克拉玛依油田水平井钻井过程中井眼稳定措施研究

李玥

摘 要：水平井因其能提高单井原油产量已经在克拉玛依油田得到了广泛的推广应用。然而在该地区水平井钻井过程中常会出现井壁井眼失稳问题，如克拉玛依九区浅层欠压实地层井眼稳定问题以及石西、莫北地区深部硬脆性泥岩剥蚀掉块坍塌问题等，严重影响了钻井时效，甚至出现钻井事故。基于此，为彻底解决井壁井眼失稳问题，开展了井眼稳定关键技术研究。本文针对克拉玛依油田特殊的地质构造， 在分析了影响目的区块水平井稳定性的主要因素基础上，提出了水平井钻井过程中不同层段井眼井壁失稳解决方案，取得了良好的应用效果。

关键词：水平井钻井；井眼稳定措施；克拉玛依油田

保持井壁井眼稳定性是油气钻井工程中的主要问题之一，水平井钻井过程中，由于钻井液的物理、化学特性的影响、页岩发生不同程度的水化现象，一方面地层中产生水化膨胀应力；另一方面又削弱了井壁岩石的力学强度，由此导致了井壁失稳的发生。造成井壁失稳的原因很多，包括天然和人为的两个方面，需要针对具体区块情况展开分析，进而寻找合适的措施解决。

1 浅层欠压实地层井眼稳定问题

1.1 井壁失稳的原因

以克拉玛依九区稠油油藏为例，造成井壁失稳的主要因素为力学因素和物理化学因素，力学因素是因为钻遇地层埋深浅，地层欠压实和胶结强度低；物理化学因素是因为砂泥岩互层，泥质成分中粘土矿物成分主要以高岭石和伊蒙混层矿物为主，这类地层属于低活性、水化膨胀性弱、分散性强的地层。

1.2 技术应对措施

1.2.1 确定合理的钻井液密度

钻井液使用密度应保持对地层正压差。

1.2.2 钻井液物理化学性质

①通过控制低的PH值来减弱泥质成分中高岭石、伊蒙混层的水化；使用封堵型钻井液，控制钻井液滤失量；②采用加入足量胶体沥青的方法。胶体沥青与稠油性质基本一致，它能吸附在井壁上形成一层保护膜保护稠油不被溶解，能保持和提高井壁强度。

1.3 应用效果

进行了十几口井的现场应用。造斜段及水平段钻井液使用密度为1.15 g/cm3～1.20g/cm3，采用低固相聚合物暂堵体系，即加入胶体沥青、WC-1、QCX-1作为封堵剂；实际施工过程中未发生与井眼稳定相关的复杂情况。

2 深部硬脆性泥岩井眼稳定问题

2.1 井壁失稳的原因

以克拉玛依石西、莫北、盆五等油田为例，这些油田水平井钻井过程中井壁井眼失稳机理主要有以下几个方面：

2.1.1 地质原因

这类泥页岩地层主要位于中深部，在侏罗系、三叠系、二叠系和石炭系均有分布，以弱膨胀性粘土矿物为主，主要成分是伊利石、伊/蒙混层和少量高岭石、绿泥石。由于上覆地层的压实作用，这类泥页岩的颗粒排列定向程度明显增加，微裂隙、层理发育。当地层被钻开时，钻井液滤液会沿层理和微裂隙渗入地层内部，从而为粘土矿物的水化提供了条件。

2.2.2 钻井液与泥页岩间的相互作用

钻井液滤液因达西流、毛细管作用、渗透等进入地层微缝隙和孔隙后，产生了如下作用：（a）对于含水敏性矿物较多的泥页岩，水化作用造成岩石内膨胀压增加，使得岩石颗粒间胶结力减弱，岩石强度降低；（b）粘土与非粘土矿物水化能力差异大，并且各种粘土矿物之间水化能力也存在大的差异，由于这些差异的存在，使各晶层的水化速度、膨胀程度不一致，会使本身裂隙就发育的泥页岩次生出更多的裂隙。导致岩石剥蚀、崩塌、掉块。

2.2.3 物理作用

①钻井液及滤液进入泥页岩将增大地层孔隙压力，对于层理裂隙发育的泥页岩，钻井液滤液会由于毛细管力及压差等原因而进入泥页岩，从而显著改变地层孔隙压力，诱发或加剧井壁不稳定；②钻柱对井壁的机械碰撞；③钻井液液流对井壁的冲刷作用。

2.2 硬脆性泥岩井眼稳定技术

2.2.1 技术思路

①使用合适的钻井液密度取得力学稳定，利用径向支撑应力稳定井壁；②通过有效封堵和形成致密泥饼的方法来维持这个径向支撑，同时，降低钻井液滤液的侵入；③按照活度平衡理论，利用泥页岩的半透膜效应，提高钻井液的矿化度，使钻井液中的溶质扩散进入泥页岩，在粘土胶结物中进行交换，降低膨胀压，保持泥页巖强度。

2.2.2 技术措施

①使用合适的钻井液密度，将钻井液液柱压力对地层的正压差控制在一定的范围内。②强化封堵：（a）加足沥青类处理剂，沥青在井下温度的作用下软化变形，在井壁上形成多点吸附，起到物理封堵井壁岩石的作用，同时沥青质使泥饼憎水，加大了水分子进入地层的阻力；（b）在加入防塌剂的基础上，加入超细目碳酸钙作为架桥粒子与填充粒子，快速有效地形成致密、低渗透的泥饼。

2.3 应用效果

在克拉玛依油田30多口硬脆性剥蚀掉块泥页岩地层的深井水平井钻井，通过采取上述措施，很好地控制了硬脆性泥页岩的坍塌，保证了水平井安全钻成。

3 结语

井壁井眼稳定性问题是力学和石油钻井工程相结合的一个典型问题，随着油田水平井技术的发展，井眼稳定性问题就变得日益突出，克拉玛依油田水平井钻井是根据水平井钻井的实际需求，通过对水平井钻井液体系、井眼稳定等关键技术开展研究，形成了比较成熟配套的水平井钻井井眼稳定控制技术，满足了水平井钻井需要。

参考文献：

[1]文进.克拉玛依油田浅层水平井技术运用[J].西部探矿工程，2015（8）.