顺北5号断裂带复杂井段钻井液关键技术浅析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：安智伟（1971），男，汉族，河南嵩县人，本科，中石化华北石油工程有限公司，工程师，研究方向为钻井液体系的现场应用和推广。-62-顺北 5 号断裂带复杂井段钻井液关键技术浅析 安智伟 中石化华北石油工程有限公司，河南 郑州 450000 摘要：摘要：顺北 5 号断裂带处于阿瓦提断陷北斜坡、顺托果勒隆起西北部与沙雅隆起西南部的倾没端,本文概述了顺北 5 号断裂带的地质特点及钻井液技术难点。针对二叠系、志留系、奥陶系的地层特点，针对性的提出了随钻防漏技术方案、停钻段塞堵漏、专封技术，在现场的施工过程中取得了一定效果，研究结论对于顺北工区下部提速提效具有较好的借鉴意义。关键词：关键词：二叠系；志留系；奥陶系；井壁稳定；防漏；堵漏；顺北 5 号断裂带 中图分类号：中图分类号：TE254 1 顺北 5 号断裂带概况 顺北5号断裂带位于塔里木盆地北部坳陷中西部，处于阿瓦提断陷北斜坡、顺托果勒隆起西北部与沙雅隆起西南部的倾没端。2013 年，顺北油气田开始开发，部署顺北 1 井；2015 年 9 月部署的顺北 1-1H 井取得尤其突破，预示着该区块具有较好的开发前景。目前钻井作业主要集中在顺北 1 号、5 号断裂带。图 1 顺北区块断裂带及井位图 表 1 顺北 5 号断裂带应力特征 断裂名称 走向 断开层位 应力特征 北段 北北西 T90-T50 压扭、平移 中段 南北 T90-T50 平移、张扭 南段 北北东 T90-T50 张扭 位于顺北 5 号断裂带的 SHB1、SHB5X、SHB51X、SHB501 先后获得突破。2 顺北 5 号断裂带钻井液技术难点（1）二叠系与上部地层不整合，易漏失；玄武岩硬度较高，易掉块卡钻。（2）受断裂带影响志留系漏失严重。（3）奥陶系地层受挤压构造影响，地层应力大，岩体破碎。3 顺北5 号断裂带二叠系漏失特点及技术对策 3.1 二叠系岩性特点（1）地层极为破碎，微裂缝或裂缝发育；（2）与上部地层存在不整合面，极易掉块垮塌和漏失；（3）地层的漏失压力接近地层的坍塌压力；（4）硬度较高，掉块发生卡钻事故。图 2 二叠系裂缝电镜扫描照片及掉块 3.2 二叠系漏失特点（1）漏点深度规律性不强 经过对已经施工的顺北蓬 1 井、顺北鹰 1 井等 8口井二叠系漏失点进行统计，漏点位置从 4636m5395m，井段长达 759m，漏点无规律分布。中国科技期刊数据库 工业 A-63-表 2 顺北 5-7 二叠系漏失情况及处理措施 漏失井深 岩性 漏速 m3/h 堵漏措施及效果 4629.60 凝灰岩 4-10 随钻堵漏，有效 4653.49 英安岩 失返 25%、35%桥浆漏浆，无效；停钻专项堵漏，无效 化学固结堵漏，有效 4731.00 英安岩 36 24-28%桥浆堵漏 2 次，有效 4932.30 凝、英、玄 5 14%堵漏浆，有效 表 3 顺北 5 号断裂带井漏统计 井号 二叠系厚度 m 处理周期 d 漏失量 m3 井号 二叠系厚度 m 处理周期 d 漏失量 m3 顺北 5 422/顺北 7 730 6.5 376.06 顺北 5-2 526/顺北蓬 1 531 2.42 50.30 顺北 5-4H 501/顺北鹰 1 608 