徐清

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司， 黑龍江 大慶 163000）

隨著大慶油田勘探開發(fā)力度的不斷加大，松遼盆地北部深層火成巖地層成為勘探開發(fā)的重點(diǎn)。該類地層橫向分布、非均質(zhì)性強(qiáng)、微裂縫較發(fā)育、夾薄層碎屑巖，含大量破碎帶，裂縫內(nèi)半充填或全充填方解石及黏土礦物，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，漏失和井壁坍塌情況時(shí)有發(fā)生。為進(jìn)一步解決該類地層因裂縫、破碎帶引起的復(fù)雜問題，有必要對(duì)該類地層的井史資料進(jìn)行全面、系統(tǒng)的剖析，通過資料研究，獲悉裂縫破碎帶等復(fù)雜層的分布情況、巖性及地質(zhì)特點(diǎn)、裂縫發(fā)育情況等數(shù)據(jù)[1][2]。此外，現(xiàn)有的封堵評(píng)價(jià)設(shè)備，無法滿足該類地層模擬評(píng)價(jià)的需求，還需建立適用于微裂縫地層的封堵評(píng)價(jià)方法，以便為后續(xù)進(jìn)行井壁強(qiáng)化技術(shù)和防漏堵漏技術(shù)研究提供基礎(chǔ)。

1 大慶深層復(fù)雜情況統(tǒng)計(jì)

2006年至2016年大慶鉆探在松遼盆地北部深層共鉆探116口深井，其中深層直井103口，深層水平井13口。從復(fù)雜事故類型、區(qū)塊、層位等方面進(jìn)行系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生復(fù)雜的深井主要在徐家圍子斷陷和安達(dá)斷陷等地區(qū)，復(fù)雜層位集中于登婁庫組、營城組和沙河子組。其中94口井均發(fā)生不同程度的井下復(fù)雜，占總井?dāng)?shù)的81%。

對(duì)汪深1-平1井等7口井的深部復(fù)雜情況及損失時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜類型以坍塌和深部漏失為主，登婁庫組復(fù)雜時(shí)率大于17%，徐深8平1井及徐深23井，營城組和火石嶺組復(fù)雜時(shí)率高達(dá)20%以上，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度。

2 大慶深層復(fù)雜地層巖性及地質(zhì)特點(diǎn)

鉆井過程中井眼穩(wěn)定性與地層巖性及地質(zhì)特點(diǎn)密切相關(guān)，通過收集復(fù)雜層位的取心資料，開展巖石礦物類型和特性、巖石孔隙結(jié)構(gòu)及物性研究，從而對(duì)復(fù)雜層巖性及地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)概括[3][4]。

本文主要對(duì)松遼盆地的升深、徐深、汪深和達(dá)深區(qū)塊的登婁庫組以下巖心進(jìn)行了礦物組構(gòu)分析，分析手段主要為X射線衍射分析、掃描電鏡分析和鑄體薄片分析，從而確定該類區(qū)塊的礦物組成、孔隙度分布、裂縫和微裂縫發(fā)育情況。

2.1 X射線衍射分析

X射線衍射分析可以得到待分析地層的黏土礦物的絕對(duì)含量和相對(duì)含量。從分析結(jié)果可知，徐家圍子斷陷深層火成巖局部發(fā)育粘土礦物，其共生狀態(tài)為：粒間共生次生石英與長(zhǎng)石等斑晶；表面貼附伊利石和綠泥石；粒間孔隙中充填綠泥石等。以綠泥石和伊利石為主，含少量伊蒙混層。伊利石和綠泥石的水化程度較弱，僅有較少的層間水化和晶格膨脹，間層的粘土礦物吸水膨脹率低，容易造成層間散裂，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。

