新疆鄯善县沙尔湖页岩气3井护壁堵漏技术

纪卫军，张辉，李晓东，付帆，熊正强

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.北京探矿工程研究所，北京 100083；3.山东省第八地质矿产勘查院，山东 日照 276826)

1 项目概况

本项目为新疆自治区地质勘查基金项目管理中心的页岩气项目，主要任务为确定页岩气赋存层段、含气性以及储层特征和影响页岩气富集的主要因素；探索页岩气形成条件与富集规律，优选有利区，预测页岩气资源量。

2 地质概况

工区处于新疆东疆无植被荒漠戈壁，位于沙尔湖北部卡拉塔格一带，出露烃源岩地层为中二叠统塔尔郎组，出露的主要岩性为一套碎屑岩，主要岩性为灰绿色凝灰质粉砂岩、灰黑色～黑色含碳质粉砂岩、灰绿色凝灰质砂砾岩夹灰绿色～紫褐色安山岩、紫红色凝灰砾岩等。岩石风化强，凝灰质砂岩片理化发育。安山岩为斑状结构，块状或杏仁状构造，斑晶为灰白色板状斜长石，基质为隐晶质，杏仁体多为绿泥石、方解石等，气孔较发育。该孔0～450 m主要为浅灰色火山角砾岩、绿色灰绿色凝灰质粉砂岩、凝灰质砂岩、安山岩；450～2000 m主要为灰绿色、灰白色凝灰岩和灰黑色炭质泥岩、含炭质泥岩夹少量砾岩、粗砂岩、中细粒砂岩。

3 钻孔结构及钻进工艺

钻孔结构(见图1)与钻进工艺的选择，要充分考虑矿区的岩石性质、水文地质条件、终孔口径、钻孔深度、钻进方法、钻孔用途等因素。

图1 钻孔结构示意图

该孔设计孔深2000 m，根据设计及终孔直径(≥75 mm)要求，钻孔采用四级孔径。一开采用∅150 mm孕镶金刚石单管钻头开孔，钻进至7.2 m后，下入∅146 mm套管，孔壁间隙水泥密封；二开采用S122 mm孕镶金刚石绳索取心钻进，钻至1064.25 m后，下入∅114 mm套管；三开采用S95 mm 孕镶金刚石绳索取心工艺钻进，尽最大可能钻进，如无特殊情况将钻进至设计孔深，截至完稿已经钻进至1883 m；四开为备用口径，采用S76 mm孕镶金刚石绳索取心工艺钻进至设计孔深，穿过岩气层。

4 施工中存在的主要问题

4.1 部分地层水敏性较强，容易水化分散

凝灰岩和炭质泥岩等部分地层有绿泥石化现象(见图2)，长度从几厘米到几十厘米不等，水敏性较强，遇水容易分散，从而容易造成孔壁发生掉块、坍塌现象。

图2 凝灰岩绿泥石化现象

4.2 部分地层破碎严重，容易发生掉块现象

孔深600～800 m段，岩石风化强，炭质泥岩、砾岩、粗砂岩非常破碎(见图3)，钻进中极易发生掉块现象。

图3 破碎砂岩地层

4.3 地层裂隙发育明显，漏失严重

钻进至孔深1680 m后，冲洗液失返，从取上的岩心看(见图4)，裂隙与钻进方向平行，随打随漏。

图4 岩心裂隙图

5 护壁堵漏技术

鉴于以上问题，项目组在钻孔施工中采用套管护壁与冲洗液护壁相结合的方式来维持孔壁稳定，本文主要介绍冲洗液护壁技术的实施；堵漏技术方面主要采用惰性材料堵漏与无机凝胶堵漏两种方式。

5.1 冲洗液护壁技术

5.1.1 冲洗液配方

由于周边地区没有详细的地层资料及临孔资料供参考，所以项目组根据油气二维地震获得的地层资料设计了两种冲洗液体系，即双聚防塌冲洗液体系及成膜防塌冲洗液体系。双聚防塌冲洗液体系主要由造浆材料、聚合物包被剂、降失水剂、防塌剂等几种材料组成，成本相对较低，对一般水敏性地层、破碎地层具有很好的防塌效果。成膜防塌冲洗液体系主要由成膜体系A剂、聚合物包被剂、增黏剂、封堵剂等材料组成，可在双聚防塌冲洗液体系基础上添加成膜A剂等处理剂转化而来；相比前者，具有更好的抑制性和防塌性能，能够抑制遇水即散的强水敏地层(如绿泥石化泥岩)。分段冲洗液配方见表1。

表1 冲洗液配方

5.1.2 冲洗液性能

配方对应的冲洗液性能如下：1#冲洗液，密度1.05～1.10 g/cm3，漏斗黏度20～30 s；API滤失量≤15 mL/30 min，pH值8～9；2#冲洗液，密度1.08～1.15 g/cm3，漏斗黏度22～35 s；API滤失量≤8 mL/30 min；pH 10～12。

