林丽梅

（大庆钻探工程公司钻井一公司 黑龙江大庆 163411）

三肇地区致密油勘探开发主要目的层为泉头组的扶余油层，研究区域构造上位于松辽盆地中央坳陷区三肇凹陷南部，整体位于肇州鼻状构造西侧，扶余油层主要受南部物源控制，纵向上主要含油层段位于扶一组和扶二组。二开技套下深为姚家组葡萄花油层以下20米；三开主要是青山口组和目的层泉头组。青山口与泉四段砂泥岩交界处大量坍塌，以及青山口组泥岩吸水膨胀引起井壁坍塌，每次循环有剥落块返出。源211、357区块施工9口，有井3口井因青山口、泉头组泥岩不稳定，发生井壁失稳剥落坍塌，同时因目的层连续性不好，经常找层造成井眼轨迹多次起伏，增加了磨阻扭矩，造成通井多次划眼遇阻，增加了钻井周期。

1 井壁原因分析及密度确定

水平井不同于直井，水平井随着井斜增大，坍塌压力也会变化，正确选择钻井液密度既能满足支撑井壁防止坍塌的要求，又可防止密度过大压裂地层，这是解决水平井井眼稳定力学的主要途径。下图为肇源油田块水平井坍塌压力与井斜角之间的变化，随着井斜增大，坍塌压力也在变大。所以找出合适的密度对于致密油水平井非常重要。

1.1 选择井壁坍塌计算公式

岩石发生剪切破坏时必须克服岩石固有剪切强度及作用面上的剪切强度，即库伦——摩尔强度准则，它也是确定井壁岩石坍塌压力最常用的准则。σH，σh也就是该层的最大和最小水平地应力（也是井壁坍塌处的最大和最小的有效主应力），而将它们带入库伦——摩尔强度条件式（1），便可以得出保持井壁稳定的所需钻井液密度，也就是防止发生坍塌的循环当量密度ρm (简称为地层坍塌压力梯度)可由下式求得：

φ——岩石的内摩擦角；

C——岩石的粘聚力，MPa；

H——井深，m；

σH，σh——该层的最大和最小水平地应力，MPa；

η —— 地层非线性弹性修正系数，η=0.9～0.95；

PP——地层孔隙压力；

α——Biot系数(有效应力系数)，0＜α≤1；

肇平22区块地层数据见表1所示，根据上表数据，把数据代入公式(1)坍塌压力计算ρm＝1.40-1.45g/cm3。

表1 大庆肇22区块地层数据

1.2 验证及结论

对于青山口泥岩段，提高液注压力，平衡地层的坍塌压力。根据现场施工，Y151-P3井施工分析，钻井液密度设计为1.20 g/cm3，发生了井壁坍塌；打塞侧钻后密度提高到1.35 g/cm3，也发生剥落。在Y151-P2井和Y151-P7井中把密度提高到1.40-1.45 g/cm3，青山口未出现剥落。在肇平22区块钻井液密度维持在1.40-1.45 g/cm3，各井在钻遇青山口均未坍塌。综合考虑理论计算结果并结合现场试验，造斜段与水平段实际钻井液密度取1.40-1.45g/cm3，可避免井壁坍塌事故的发生。

2 盐水钻井液体系试验

2.1 盐水钻井液体系的机理及配方

盐水钻井液针对致密油青山口地层这种水敏性强，周期性垮塌有良好的预防作用，其中对青山口及泉头组交界处的泥岩也能起到抑制作用。KCl抑制泥岩水化膨胀能力强，对水敏性井塌和周期性垮塌有独特的优势。聚胺类抑制剂可有效抑制粘土水化降低黏土的水化膨胀作用达到抑制效果，具有较强的抑制作用。包被性和PAC-LV聚阴离子纤维素（低粘）降低虑失量，提高井壁质量达到防塌的目的；加入沥青类防塌剂，通过沥青类在井壁表面形成一层水膜有效阻止水化膨胀，另外沥青质能够封堵微裂缝，改善泥饼质量，不但能防止坍塌还能减摩降阻。盐水钻井液体系配方为：0.1%～0.3%纯碱+3%液体聚胺类+8%氯化钾+12%氯化钠+0.1%～0.3%柠檬酸+0.2%～0.5%提粘剂+0.3%～0.8%包被剂+0.8%沥青类处理剂+3%润滑剂。

2.2 虑失性实验

取肇州地区青山口地层原始岩芯，采用可视中压砂床钻井液滤失仪装入原始岩芯，压力为0.7MP进行实验对比，通过3组实验，每组实验测量5次结果，记录15次结果如下表2。

表2 井壁滤失性能评价

说明盐水钻井液可在短时间内对地层实现有效的封堵，适用于肇州地区致密油水平井的青山口层位。

2.3 流变性对比

由于致密油水平井井眼稳定密度在1.40-1.45g/cm3，则用这1.40g/cm3和1.45g/cm3两个密度来进行钻井液流变性能测定结果，通过6次流变性实验，如表3所示。

表3 优化钻井液钻进流变性能测定

盐水钻井液动塑比均高于0.45,对比3转、6转读数稳定，最适合肇州致密油水平井。

3 现场应用效果

应用盐水钻井液体系，采用密度1.40-1.45g/cm3在ZP24、ZP23、ZP26、ZP23-P1、ZP24-P2等5口井进行现场试验，施工中通过调整钻井性能，保证钻井液密度平稳，有效地稳定了井壁， 5口井井径扩大率均小于8%，青山口未出现坍塌，泉头组未发现缩径，返砂良好，起下钻正常，进行电测的井均一次成功。

4 结论与建议

（1）致密油水平井青山口大段硬脆泥岩发育且微裂隙、层理发育，力学敏感，部分井存在应力集中问题，泉头组泥岩水化膨胀严重易缩径。

（2）依据致密油施工经验，并通过井壁稳定原理及坍塌压力公式计算，得出坍塌压力系数为1.40 g/cm3。施工时当量密度维持在1.40-1.45 g/cm3时，可预防由于地层应力所致的坍塌。

（3）使用盐水钻井液体系能更好地封堵青山口易塌地层，同时抑制泉头组泥岩水化膨胀，通过盐水+液体聚胺类+沥青类的组合更加适合肇源地区致密油水平井。