3.93 107.22 顺北 5-5H 601/顺北 5-3 562 2.5 92.77 顺北 51X 578 3.89 202.00 顺北 5-6H 655 4.8 64.53 顺北 52X 618 3.46 94.86 表 4 顺北 5 号断裂带井漏统计 技术应用情况 漏失速率 m3/h 漏失量 m3 平均处理井漏周期 d 应用前 62.86 1108.50 17.63 应用后 46.82 324.60 6.93（2）裂缝宽度多尺度 现有研究资料表明，二叠系裂缝宽度0.274mm，平均裂缝宽度为 0.129mm；裂缝长度5.565m/m2，平均裂缝长度为 2.299m/m2。（3）裂缝易扩展，压力敏感性高 经统计：二叠系发生漏失后，对应井段孔隙度和井径扩大率就会急剧升高，说明该段地层被压开形成新的漏失通道。3.3 技术对策 针对二叠系裂缝空间展布差异大、多尺度裂缝发育，易漏失的难题，坚持“以防为主，防堵结合”思路，尝试优化随钻堵漏配方、强化随钻封堵技术，提高随钻堵漏效率，降低复漏发生几率。（1）一是强化随钻封堵：严格控制钻井液性能和钻井参数，优选架桥、变形等材料，优化颗粒级配。钻井液性能控制：密度：1.23-1.26；粘度：15-20mpa.s；切力：2-5pa；排量：26-30L/s。随钻颗粒级配：2%60-150 目；1.5%150-500 目；2-3%500 目以上刚性颗粒。沥青类：4600m 以浅软化点 80-100；4600m以深软化点 100-120总加量不低于 3%。纤维类：1%SQD-98；1%CXD 中粗。（2）细化节点施工技术措施 合理密度：三叠系 1.231.24g/cm3，二叠系1.241.25g/cm3，石炭系 1.251.27g/cm3，志留系1.281.29g/cm3。控制失水：进入三叠系前完成转磺，API 滤失量5mL，HTHP 滤失量12mL；二叠系、柯坪塔格组等易漏层位 API 滤失量4mL，HTHP 滤失量10mL。化学抑制：保持 KCL、聚胺加量，进入志留系前，大分子聚合物、硅醇类抑制剂/聚合醇协同防塌。物理封堵：复配使用超细碳酸钙、不同目数石灰石、沥青，提高钻井液的封堵防塌能力。1 工程配合措施：优化钻具组合增加掉块上返通道；优化钻井参数，减小碰撞井壁、减少冲蚀、保证有效携带；细化操作，合理选择短起下井段，开泵循环位置，减少激动压力。（3）一次专封技术应用 针对裂缝 1-5mm，根据“单粒架桥、逐级填充”原理进行桥浆专堵一次，验证裂缝宽度，若堵漏不成功，转入“凝胶+快干水泥”堵漏技术。推荐堵漏配方（总浓度 30%40%）：3%刚性（60目）+3-5%刚性（100 目）+5%刚性（500 目）+3%SQD-98（细）+3%SQD-98（中）+2%SQD-98（粗）+3%CXD（中）+3%CXD（粗）+3%沥青（100-130）+2%云母（80 目）施工要求：南部井区二叠系裂缝比北部地区更宽，封堵材料粒径 1-2mm 为主。不推荐使用长期抗温性不好的核桃壳、棉籽壳等材料。应选择强度高、抗温好的惰性材料，如云母、蛭石等。3.4 应用效果（1）堵漏技术应用后井漏统计，见表 3。中国科技期刊数据库 工业 A-64-图 3 顺北 5 号断裂带志留系裂缝示意图（2）堵漏技术应用前后对比，见表 4。（3）认识。