0～450 m采用了双聚防塌冲洗液体系，450 m之后在原浆基础上添加成膜A剂、增黏剂GTQ等材料，将体系转化为成膜防塌冲洗液体系。

5.1.3 冲洗液维护方法

(1)正常情况下，维护补充的冲洗液参考配方中给定的范围配制，遇孔内异常如孔塌、孔漏时，则需根据工程需求调整配方；

(2)由于现场只有振动筛一种固控设备，所以需要组织工人及时清理沉淀坑中的岩粉，如果清理不及时，岩粉混入冲洗液中易造成钻杆内壁结垢，这时就需要通过排浆的方式清除劣质固相；

(3)在冲洗液循环使用中，需要经常测试冲洗液性能，根据性能及时调整冲洗液配方。由于成膜防塌冲洗液体系要求pH 10～12，所以当pH低于10时要及时补充烧碱；冲洗液聚合物消耗速度较快，所以需要定期补充聚合物胶液，维持冲洗液的优良性能。

5.1.4 冲洗液使用效果

截至发稿，该孔已施工1883 m，其中使用双聚防塌冲洗液体系施工450 m，使用成膜防塌冲洗液施工1433 m，取得了很好的效果，具体如下：

(1)具有较好的抑制性能。500 m以下经常钻遇绿泥石化地层，长度从几厘米到几十厘米不等，取出的岩心比较完整，用清水做浸泡实验，2 min内全部分散，速度非常快，由此可以说明冲洗液很好地抑制了此种地层的分散。

(2)具有较好的防塌性能。该体系的API滤失量较小，并且体系中含有沥青，能够有效封堵地层裂隙，所以施工时孔壁稳定性好。当钻进至孔深980 m处时，钻机电流不稳，判断孔内有掉块现象，钻进至986 m后提钻，上提至905 m时遇卡，上提下放、活动钻具后解卡，经过比对返出的掉块颗粒，判断是600～800 m处的破碎带掉块，下钻后调整冲洗液，提高冲洗液黏度至30 s(之前23～25 s)，加大防塌剂、封堵剂等材料的加量，掉块现象逐渐消除。

5.2 堵漏技术

5.2.1 堵漏方法选择

该孔上部地层没有明显漏失层，只是局部破碎带消耗比较大，能达到10～15 m3/d，但通过加大随钻堵漏剂和封堵剂加量，就可以恢复正常。钻进至1680 m后，出现失返漏失现象，从取出的岩心看有明显裂隙，之后下部不断有新裂隙和破碎带出现，针对裂隙型漏失，仅使用随钻堵漏剂这样的细颗粒材料封堵，效果不好，项目组主要采用惰性材料堵漏与无机凝胶堵漏两种方式来进行封堵。由于漏失层较多，随打随漏，惰性材料堵漏具有操作简单、风险小、扫孔快的优点，所以发生漏失后首先采用惰性材料堵漏，如果能达到孔口返浆的效果则继续顶漏钻进并坚持提钻前采用惰性材料堵漏以降低消耗量，如果堵漏失效，冲洗液一直失返则采用无机凝胶堵漏。

5.2.2 惰性材料堵漏

(1)配方

原浆+5%膨润土+3%～6%海带+3%～5%黄豆+2%～3%锯末+3%随钻堵漏剂。

(2)堵漏工艺

堵漏浆一次一般配制0.2～0.3 m3，打捞完岩心后直接从钻杆灌入，然后泵入冲洗液把堵漏浆压至孔底后静置4 h，投入岩心管，到位后正常钻进。

(3)堵漏效果

对于漏失通道不大的裂隙性漏失能够明显降低消耗量，但对于漏失通道较大的失返性漏失作用不明显。

5.2.3 无机凝胶堵漏

钻进至1770 m时，冲洗液失返，100 m长测绳测不到水位，采用惰性材料堵漏无效；顶漏钻进至1776 m，提钻，准备采用无机凝胶进行堵漏。

(1)漏失孔段裸眼体积

1776～1680 m孔段，孔径95 mm，扩径系数1.1，则漏失孔段裸眼体积为0.75 m3。

(2)无机凝胶堵漏浆与顶替浆配方及用量

①无机凝胶堵漏浆(1#浆)：按“水泥浆(水灰比0.5～0.6)+3%速凝剂”配方配制2.5 m3；②顶替浆(2#浆)：使用泥浆池中冲洗液，用量为孔内钻具及管汇内容积之和减去50 m钻具容积，共7.7 m3。

(3)灌注工艺

①光钻杆钻具下至孔深1653 m；②泵入1#浆至全部泵送完毕，接着泵入100 L清水作为隔离液，再依次泵入2#浆顶替浆；③提钻，清洗钻具，候凝。

(4)堵漏效果

候凝8 h后放在地表的水泥浆样品已固结，下钻探水泥塞，孔深1672 m处见水泥，扫至孔底，用时12 h，返浆正常，堵漏成功。

6 结论

(1)沙尔湖北部卡拉塔格一带地层较为复杂，存在水敏性较强的绿泥石化地层、破碎地层及漏失地层；

(2)双聚防塌冲洗液体系及成膜防塌冲洗液体系具有很好的抑制性能和防塌性能，能够解决该地区地层水敏分散、破碎掉块等问题，满足孔壁安全的需要；

(3)该地区漏失地层属于裂隙型漏失，裂隙较长且平行于钻孔方向，施工中随打随漏，采用惰性材料和无机凝胶相结合的方式堵漏，效果较好，能够满足钻探施工的需要。