量沖刷“大肚子”井眼中的掉塊，等待稠塞出裸眼段后，使用大排量將掉塊循環(huán)至井口，在多次下鉆無法順利探底的情況下，使用纖維類材料增強(qiáng)鉆井液的物理攜砂能力，從而達(dá)到清理井眼的目的。

3）打開破碎帶井壁嚴(yán)重垮塌期間，使用?215.9 mm鉆頭劃眼有較大卡鉆風(fēng)險(xiǎn)?？梢允紫仁褂们烦叽玢@頭劃眼至井底，使用纖維類稠漿攜帶出井下大量掉塊后（特別情況下，可以配制密度2.80 g/cm3的油基重漿段塞進(jìn)行帶砂，將井底掉塊攜帶至地面），再使用?215.9 mm鉆頭下鉆處理井眼。

4）劃眼期間如果井內(nèi)持續(xù)存在井壁垮塌現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)輕微憋泵時(shí)，需要立即降低排量，確保鉆具持續(xù)旋轉(zhuǎn)，等泵壓回0，使用小排量頂通后，緩慢提高排量，如果停泵壓力不回0，首先上提下放，開頂驅(qū)活動鉆具使得泵壓回0，避免放回水期間鉆頭水眼被堵[6]。

5 結(jié)論及建議

1）油基鉆井液環(huán)境下頁巖井垮的主要因素是地質(zhì)，特別是1號小層五峰組頁巖是破碎性頁巖，打開該地層很容易發(fā)生井垮。

2）為了防止破碎性頁巖地層發(fā)生井垮，盡量不在或者少在五峰組層位中鉆進(jìn)。

3）破碎性地層是鉆井技術(shù)的難題，對油基鉆井液性能提出更高要求，強(qiáng)化油基鉆井液的封堵性能和快速封堵能力，保持高油水比例，甚至可采用全油基鉆井液體系，提高鉆井液密度，保持合適的壓力窗口防漏、防垮。

4）隨著頁巖氣的深層開發(fā)，不可避免遇到破碎性頁巖地層，需要進(jìn)一步開展針對性的攻關(guān)研究，為高效開發(fā)提供良好的技術(shù)支撐。

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