易破碎漏失地层钻探工艺关键技术探究
[摘 要]国内外文献讨论和研究较多的是水平段钻井过程中工程复杂、技术措施以及钻井液配方的优化和应用情况，对进入水平段之前上部井段复杂情况分析和研究较少。本文主要阐述了钻井过程频繁出现的复杂情况：大段泥岩段经常出现钻头泥包现象；部分地层层理发育，易发生力学坍塌，上部裸眼井段垮塌，出现卡钻；裂缝发育较好，地层连通性强，易发生井下漏失；蠕变地层钻井造成井径扩大；泥岩污染。对以上情况进行实例分析，同时从钻井液方面提出了预防及解决措施，减少因钻井液维护处理不当而引起的复杂情况，为钻井尽可能地减少复杂，为优质、高效、低成本钻井提供技术参考。
[关键词]破碎漏失；蠕变地层；井径扩大；井壁失稳；井下漏失；钻井液
中图分类号：S295 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0185-01
破碎地層钻探一直是令钻探同行头痛的难题。在大段泥岩段钻井钻头被泥包；部分地层层理发育，易发生力学坍塌，上部裸眼井段垮塌，出现卡钻；裂缝发育较好，地层连通性强，易发生井下漏失；在蠕变地层钻井易造成井径扩大；泥岩污染，同时提出了钻井液维护处理存在的难题以及解决措施。根据钻井遇到的复杂情况进行分析和实践应用，对水基钻井液配方进行优化，加深对地层的认识，尽可能在钻井设计时更有针对性地提出建议与措施，减小复杂情况出现的频率，为优质、高效、低成本的钻井提供一定技术参考。
1 工程概况
研究区域构造位置位于盆地与高原结合部，古坳中隆低陡构造区与褶皱带之间，北受褶皱冲断带西延影响，南受褶皱带演化控制，其构造特征集二者于一体的构造复合体。根据区块多平台已钻井实际情况，在钻井过程中时常出现钻头泥包、卡钻、井壁垮塌、井下漏失、井径扩大、泥岩污染等复杂情况，这与地层变化情况、钻井工程参数、钻井液维护处理情况均有一定关系，导致了钻井难度的增加，延长了钻井周期，增加了钻井成本，
2 井下复杂风险分析与对策
钻井过程中复杂情况可归为井壁失稳、井下漏失以及钻井液污染3大类。
1）钻头泥包。在泥岩段钻井过程中，若钻井液抑制能力弱，流变性差，快速钻进时易发生钻头泥包现象。
2）卡钻。在钻井过程中发生较多的是井塌卡钻、压差卡钻和砂桥卡钻，卡钻程度各异，轻微的卡钻可通过主动划眼的方式解决掉，严重时易造成井眼报废、填井侧钻。A井使用聚合物钻井液复合钻进至井深1769.90m，上下拉划井壁，发现悬重770↑870kN，遇卡100kN，扭矩8.9↑17.0kN·m，采用循环间断上提下放活动钻具，出口返出大量掉块，未解卡，之后采用泡酸的方式解卡。A井用密度1.30g/cm3钻井液钻至井深3447.17m上提
钻具时遇卡，经处理未解卡，自井深2150m侧钻。3）井壁垮塌。上部为灰黑色页岩、黑色碳质页岩以及泥岩；而古生界的铝土质泥页岩为裂缝、层理发育地层，易垮塌，钻进中钻具碰撞、钻井液冲刷也易引发掉块垮塌。特别是在同一裸眼井段不同地层压力系数下，当钻井液密度控制不好波动范围大，就容易发生井壁失稳出现井壁垮塌。如地层压力系数发生变化，平台井中多次在该段发生垮塌，返出掉块尺寸大、数量多，上提密度均未能很好得以解决。4）井下漏失。各层系均发生过井下漏失，且地理位置不同，漏失情况各异。地层部分位于构造的主体部位，漏失通道以溶洞和大裂缝为主，开启性裂缝和承压能力较低是地层漏失的主要特点。漏失类型为裂缝性漏失和溶洞性漏失，漏失通道以溶蚀孔洞、大裂缝为主。恶性漏失和大溶洞置换性漏失、堵漏难度大是飞仙关组地层漏失的主要特点。易漏层段在某些钻井区块属于裂缝性漏失，过提高钻井液密度又易导致下部井段井漏，是一个钻井对立难题。5）井径扩大。长宁地区嘉陵江组地层垂厚约500～550m，特别是石膏、石膏夹膏质云岩为主，具有明显的塑性蠕变能力。采用聚合物钻井液、聚合物无固相钻井液在该地层钻进时，井眼直径变大，易形成大肚子，岩屑返出率低，钻进过程中易造成卡钻，起钻作业时易造成下钻遇阻。平台两口井测井数据表明，在井深778～891m的地层钻井过程中，井眼扩大率较大，部分井段出现大肚子，起下钻阻卡严重。6）泥岩污染。区块主要泥岩段，在钻进过程中，泥页岩会发生水化渗透现象，井壁与钻井液接触后吸水膨胀、分散，该段平均钻时为2～3min/m，岩屑返出量大，若钻井液抑制能力差，很容易水化造浆，导致钻井液膨