2.2 掃描電子顯微鏡分析

掃描電子顯微鏡分析主要對(duì)礦物的形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)等進(jìn)行物理、化學(xué)性質(zhì)分析，能夠給出巖石孔隙系統(tǒng)中微粒的類型、大小、含量、共生關(guān)系等資料。通過掃描電子顯微鏡觀察，火成巖顆粒排列緊密，大部分顆粒呈鑲嵌狀，顆粒表面及粒間生長(zhǎng)次生石英，對(duì)升深203井等20余組巖樣進(jìn)行掃描電鏡分析，結(jié)果表明，徐家圍子斷陷深層火山巖，巖性致密、堅(jiān)硬、部分顆粒呈鑲嵌狀，孔隙發(fā)育差，連通性差，主要為裂隙孔，表面貼附伊利石。與X射線衍射分析所得的巖石情況一致。

2.3 鑄體薄片分析

鑄體薄片技術(shù)是巖相學(xué)分析常規(guī)技術(shù)之一，應(yīng)用光學(xué)顯微鏡觀察薄片，可以研究巖石顆粒之間接觸關(guān)系、膠結(jié)類型、膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)及估計(jì)巖石的強(qiáng)度。

通過鑄體薄片分析可知，徐家圍子斷陷深層火成巖呈斑狀粗面結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)和凝灰結(jié)構(gòu)，含少量粉砂巖和泥巖。粉砂巖：成分以石英、長(zhǎng)石為主，泥質(zhì)膠結(jié)，致密，分選中等，磨圓呈次棱角狀，具泥質(zhì)細(xì)紋，含泥礫及黃鐵礦。泥巖：質(zhì)不純，含砂，膠結(jié)物為泥質(zhì)，泥質(zhì)與火山灰相混。鏡下觀察的22塊樣品中，20塊存在線狀或管狀微裂縫，裂縫寬度范圍在10～1200μm之間，形態(tài)不規(guī)則，長(zhǎng)度不等。

2.4 裂縫發(fā)育情況分析

通過巖石組構(gòu)分析，徐家圍子斷陷深層火山巖大多發(fā)育裂縫，儲(chǔ)層類型多為孔隙和裂縫雙介質(zhì)。由于存在大量裂縫、微裂縫發(fā)育，鉆井過程中易發(fā)生鉆井液漏失現(xiàn)象。對(duì)于充填或部份充填的裂縫，充填物的強(qiáng)度與巖體的強(qiáng)度差別很大，當(dāng)鉆井液浸入，并與其中的粘土礦物發(fā)生作用，一方面由于泥質(zhì)水化造成充填物本身強(qiáng)度降低，同時(shí)黏土的水化膨脹會(huì)造成應(yīng)力集中，造成部分井段坍塌?；鸪蓭r以構(gòu)造縫為主，成巖縫次之，溶蝕縫局部發(fā)育，構(gòu)造縫主要發(fā)育在流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r和晶屑凝灰?guī)r中，成巖縫以晶屑凝灰?guī)r最為發(fā)育，其次是熔結(jié)凝灰?guī)r、火山角礫巖和流紋巖。通過地面的巖心觀察可以發(fā)現(xiàn)，裂縫寬度一般為0.1～1.0mm，小縫占80%左右。裂縫長(zhǎng)度為3～160cm，平均15.46cm，長(zhǎng)度在5～20cm范圍內(nèi)的裂縫占70%左右。因此火山巖裂縫發(fā)育程度較高。

3 微裂縫封堵評(píng)價(jià)方法的建立

目前，評(píng)價(jià)裂縫封堵效果的主要方法是砂床堵漏實(shí)驗(yàn)和不銹鋼縫板堵漏實(shí)驗(yàn)，上述方法不能真實(shí)地模擬鉆井液在微裂縫地層中的漏失過程，對(duì)堵漏材料的封堵效果評(píng)價(jià)也不理想。

3.1 封堵評(píng)價(jià)裝置設(shè)計(jì)

