泥页岩易垮塌油藏钻井提速工艺技术研究

郭婷婷

（大庆钻探钻井四公司，吉林 松原 138000）

泥页岩易垮塌油藏施工井钻井过程中最容易发生井漏、“双石”地层泥页岩垮塌及垮塌带来的复杂情况，严重制约着钻井速度[1]。为此分析该类油藏不同地质构造，总结分析钻进过程中容易出现的复杂事故和技术难点，并根据国内外同类油藏钻井实践经验，针对不同井段的地质和施工特点，开展钻井液材料优选、钻井液配方优化技术、钻井参数、钻井工具等方面的技术研究，寻找解决该类油藏预防井漏、“双石”地层泥页岩防塌的有效手段，形成一套该地区钻井施工的优化模式，从而达到提高机械钻速、避免井下复杂情况、缩短建井周期、提高综合经济效益的目的。通过优选钻井液体系、配方及化工材料研究，形成适应地层情况，满足设计要求，保证井下安全，有助于加快钻井速度的钻井液体系，同时完善不同井段的处理方案。

1 泥页岩易垮塌油藏预防井漏的方法

现场预防井漏从以下几个方面考虑：钻井液性能（包含强化造壁、控制密度）、钻井参数（包含降低排量、降低压力激动）和特殊环节防漏（中完下技术套管）[2]。

1.1 维护良好的钻井液性能

1.1.1 合适的钻井液密度

利用固控设备，及时清除无用固相，将固相含量控制在6%~8%左右（表1），然后根据密度情况合理地再进行加重。直井段控制钻井液密度，斜井段采用分段提高比重的办法，逐步提高地层承压能力。

表1 钻井液推荐使用表

1.1.2 塑性粘度控制

环空压耗随钻井液塑性粘度的提高呈线性增长趋势，但对井底压力影响幅度较小。但由于塑粘提高，环空临界返速增长幅度较大，所以钻井液塑粘要控制在合理范围，以有效控制环空压耗和临界返速，使得现有排量能够有效携岩。塑粘控制在10~20mPa·s之间[3]。

1.1.3 动切力控制

在环空返速大于临界返速时，动切力对环空压耗影响不大；当环空返速低于临界返速时，环空压耗将随动切力的提高而大幅增加。

临界返速随动切力呈近线性增长关系，所以在保证钻井液有效动塑比和大于临界返速的前提下，选择最优动切力值，进而控制好环空压耗，减少井底压力。动切力控制在6~8Pa之间，动塑比控制在0.36~0.50之间。

1.1.4 性能控制（见表2）

表2 各井段钻井液性能推荐表

1.2 钻井工程参数的控制

1.2.1 最优排量满足以下要求

（1）排量必须满足临界排量；

（2）环空压耗和井底当量密度与排量成线性变化，并且变化不大。现场排量对漏失的影响主要是由于井内不清洁造成；

（3）随着排量的提高，井眼净化能力线性提升，但当超过最优排量后，净化能力几乎不变；

（4）钻遇易漏地层可以适当考虑降低钻井液排量，减少钻井液循环压耗，避免造成人为漏失。

1.2.2 下钻速度激动压力随下钻速度的减缓而较小。因此下钻应严格控制速度，量化下钻速度每柱不少于3min。

1.2.3 分段循环下钻过程中采取分段循环钻井液减小环空岩屑浓度，破坏钻井液结构，降低井底压力和激动压力。

1.3 主动防漏

材料：坂土+不同粒径超钙+随钻+封堵类防塌剂。

在钻井液中引入优质坂土浆及不同目数的超细碳酸钙，使其具有优良的造壁功能，在井筒内壁形成薄而致密的泥饼。上直段抑制，严格控制密度，直径段1.10g/cm3，不满足换浆。直井段补充坂土+超钙，适度分散进行防漏工程手段：控钻时、控速度、控密度，做好分段循环，确保井底压力小于漏失压力。

1.4 现场适用的几项防漏措施

（1）降低易垮塌地层排量（参考值小于28L/s）。防止排量过大、循环压耗过高压漏地层。

（2）降低易垮塌地层机械钻速（参考值小于12m/h）。杜绝追求高机械钻速，钻井液携岩能力不够，岩屑浓度太大，增加钻井液有效当量密度。

（3）控制下钻速度（参考值<12m/min）。防止下钻速度过快，激动压力过大压漏地层。统计结果显示下钻速度小于12m/min对地层完整性保护效果较好。

（4）钻进易垮塌地层泥岩后若出现小型漏失，不得降低钻井液密度堵漏，防止液柱压力下降泥岩垮塌以及砂岩在交变载荷下发生破坏。

（5）中完下技术套管，钻井液分段循环处理要求：1000m加清水处理至钻井液粘度小于35s，循环时活动套管；2000m钻井液粘度小于40s；2500m钻井液粘度小于45s。

2 泥页岩易垮塌油藏钻井过程中堵漏方法分析

2.1 渗透性井漏的处理

钻进渗漏地层前按1∶1比例预先加入屏蔽暂堵剂、随钻堵漏剂预防井漏。提高密度有漏失的风险，所以每次提高密度不超过0.02g/cm3，并在加重的同时加入随钻堵漏材料，进一步提高地层承压能力，在井眼条件允许的条件下，逐步提高钻井液密度，当密度提高至1.20g/cm3，继续提高密度有随时漏失的风险，所以每次提高密度不超过0.01g/cm3，并在加重的同时加入随钻堵漏材料[4]。