润土含量迅速上升，膨润土含量增加，引起钻井液的表观黏度、塑性黏度、切力上涨，滤失量增加，携岩能力差，同时严重时导致钻井泵压上涨，影响钻井施工。
3 钻井液技术难点及对策
根据以上所述工程地质特点，在钻进过程中的钻井液维护处理具有以下施工难点。①钻井易造成钻井液石膏污染，井眼尺寸扩大，因裂缝发育井下漏失的可能性较大。②大段泥岩钻进，易造成钻井液岩屑污染，黏度和切力、滤失量难以控制，同时具有钻头泥包，井壁失稳，卡钻等风险，层二段～一段裂缝发育较好，井漏次数较频繁，堵漏成功率低。③层理发育地层易发生区域垮塌，有卡钻风险，钻井液流变性及滤失量难以控制。④地层含硫化氢，地层压力系数变化，存在井壁失稳、防硫、防喷、防漏等技术难题。1）地层钻进可加入磺化类处理剂，提高钻井液的抗膏盐污染能力，保证钻井液性能的稳定。提前对钻井液进行预处理，在体系中加入一定量的Ca0，保持钻井液中Ca2+含量为300^-400mg/L，利用“同离子”效应，尽可能减小石膏层在钻井液浸泡时发生溶解，避免对钻井液性能造成不利影响。使用化学处理剂，即纯碱或者小苏打。钙侵发生后，pH值在可控范围内一般使用纯碱进行处理，如果pH值较高可使用小苏打，Ca2十+OH-+HC03-—CaC03+H2O。将井浆提前转化为KCl-聚合物钻井液钻进，维持体系中大分子包被剂的浓度在一定范围内，提高钻井液的抑制能力。2）大段泥岩段钻进时，保证体系中KC1的加量在7%以上含量为30000mg/L左右，保持足够的抑制能力，防止地层的水化膨胀、垮塌。加入封堵类处理剂，如沥青，提高井壁稳定性。为防止泥岩分散膨胀，控制劣质土相含量，采用聚合物强包被抑制剂与KCl结合使用，抑制地层的水化膨胀，防止垮塌。利用PAC-LV控制钻井液滤失量，提高泥饼的致密性和韧性，保持井眼稳定。控制好钻井液的pH值为8.0^-9.0，过高的pH值会促进泥岩水化分散。严格使用固控设备，振动筛、一体机、离心机，保证钻井液达到净化要求。3）要预防井壁失稳，①控制好钻井液密度，在井下正常的情况下尽量走设计高限，通过钻井液的液柱压力支撑井壁，平衡地层应力，避免地应力释放造成井壁失稳、导致井壁垮塌；②钻进该层位之前加入防塌类钻井液处理剂如：沥青、超细钙、FRH，FK-10等，改善泥饼质量；4）要预防井壁失稳，使用低滤失量、高矿化度和适当粘度的防塌钻井液，在破碎易塌地层适当提高钻井液密度；避免钻头泥包和抽吸作用引起的井壁坍塌。卡钻的预防措施主要是调节好钻井液性能，提高钻井液的润滑性能，降低泥饼的茹附系数，有效防止压差卡钻。
根据以上不同地层复杂情况，由钻井现场多口井实践推荐钻井液优化配方如下：（3%^-4%）膨润土浆+（0.1%-0.2%）NaOH+（0.2%-0.5%）聚合物包被抑制剂+（0.2%-0.4%）流型控制剂+（3%-4%）磺化类处理剂+（1.0%-1.5%）聚合物降滤失剂+（5%-7%）无机盐抑制剂+（l%-3%）胺基抑制剂+（2%-4%）防塌润滑剂+（0.3%-0.5%）CaO+（0.5%-1%）除硫剂+重晶石。
参考文献
[1] 陈胜，余可芝，邱文发，等.预防PDC钻头泥包的钻井液工艺技术[[J].钻井液与完井液，2016，30（1）：38-40.