新疆哈山区块气液转换井壁稳定技术研究与应用

李蕾 王俊

摘 要：针对新疆准噶尔盆地哈山区块空气钻井结束转换为钻井液钻井后易出现井壁坍塌、掉块等井壁失稳难题以及测井遇阻、卡钻等井下复杂情况，研究了气液转换井壁稳定技术。分析了该地区气液转换过程中井壁失稳的原因，采用化学抑制加强封堵屏蔽暂堵技术，抑制泥页岩水化膨胀的同时增强防塌作用，从而保持井壁稳定。应用结果表明，该气液转换井壁稳定技术能减少气液转换过程中由于井壁失稳造成的井下复杂情况，提高井眼质量。

关键词：哈山区块;空气钻井;气液转换;井壁失稳

由于新疆准噶尔盆地哈山区块深部地层的二叠系和石炭系火成岩地层机械钻速极低，且山前构造地层倾角高达60～70°，井斜难以控制，为了提高该地区的勘探开发速度，在火成岩地层广泛应用了空气钻井技术，使用空气钻井的机械钻速可提高3～8倍。但在空气钻井结束转换成常规钻井液时，由于各种原因，影响了空气钻井的实际应用效果[2]。因此，气液转换井壁稳定技术成为新疆准噶尔盆地安全顺利钻进的关键。

1气液转换井壁失稳原因分析

1.1 地质因素分析

哈山区块位于准噶尔盆地中石化北缘1区块西南端，构造上属于准噶尔盆地和什托洛盖盆地结合部，处于哈德构造带的西段[3]。该区块三叠系、二叠系和石炭系为主要目的层，二叠系地层稳定性差;石炭系顶部可钻性差，火山岩段地层厚且裂缝发育，易发生井漏。

1.2 工程因素分析

空气钻井过程中，井筒内气柱压力低于地层压力，处于欠平衡状态，伴随着空气锤和钻具的震动，易在井壁周围产生微裂缝或诱导裂缝。当空气钻井结束，替入常规钻井液后，井筒内的液柱压力突然提高，大量滤液迅速地进入地层，由于水力劈尖作用加速了地层诱导裂缝的延伸，导致井漏等复杂情况。

2气液转换井壁稳定技术

2.1 润湿反转前置液技术

在空气钻井替入常规钻井液前先注入一段润湿反转隔离前置液，对井壁进行涂敷预处理，通过改变井壁粘土表面的带电性质从而改变地层岩石表面的润湿特性，即由亲水变为疏水，降低地层的吸水渗透性，防止井筒出现垮塌掉块，提高气液转换过程中井壁的稳定性。

2.2 强抑制封堵防塌钻井液体系研究

针对准噶尔盆地中生界地层特点，研制出气液转换井壁稳定技术强抑制封堵防塌钻井液体系配方：（3.0～4.0）%膨润土+（0.1～0.2）%纯碱+（0.3～0.6）%聚丙烯钾盐+（0.2～0.5）%LV-CMC +（0.2～0.3）%磺酸盐降滤失剂+（2～3）%抗高温抗盐防塌降滤失剂+（1～2）%有机胺+（2～3）%沥青类防塌剂+（0.5～1.0）%聚合铵盐+（3～4）%SMP +1%双膜承压剂。

2.2.1抑制性能

（1）膨润土块浸泡实验

使用新疆一八四团原始膨润土烘干后，放入强抑制封堵防塌钻井液中浸泡48h后，观察其外形和内部吸水情况，浸泡48h后，土块的外形棱角边缘完好，内部干燥，说明膨润土的吸水量少，该体系能有效抑制粘土的水化膨胀作用，防止地层粘土的水化膨胀及分散，有利于井壁稳定，且能够有效地保护储层。

（2）页岩膨胀实验

对岩样在清水、10%KCl溶液和强抑制封堵防塌钻井液中的9h页岩膨胀高度随pH值变化进行对比实验，由实验可知，随着pH值的升高，强抑制封堵防塌钻井液的抑制性降低，在pH值<11时具有极强的抑制性;强抑制封堵钻井液的抑制能力大于10%的KCl溶液。

（3）页岩滚动分散回收率实验

对3-5mm页岩岩样在不同体系中的回收率进行对比实验，由实验结果可知，强抑制封堵防塌钻井液的页岩滚动回收率较高，优于普通聚磺钻井液及MMH正电胶聚合物钻井液体系，其抑制能力更强

