河北容城地热井泥页岩钻探处理方法浅析

李松

摘 要：河北容城县地热井三开取水井段白云岩地层中裂缝发育，且部分区域取水井段存在泥页岩夹层，钻进时易发生井壁坍塌事故，处理起来比较困难。因此针对该地层，及时调整钻井液性能，优化钻井参数，采取必要工程措施，从而顺利处理泥页岩地层。

关键词：泥页岩;井壁坍塌;对应措施;复杂工况

1 概况

井壁失稳一直是石油钻井中的一个十分复杂的问题 ，而泥页岩井壁失稳是井壁稳定性研究的主要内容 ，钻遇地层的 75 %以上是泥页岩地层 ，而由它引起的井眼不稳定问题超过了90 % [1]。据保守估计，井壁失稳每年造成 8～10亿美元的损失[2]。

河北容城地区地热井三开钻进主要钻遇的是基质白云岩，钻井液为清水，加入适量的聚合物，以提高携岩能力。当钻遇泥页岩夹层时，为避免泥页岩吸水膨胀，造成井壁垮塌，应使用泥浆进行钻进。当穿过泥页岩夹层时，再次钻遇白云岩地层，裂缝发育，井漏严重，无法用泥浆维持钻进，若向泥浆内补充清水，则上部泥页岩地层易垮塌，增加了施工的难度，处理时间较长。

2 现状调查

对在河北容城施工的地热井资料进行收集整理分析，对容城地区地热井钻遇泥页岩夹层发生复杂工况统计如下：

（1）金台1井，井深1900米，三开泥页岩井段1275-1364m，钻进过程中发生卡钻。

（2）谷丰印象2井，井深1900米，三开泥页岩井段1203-1520m，钻进时井壁坍塌，埋钻。

（3）领秀城3井，井深1868米，其中三开泥页岩井段1473-1545m，钻进过程中发生卡钻。

（4）谷丰印象3井，井深1933米，三开泥页岩井段1260-1530m，钻进过程中发生卡钻。

（5）谷丰印象4井，井深1946米，三开泥页岩井段1420-1624m，钻进过程中发生卡钻。

（6）祥和2井，井深1900米，其中三开泥页岩井段1240-1530m，钻进过程中发生卡钻。

（7）城南3井，井深1780米，其中三开泥页岩井段1150-1240m，钻进时井壁坍塌，埋钻。

由上述调查结果得知发生复杂工况主要是因为取水井段存在易塌夹层引起的。泥页岩地层易垮塌，处理时间较长，严重影响施工周期。另外在处理复杂工况及变更施工方案所需额外物料费用增加，提高了施工成本。加之无论是采用注灰还是采用四开钻进方法，都会影响后期取水井段出水情况，出水排量存在不同程度降低。

3 对策的制定与实施

3.1做好地质调查工作

收集该地区地质资料，了解该地区地层构造情况，清楚地层变化走向。充分了解地层条件，预测地层岩性及特点，提前制定措施，做好应对的准备。河北容城地区处于中朝准地台（Ⅰ级）、华北断拗（Ⅱ级）、冀中凹陷（Ⅲ级）、容城凸起（Ⅳ级构造单元）内。工作区内地层有新生界第四系、上第三系，中元古界蓟县系和长城系。由测线剖面反演电阻率等值线断面及推断地层图可知在第4、5测点之间向西出现蓟县系铁岭组及洪水庄组，在此区域三开井段钻遇泥岩夹层较厚。由此可知该地区地势东高西低。

对邻井地质录井资料进行仔细对比分析，尤其查看邻井岩屑录井资料，在了解地层变化走向后，能预测所钻地层变化趋势，从中可了解到附近区域地层详细情况，对所施工井具有重要指导意义。

3.2及时调整钻进参数，适合所钻地层

在存在大量漏失的情况下，钻遇易塌层，不宜采用高钻压快速钻进的方法，高钻压剥落的岩屑粒径较大，在排量一定的情况下不易返出，停泵后沉积井筒底部，严重时发生卡钻事故。在上部井段存在漏失，下部井段钻遇疏松易塌层时，及时调整钻进参数，采用小钻压高转速钻进，充分破碎岩屑，在相同排量的情况下，岩屑粒径越小，越容易被携带出，或进入地层裂缝中。

3.3提高井筒净化效率

钻进过程中产生的岩屑应及时循环出井筒，提高钻井液中聚合物含量，增大钻井液的携带性;延长循环时间，使岩屑及时返出。在钻井液失返时，岩屑随钻井液进入漏失地层中，以保证井筒内钻井液固相含量满足要求。提高循环排量，根据现场测定结果，保证环空返速不小于0.6m/s，即可使环空岩屑达到较低水平。坚持短起下钻，保证井筒通畅，探明井底情况，在保证上部井眼稳定的前提下再继续钻进。对于砂面较高的情况下转动转盘，使井底岩屑重复破碎，减小粒径，充分循环，以便排出岩屑。

4.处理复杂工况实例

（1）领秀城3井，其中三开钻进井段1020-1868m，上部地层以白云岩为主，三开钻进至1547m出现漏失，井段1473m-1545m存在砂岩夹层，起下钻频繁出现遇阻显示，最终采用注灰巩固易塌层的方法。

（2）谷丰印象3井，设计井深1904米，二开完钻井深1186米，三开钻进至1260米钻遇深灰色及红棕色泥质白云岩;钻进至1530米分别钻遇绿色泥页岩，砂岩、绿色片状页岩、红棕色泥页岩等易塌层。三开钻进至1570米泥浆失返，上提有遇阻显示，经反复划眼保证井眼通畅。为降低施工风险，最终该井更改施工方案，下入滤水管，采用四开钻进至1933m。

（3）谷丰印象4井，设计井深1900米，二开完钻井深1417米，三开钻进至1420m浅灰色白云岩，含深灰色泥质白云岩;钻进至1624m分别钻遇棕红色泥岩、浅灰色白云岩、棕红色泥岩、浅灰色泥质白云岩;三开钻进至1670米泥浆失返，上提有遇阻显示，经反复划眼保证井眼通畅。为降低风险，下入滤水管，采用四开钻进至1946m。

5.结语

开发地热井钻井市场将石油钻井中先进、成熟的工艺与相关水文、地热施工进行了有机地结合。充分利用现有设备，优选钻头和机械参数，大大提高了钻井效率。通过做好地质调查工作，对地层情况充分认识后，根据所钻地层岩性，及时调整钻井液性能，优化钻井参数，采取必要工程措施，从而順利处理泥页岩地层。

参考文献：

[1]刘向君.井壁力学稳定性原理及影响因素分析[J].西南石油学院学报，1995，17（4）：5l-57.

[2]邓虎，孟英峰.泥页岩稳定性的化学与力学耦合研究综述[J].石油勘探与开发，2003，30（1）：109-111.