為了更好地模擬微裂縫地層，設(shè)計(jì)了新型微裂縫封堵模擬裝置，根據(jù)鉆井液用高溫高壓失水儀的溫度、壓力控制原理，設(shè)計(jì)加工不銹鋼巖心套（見圖1a），使用超細(xì)水泥和微米級(jí)鋁箔在水泥套中澆筑人工微裂縫（縫寬10～200μm可調(diào)），配合設(shè)計(jì)加工的泥漿杯（見圖1b），可模擬地層巖心與鉆井液的接觸狀態(tài)、模擬鉆井液在巖心裂縫中的滲濾深度，通過模擬地層溫度、壓力，使評(píng)價(jià)方法更加接近地層的真實(shí)情況，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖2。

圖1 新型微裂縫封堵評(píng)價(jià)裝置組件設(shè)計(jì)圖

3.2 模擬裂縫微觀觀察

應(yīng)用DSX500工業(yè)光學(xué)顯微鏡對(duì)天然巖心裂縫、傳統(tǒng)鋼板模擬裂縫和本文研制的模擬巖心裂縫進(jìn)行微觀對(duì)比觀察，主要從裂縫的生長(zhǎng)形態(tài)和裂縫剖面光滑度開展研究。其中圖3對(duì)比了天然巖心裂縫、光滑鋼板和本項(xiàng)目模擬巖心裂縫的生長(zhǎng)狀態(tài)。圖4對(duì)比了三者在顯微鏡下放大100倍切面的光滑程度。

圖3 裂縫生長(zhǎng)形態(tài)對(duì)比

圖4 裂縫切面光滑度對(duì)比

由圖3對(duì)比可以看出，傳統(tǒng)鋼板模擬的裂縫縫寬不可調(diào)、裂縫走向單一，而模擬巖心裂縫可通過鋁箔厚度調(diào)整縫寬，且裂縫走向蜿蜒，具有不規(guī)則的裂縫端面，與地層真實(shí)裂縫相似。由圖4對(duì)比可以看出，裂縫切面被局部放大后，天然巖心表面粗糙、多孔隙，鋼板表面光滑平整，可見極少量碳化點(diǎn)，而模擬巖心表面粗糙、多孔，可見不規(guī)則波紋生長(zhǎng)，與天然巖心擬合度高。因此，本文設(shè)計(jì)的微裂縫封堵模擬裝置能夠更好地表征天然裂縫的形態(tài)。

4 結(jié)論及建議

（1）大慶深部地層復(fù)雜類型以坍塌和漏失為主，登婁庫組、營城組和沙河子組為主要易發(fā)生事故地層，該類火山巖地層以綠泥石和伊利石為主，含少量伊蒙混層，伊利石和綠泥石的水化程度較弱，容易造成層間散裂，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。

（2）通過已獲取的巖心觀察分析可知，裂縫寬度一般為0.1～1.0mm，小縫占80%左右。裂縫長(zhǎng)度為3～160cm，平均15.46cm，長(zhǎng)度在5～20cm范圍內(nèi)的裂縫占70%左右，因此易發(fā)生漏失。

（3）研發(fā)的微裂縫封堵評(píng)價(jià)裝置儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模擬縫面粗糙，與地層巖性接近，縫寬10～200μm可調(diào)，能夠有效模擬微裂縫裂性地層的漏失，可用于各類橋塞堵漏材料研選。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 徐同臺(tái)，劉玉杰，申威等編. 鉆井工程防漏堵漏技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997.

[2] 徐同臺(tái)，崔茂榮，王允良等編. 鉆井工程井壁穩(wěn)定新技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1999.

[3] 梁大川，王林. 鉆井液和泥頁巖間的傳遞作用對(duì)井壁穩(wěn)定的影響[J].天然氣工業(yè)，1999，19(3)：58-60.

[4] 王燕，王平全，熊繼有，等. 物理法隨鉆防漏堵漏技術(shù)與鉆井液研究現(xiàn)狀[J].斷塊油氣田，2008，15(1)：93-94.