由表 3 可以看出，随钻防漏堵漏技术可有效封堵微裂缝，预防漏失、降低漏失率，减少漏失处理周期；较大裂缝可实现大缝变小缝，减少漏失量。4 志留系钻井液技术难点及对策 4.1 志留系地层特点 顺北 5 号断裂带志留系地层由于断裂带附近缝网发育，存在大段、大量张开和闭合裂缝，对密度变化敏感，易开启、扩大，堵漏难度大；侵入体薄层坍塌压力、高压盐水与漏失压力之间的矛盾形成的负压力窗口，造成诱导裂缝的产生，进一步加大堵漏难度。2（1）缝网复杂 由于地质构造的拉分和扭曲作用，志留系地层断裂带附近缝网发育，存在大量张开和闭合裂缝。（2）随机性强，漏失压力低 对 5 号断裂带 17 口井志留系漏失时钻井液密度进行统计分析。结果表明：5 条带漏失密度 1.33-1.40 g/cm3，志留系漏失压力普遍较低。（3）启动压力低，易形成诱导裂缝 裂缝对密度变化敏感，易开启、扩大，加大堵漏难度。顺北 5-5H 井成像测井显示纵向裂缝发育，缝宽6.93-19.24mm，走向较为一致，为北东-南西向，为明显的诱导裂缝。（4）侵入体薄层及高压盐水层发育，加剧堵漏难度 多口井钻遇辉绿岩侵入体薄层，厚度最薄 2m，最厚 24m，地震难预测，且纵向上分布广，石炭系巴楚组、志留系塔塔埃尔塔格组和柯坪塔格组均有钻遇，实钻坍塌压力1.37g/cm3，下部柯坪塔格组潜在高压盐水层，地层压力1.40g/cm3，而塔塔埃尔塔格组漏失压力1.33g/cm3，提高钻井液密度防塌，增加了志留系堵漏难度。（5）辉绿岩地层和岩性 辉绿岩含有钛铁矿物，密度高达 3.05g/cm3，对钻井液的携岩能力提出挑战；地层破碎且裂缝发育，极易发生坍塌掉块和漏失；超高硬度的大掉块极易恶性卡钻事故。（6）志留系-侵入体夹层安全窗口窄 顺北井区存在侵入体夹层，分布无规律，目前从地震剖面上难以预测，且坍塌应力较高。实钻显示志留系漏失与侵入体夹层井壁失稳（提密度间）矛盾突出3。4.2 技术对策 针对志留系长裸眼段随机多点漏失问题，加强裂缝认识，立足随钻防漏，强化随钻段塞堵漏和专项堵漏，钻进一层、封堵一层，步步为营，实现高效防漏堵漏，进一步缩短志留系堵漏周期。（1）随钻防漏堵漏技术 针对顺北随机性多点漏失，采用逢缝即堵技术，以防漏为主，遇漏即堵，根据施工和漏失情况，优化防漏堵漏方式和配方，实现不起钻即能有效堵漏，提高钻井效率。4 堵漏方式：采用全井浆防漏+随钻段塞堵漏；堵漏浓度：防漏 11-16%，堵漏 25-35%，刚性颗粒占比70%。堵漏工艺：材料出钻头时，加大排量，让裂缝最大开启。断裂发育漏失严重不发育未漏失SHB51XSHB51XSHB5SHB5-8 8SHB5SHB5-1010SHB52XSHB52XSHB5SHB5-5H5HSHB5SHB5-6 6中国科技期刊数据库 工业 A-65-适用于30m3/h 的小到中型漏失。随钻堵漏浆浓度推荐，见表 5。表 5 防漏堵漏方式及主要配方 漏失程度 漏失速度 m3/h 防漏堵漏方式及主要配方 防漏/防漏：井浆+（1-2%）C+3%沥青 微漏 170；承压 3.5-8MPa；工艺特点：实现不起钻堵漏，施工时间短；适用情况：漏失速度 10-30m3/h 漏失；施工工艺：起钻至漏层以上 注入堵漏浆逐渐憋挤恢复循环，下钻钻进；应用情况：雷特堵漏在克深应用 6 口井、“一袋化“在塔河、顺北应用 3 口井。若桥堵技术封堵不成功，可采用低浓度失水固结材料，堵漏剂在漏层快速失水固结，实现封堵。