2.2.2 造壁性能

对不同密度的强抑制封堵防塌钻井液形成的泥饼的渗透率进行测试，由测试结果可知，强抑制封堵防塌钻井液形成的泥饼结构致密，渗透率低，同基浆相比有效降低泥饼渗透率65.6%以上，且抗温性能好，150℃老化后泥饼渗透率降低率高达64.4%;随着钻井液密度的增加，所得到的泥饼的渗透率呈增大的趋势。

2.2.3油气层保护效果评价

实验结果表明，强抑制封堵防塌钻井液体系岩心的渗透率恢复值很高，通过多元复合作用可起到非常理想的油气层保护效果，且该钻井液体系保护油气层效果接近或能达到油基钻井液的保护油气层的水平。

3哈3井气液转换现场施工

3.1 哈3井基本概况

哈山3井是中国石化胜利油田新疆勘探项目部在准噶尔盆地西部隆起哈山山前构造带外来推覆体哈山3构造较高部位部署的一口预探井，二开设计使用φ311.2mm三牙轮钻头空气钻由702m钻进至井深1626m，后转换为常规钻井液。气液转换技术难点主要为二开钻遇石炭系地层，石炭系凝灰岩裂缝发育，微裂缝很多，易漏失;且泥岩硬脆易掉块，还含有火山角砾岩，松散易掉块，物性复杂;气体钻井裸眼段长，地层不稳定，给气液转换带来一定风险。

3.2 哈3井气液转换施工过程

本井从702m至1626m使用空气钻井，因地层出水，空气钻井需轉换成常规钻井液钻进。

（1）为了保证井下安全，避免对井下造成过大压力导致复杂，钻至1626m采用下光钻杆分段低排量替入钻井液。

（2）配制15 m3润湿反转前置液，下入光钻杆离井底10m，直接泵入该润湿反转前置液。

（3）为防止地层坍塌和掉块聚集，避免划眼或减少划眼的难度，配置80m3的高粘度防塌抑制性能和悬浮携带能力强的垫底浆，光钻杆离井底150m替浆，先替入垫底浆。

（4）配制400 m3封堵能力和造壁能力强的强抑制封堵防塌钻井液，分阶段起钻200-500m，每次注入50-80m3强抑制封堵钻井液，逐步把裸眼替满水基钻井液。

（5）下钻至井底应循环2～3周，并进行短程起下钻，验证井底沉砂情况，情况正常后再进行下一步作业。转换时小排量、低返速的注入钻井液，排量控制在10-25L/s，逐步注入所需的钻井液量。

（6）关半封、拆排砂管线、卸下旋转防喷器、装喇叭口和出水管线、换方钻杆后下入光钻铤钻具组合顺利到井底。

在新疆哈山区块前期钻井技术资料分析、室内试验和现场应用的基础上，进一步规范了气液转换井壁稳定技术及施工措施，且先后在哈山区块的红1井及哈深2井等井进行了现场应用，均顺利完成气液转换施工，有效减少了井下复杂情况的发生，降低了作业风险，取得了良好的应用效果。

4结论与建议

（1）针对新疆哈山区块空气钻井转换钻井液施工要求，及对该地区气液转换过程中井壁失稳原因分析的基础上，研究了气液转换井壁稳定技术，包括润湿反转隔离前置液及强抑制封堵防塌钻井液体系，并确定其配方。

（2）室内评价实验表明，研究的润湿反转隔离前置液能显著提高强水敏性地层的泥页岩滚动回收率，抑制泥页岩水化膨胀作用，与常用的钻井液体系具有良好的配伍性;研究的强抑制封堵防塌钻井液具有良好的抑制性能，页岩滚动相对回收率达到93%，良好的造壁性能和流变性能，良好的抗岩屑污染能力以及油气层保护效果。

（3）气液转换技术在哈3井、红1井及哈深2井等井现场应用效果良好，在钻井液转换过程中井壁稳定，无坍塌掉块现象，有效避免了由于井壁失稳带来的复杂情况，为该地区气液转换施工积累了经验。

（4）建议气液转换施工前认真分析钻井设计对钻井液的要求，严格控制好替入钻井液密度，做好压井和防漏堵漏工作;恢复正常施工后严禁向钻井液中直接加水，根据井下的需要和实际情况使用流型调节剂调整钻井液流变性能。

参考文献：

[1]王国防.气体钻井在西部火成岩钻探提速应用探索[J].科技与企业，2014，（02）：195.