加堵漏剂之前振动筛筛布使用100~120 目，加堵漏剂后振动筛筛布使用60~80 目，防堵漏剂筛出以利于随钻堵漏。

堵漏承压会造成一定的虚厚泥饼，定向后会造成岩屑床的堆积，保持钻井液流动性良好，加强短起下措施，及时加入润滑材料。

2.2 小裂缝漏失的处理

对于平均漏速小于2m3/h，随钻加入2%~5%随钻堵漏剂、超细碳酸钙，根据漏失情况及时随钻补充高浓度膨润土浆，钻穿漏层。

对于平均漏速5~20m3/h 情况，及时复配堵漏钻井液，泵入漏层起钻静堵。

堵漏配方：井浆+6%1~2mm 核桃壳（蚌壳）+6%矿物纤维+6%随钻堵漏剂+5%1~2mm 橡胶粉；小排量泵入堵漏浆，静止堵漏6~8h。

2.3 大裂缝性漏失（失返性漏失）处理

直接采取凝固型堵漏，起钻简化钻具结构，下光钻杆堵漏，可在泵入纤维水泥前打入10m3堵漏浆，打完水泥后快速起钻，候凝24h左右。

2.4 井壁失稳分析

该区块井壁失稳大多是因为泥页岩易垮塌油藏的泥岩吸水膨胀，且上部地层承压能力低（往往因为井漏问题，钻井液密度仅仅能维持在1.15~1.18g/cm3），针对井壁失稳问题建议发生井漏之后一定要做承压试验，使钻井液保持有一定的径向支撑力，钻井液密度维持在1.20g/cm3以求其力学稳定，在上部地层承压能力允许的情况下，将钻井液的密度保持在1.25g/cm3，具体施工步骤有：

（1）抗盐抗温的降滤失剂和天然高分子类（或淀粉类）降滤失剂复配使用来降低钻井液的滤失量控制在5mL以内，减少钻井液滤液侵入微裂缝。

（2）合理控制粘度在40~65s 之间，降低钻井激动压力，提高携岩能力。

（3）使用聚铵、胺基聚醇等增强钻井液抑制性，减少泥岩中蒙脱石的分散造浆及伊蒙混层的非均匀膨胀，提高地层岩石强度。

（4）使用高酸溶磺化沥青、胶乳沥青等增强钻井液封堵防塌能力，有效抑制岩层微裂缝造成的井壁失稳。

（5）使用优质的坂土浆，使钻井液有优良的造壁性。

（6）对照已掌握的地质资料，了解易塌地层的地层空隙孔喉孔径，针对性加入不同粒径的超细碳酸钙提高泥饼质量，强化钻井液的造壁性。

（7）推荐钻井液配方：原浆+0.5%~1%PAM+3%~5%抗盐抗温降滤失剂+1%~3%天然高分子降滤失剂+5%~7%封堵类防塌剂+3%~5%润滑剂+0.3%~0.5%AP-1+3%~5%超细GaCO3+5%~10%加重材料。

2.5 预防托压

托压最根本问题在于井眼是否清洁，影响井眼清洁的因素主要有以下几个方面：钻井液排量、钻井液密度、钻杆转速、机械钻速。

现场工程方面：①水力振荡器的使用；②双向扭摆技术的应用；③通过调节排量和短程起下钻的方法来破坏已形成的岩屑床。

钻井液方面：①通过采用调节钻井液流变参数来减少岩屑床的产生；②通过改善滤饼质量及润滑剂等化工药品的使用来降低摩阻。

3 泥页岩易垮塌油藏钻井提速工艺优化

通过高效钻头使用和优化，形成钻头分段使用模式，提高机械钻速；通过对钻井工具的研究，找出定向工具和增斜率之间的关系，以减少滑动钻进的时间，研究解决脱压问题[5]。

3.1 钻头分段选型

针对不同层位选取不同结构PDC 钻头，且要考虑地层因素的影响，总结出以下几点，见表3。

表3 各井段钻头选型

3.2 水力振荡器的使用

水力振荡器的使用有效地解决了托压问题，实践表明，利用水力脉冲产生钻柱轴向震荡，可有效降低滑动钻进钻具组合与井壁的摩擦力并有效改善钻压传递，进行定向滑动钻进效果明显；还可减小井下扭转，减轻横向震动并提高机械钻速。应用水力振荡器，定向钻进效果大幅提高，且可以钻出更加平滑的井眼，单趟钻效率提高很多，延长了PDC钻头的使用寿命。

3.3 扭摆工具的使用

扭摆工具是机动部门在北方工程部试验的新型工具，它主要利用电子设置来调节上部钻具通过双向扭转来解决钻具在定向过程中钻具静止不动的问题，通过该项技术的应用可以大量提高定向效果，提高定向的效率。

4 结论

本文针对泥页岩易垮塌油藏的地质和施工特点，分析了该类油藏钻进过程中容易出现的复杂事故和技术难点，针对不同井段的地质和施工特点，形成了一套该地区钻井施工的优化模式，从而达到提高机械钻速、避免井下复杂情况、缩短建井周期、提高综合经济效益的目的。通过优选钻井液体系、配方及化工材料研究，形成了一套适合泥页岩易垮塌油藏钻井施工的优化模式，达到提高机械钻速、避免井下复杂情况、缩短建井周期、提高综合经济效益的目的。