5 性能指标：抗温160；工艺特点：实现不起钻堵漏，井筒内基本无塞；适用情况：漏失速度 10-30m3/h 漏失；堵漏浆浓度：30-40%；施工工艺：起钻至漏层以上 注入堵漏浆逐渐憋挤恢复循环，下钻钻进；应用情况：ZYSD 在顺北 5-9 井、AT-MMC 在焦页194-3CH 井应用。（3）专项堵漏技术 凝胶堵漏适用于裂缝性地层的恶性漏失，与桥塞、固结类堵漏工艺配合使用，提高堵漏效果。方案 1：凝胶复合 封堵机理：凝胶进入漏层自动停止流动，并充满漏失空间，形成能隔断地层内部流体与井筒流体的“凝胶段塞”。施工工艺：配制凝胶试注 下光钻杆泵注凝胶+后续段塞（桥塞/固结类）侯凝。性能指标：溶解时间4h，粘度(浓度 1.2%)25000.0mPas；抗温160。适用情况：大漏（漏失速度30m3/h）、破碎地层、失返的裂缝性（裂缝5mm）地层、；有高压水、高压气地层；井壁稳定性差、欠压实地层漏失。方案二：高失水 封堵机理：压差下，快速去流体化，缝内充满可压缩，不渗透材料；主要配方：快失水惰性材料、纤维、粘合剂等。特点：密度低：1.21.3g/cm3，无水力压裂效应；速度快：0.7MPa，全滤失封堵时间10MPa；适用于微米、厘米级裂缝和孔洞。5 奥陶系破碎带难点及防塌技术对策 5.1 奥陶系地层特点 顺北 5 号断裂带部分已完井井表明奥陶系地层受挤压构造影响，地层应力大，岩体破碎。多口井钻遇破碎地层，定向钻井垮塌掉块严重，阻卡频繁，导致多次回填侧钻，共损失钻井周期 896d。5.2 技术对策（1）随钻防塌技术对策 由于奥陶系孔隙压力低，坍塌压力高，为了防止井壁失稳，需采用较高密度钻进，必须阻断井筒与地层压力传递，形成渗透率趋于零，防止坍塌压力增高6。在合适在钻井液密度条件下，从外因（抑制+封堵）、内因（固结+改变岩石表面亲水亲油性）同时入手，通过抑制水化、阻止压力传递、提高井壁岩石强度、避免毛细管现象来强化钻井液防塌效果。7（2）停钻化学注浆加固井壁对策 针对破碎地层胶结性差的问题，基于水玻璃的粘结性、滤失性和树脂高强度、柔韧性，研选改性剂，形成化学加固井壁浆体，实现岩体之间有效粘结，提高岩石强度。6 结论（1）本文从二叠系、志留系、奥陶系的地层特点出发，针对性的制定技术对策，在现场施工中取得一定的应用效果。（2）本文的研究结果对于指导顺北 5号断裂带下部提速提效具有一定的借鉴意义。中国科技期刊数据库 工业 A-66-参考文献 1范胜,宋碧涛,陈曾伟.顺北 5-8 井破裂性地层提高承压能力技术J.钻井液与完井液,2019,36(4):431-436.2邹书强,王建云,张红卫.顺北鹰 1 井 444.5+mm 长裸眼固井技术J.石油钻探技术,2020,48(1):40-45.3赵志国,白彬珍,何世明,等.顺北油田超深井优快钻井技术J.石油钻探技术,2017,45(6):8-13.4刘仕银,孙荣,毛鑫.顺北油田钻井提速浅析与探讨J.西部探矿工程,2018(1):66-69.5闫光庆,张金龙.中石化超深井钻井技术现状与发展建议J.石油钻探技术,2013,41(2):1-6.6候子旭,贾晓斌.玉北地区深部地层扭力冲击器提速工艺J.石油钻采工艺,2013,35(5):132-136.7王亚东.钻井自动化技术现状及发展趋势研究J.西部探矿工程,2023,35(7):47-49.