纯42区块石膏层与红泥岩的钻井技术预防处理

文/李庭银 张大力，胜利石油工程有限公司黄河钻井总公司

1 引言

纯化油田纯42区块完钻地质层位基本在沙四下或孔店组，这两种地层的岩性含有大段红色软泥岩和石膏（例如纯42-斜24五段制井型中，井深2660米至2698米含有石膏、井深2722米至3108米为紫红色红泥岩），在钻井过程中，通常会造成钻井液性能恶化，井下极为不稳定，严重时可以发生卡钻等事故。为解决问题，针对该区块的岩性特征，结合现场经验与丰富的理论知识，以“预防为主，处理为辅”的方针，优选钻井液类型，优选钻井液参数，从而解决了该区块的疑难杂症。

2 地质概括

纯化油田纯42区块构造位置位于济阳坳陷东营凹陷纯化-草桥鼻状构造带东翼纯42断块。自上而下钻遇 :平原组 、明化镇组、馆陶组、东营组、沙河街组、孔店组。完钻地层为孔店组

2.1 沙四段沉积砂体是在湖泊沉积环境下形成的，岩性以紫红、深灰、灰绿、灰褐色的碎屑岩夹盐膏层、碳酸盐岩为主，少部分含泥质、灰质长石粗粉砂岩。矿物成分主要为石英和长石，其中石英含量最高为44.5%，长石含量为37.1%，岩屑只占18.4%。沙四下盐膏层发育，从凹陷到边缘依次减薄，并相变为红色碎屑岩。胶结类型大部分为接触-孔隙式，胶结物含量不高，为5-7%，其中以铁方解石为主。

2.2 从岩心分析情况看，沙四段储层孔隙度13.2－20.1%，平均孔隙度为18.1%，平均渗透率为12×10-3μm2，碳酸盐含量10%；综合评价该区储层属于中孔低渗储层；

2.3 该块沙四段地层水水型为CaCl2，水矿化度在10-12×104mg/L；沙四下红一组原始地层压力33.4MPa，压力系数1.34，地层温度117℃，温度梯度为3.5℃/100m，为常温高压油藏；

2.4 孔店组为一套湖泊、河流冲积扇沉积体系，岩性主要以棕红色砂岩与强氧化环境下产生的紫红色泥岩不等厚互层，夹绿色泥岩，并含有膏泥岩及石膏和钙质砂岩。

3 钻井液施工难点

3.1 该区块设计井深多在2400～2900米左右，裸眼段长。 由于沙四下与孔店组所含红泥岩的强造浆率、水化膨胀，使得钻井液粘切急剧上升、滤饼增厚、滤饼摩擦系数增大、固相含量增高，钻井液失去流动性，处理困难，成本增加，井下变的很不稳定，缩颈及糊井眼现象严重；同时高造浆率粘土的增加，使机械钻速大幅度降低。

3.2 该地层中石膏的钙离子容易与钻井液中膨润土的钠离子发生离子交换，而钙离子的水化能力比钠离子要弱得多，因此钙离子的增加会使蒙脱石絮凝程度增加，致使钻井液的稳定性受到破坏，粘切滤失量增大、滤饼增厚、PH值下降。

3.3 由于沙河街组地层可钻性差 ,井深轨迹的变化，加之PDC 钻头切削的岩屑颗粒细小 , 其中不能水化的细小颗粒成为无用固相进入钻井液后 , 很难用固控设备清除 ; 能水化的细小颗粒增加了钻井液的相界面面积 , 钻井液中的自由水减少 , 使胶体性能受到影响，机械钻速也进一步降低。

4 钻井液技术措施的制定与实施

4.1 控制钻井液中的坂土含量：为控制石膏与红泥岩带来的不良影响，尽量清楚钻井液中的劣质固相，特别是低密度劣质固相，因此要求固控设备必须运转良好，通常需要180目的振动筛、除泥器、两台中速离心机和一台高速离心机（配合强制絮凝分离使用），这样才能控制钻井液中粘土含量在合理的范围内，通常保持在40～60 g/L，可以减轻钻井液受膏泥岩污染时严重增稠的情况。

4.2 提高钻井液的抑制性与抗盐性：在钻进至东营组底部时开始对钻井液进行性能调整，调整如下：0.4%的纯碱+1%的铵盐+0.5%的烧碱+3～5%的低粘羧甲基纤维素钠盐+1%的天然高分子降滤失剂+1%有机硅稳定剂+1%白油润滑剂。

4.3 日常生产的钻井液维护：在第一次对钻井液性能调整好后，在日常钻进生产中，聚丙烯酰胺加量应严格保持不低于0.6%，利用其长分子链的包被作用，一方面增强钻井液对地层造浆作用的抑制，另一方面提高钻井液的剪切稀释作用；

4.4 预处理：由于井底石膏的存在，在钻进至沙三段下时，开始适量加入纯碱预处理钻井液，这样在发生石膏侵时能及时发生反应，形成碳酸钙，在地面及时被固控设备清楚。

4.5 处理剂的选用：普通降滤失剂难以克服，因此在钻进至沙三段后，开始使用性能优良的抗盐型护胶降滤失剂，对粘土颗粒进行护胶，防止因无机盐离子严重压缩粘土颗粒的扩散双电层，导致钻井液性能破坏，通常加量为3%左右，即可使中压滤失量保持在3～4毫升左右；降粘剂类应根据污染类型选择，例如该区块一般选用高效硅氟降粘剂或海水降粘剂；

4.6 保持钻井液的PH值：因为钙离子能消耗部分氢氧根离子，为了保持钻井液性能及其它处理剂的效能，因此在进入沙河街组后，应不断补充烧碱，使钻井液PH值保持在8～9之间，这样能够减轻石膏侵带来的污染，也能充分发挥其它处理剂的效能；需要注意的是由于砂四下与孔店组含有大量泥岩，因此钻进至此地层后就尽量不再加入烧碱；

4.7 适当的钻井液密度：沙四下与孔店组石膏之间的软泥岩，是在成岩时由于封闭的原因而形成的。因此这部分软泥岩没有脱水，塑性很强，易塑性流动、缩颈。

5 应用效果

通过以上的技术措施，在纯梁油田纯42区块施工的多口井过程中，通过分析施工区域特点，成功的克服了该区块含红色泥岩和石膏所带来的不良影响，工期明显得到缩短，机械钻速与电测成功率得到明显提高，钻井成本大大降低，同时也降低了井径扩大率，减少了井下复杂情况的发生。