塔里木盆地柯坪地區(qū)新蘇地1井沖洗液護壁堵漏工藝

董海燕， 高永進， 白忠凱， 張遠銀， 姜鹍鵬， 呂修祥

(1.山東省第三地質礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺 264003； 2.中國地質調查局油氣資源調查中心，北京 100083；3.中國石油大學〈北京〉地球科學學院，北京 102249)

1 概述

塔里木盆地柯坪地區(qū)地質調查井(新蘇地1井)鉆探工程項目是依據(jù)中國地質調查局下達的《自然資源部中國地質調查局地質調查項目實施方案審批意見書》，國家重點工程“天山-興蒙構造帶油氣基礎地質調查工程”的二級項目“新疆重點區(qū)塊油氣基礎地質調查”(編號：DD 20189602)的子項目。該項目是由中國地質調查局油氣資源調查中心承擔，山東省第三地質礦產(chǎn)勘查院中標實施的一口大口徑油氣基礎地質調查井及相關鉆探輔助工程。新蘇地1井位于塔里木盆地阿瓦提凹陷西北緣沙井子構造帶(見圖1)，是一個以晚古生代和新生代沉積為主的凹陷，局部發(fā)育斷裂。主要鉆探目的是重點查明阿瓦提凹陷沙井子斷裂帶地層序列，獲取儲蓋層等評價參數(shù)；建立油氣成藏模式，預測資源潛力，力爭獲得油氣發(fā)現(xiàn)。該井設計井深2700 m(最終進尺以地質設計為準)，三開井身結構，完井直徑≮215.9 mm套管，包括表層套管、技術套管和固井；最終完鉆井深2882.05 m，完井直徑為215.9 mm。

圖1新蘇地1井構造位置圖

Fig.1Well Xinsudi-1location map

2 新蘇地1井地質工程概況

2.1 新蘇地1井地質概況

新蘇地1井所處的塔里木盆地阿瓦提凹陷西北緣沙井子構造帶及周緣在2006年以前開展了10余次的地質研究調查和油氣重磁勘探工作，總體勘探程度較低，區(qū)內共開展油氣勘探井10口，其余多數(shù)是路線調查，對區(qū)內地層、構造和油氣礦產(chǎn)資源研究甚少。在凹陷內部，局部發(fā)育斷裂，古生界中斷裂較發(fā)育。根據(jù)鄰井鉆探成果和地震剖面，預測該井鉆遇地層自上而下依次為第四系、新近系、二疊系、寒武系、奧陶系、震旦系和元古界阿克蘇群。主要巖性有：細礫石、粗砂巖、粉砂質泥巖、砂巖、泥灰?guī)r等。

2.2 新蘇地1井工程概況

(1)新蘇地1井設計與實際井身結構(見圖2)。

圖2新蘇地1井井身結構圖

Fig.2Structure of Well Xinsudi-1

(2)井身結構(設計與實鉆)數(shù)據(jù)(見表1)。

表1 新蘇地1井井身結構

(3)井身質量要求。

井身質量、水平位移范圍(見表2)，按《石油鉆井井身質量技術監(jiān)督及驗收規(guī)范》(QSY 66-2003)執(zhí)行。

表2 新蘇地1井井斜、水平位移允許范圍及實際數(shù)值

(4)鉆井及沖洗液循環(huán)處理主要設備。

本井設計井深2700 m，根據(jù)鉆機選型標準，本井選擇ZJ40J型4000 m石油鉆機(見表3)，并確保具備因出現(xiàn)油氣層需加深鉆探深度的能力。

表3 鉆機與沖洗液循環(huán)主要設備配置

(5)實鉆(設計)鉆具組合(見表4)。

表4 新蘇地1井實鉆(設計)鉆具組合

注：(1)?244.5 mm技術套管內的鉆桿適當位置加防磨接頭，并根據(jù)所鉆井深適時調整防磨接頭數(shù)量及位置，以減少鉆具對套管的磨損。(2)現(xiàn)場實鉆施工，基本按照以上鉆具組合使用，鉆遇特殊情況按照技術要求進行調整。

3 新蘇地1井施工中存在的主要問題及原因

3.1 新蘇地1井施工中存在的主要問題

3.1.1 阿瓦提凹陷沙井子構造斷裂較為發(fā)育

新蘇地1井井位所處塔里木盆地阿瓦提凹陷位于塔里木盆地西北部，面積2.75×104km2(見圖3)，凹陷至少經(jīng)歷了2次大的升降活動，特別是古生代經(jīng)歷的南北傾翹活動甚為明顯，斷裂較發(fā)育，早、晚古生代東西方向的傾翹活動明顯，逆沖斷裂較為發(fā)育。

圖3 阿瓦提坳陷及其周緣構造區(qū)劃圖

3.1.2 沙井子斷裂特征明顯，易引起復雜地質問題

沙井子斷裂帶發(fā)育沙井子主斷裂及其伴生斷裂，同屬逆沖斷裂，主斷裂呈北東-南西向展布，長約180 km，規(guī)模大，且沙井子斷裂具有走滑，扭動性質。沙井子斷裂斷面傾向北西。斷層傾角大，為50°～70°。斷裂切穿基底，向上斷至新近系，斷穿層位多。總體斷距深層大，淺層小，沿斷裂走向發(fā)生變化。斷裂兩盤的地層發(fā)生不同程度的變形，在斷裂帶中西段，基底卷入型逆沖斷層上盤為基底斷塊，受逆沖牽引作用，斷塊表現(xiàn)為翹曲形態(tài)，向北東，逆沖斷塊上升盤發(fā)育斷彎型背斜構造，古生界剝蝕強烈，下盤地層受擠壓作用褶皺彎曲。沙井子斷裂帶在平面和剖面上均有明顯的分段特征。主斷裂上盤地層受擠壓逆沖牽引作用發(fā)生褶皺彎曲，表現(xiàn)為翹曲形態(tài)，在接近褶皺核部的部位發(fā)育伴生斷裂，向下切穿基底，向上斷至新近系，與主斷裂基本平行，傾角相對較小。沙井子主斷裂傾角約60°，斷距明顯加大，主斷裂上盤發(fā)生褶皺，強烈抬升，遭受剝蝕(見圖4和圖5)。

圖4阿瓦提坳陷近南北向構造剖面圖

Fig.4Near north-south tectonic profile of Awati depression basin

沙井子斷裂帶從總體上講：最早發(fā)育于晚加里東期，晚海西期-印支期活動強烈，南天山碰撞造山作用，使沙井子斷裂構造帶承受壓扭性構造應力作用，最終產(chǎn)生左行擠壓走滑構造變形，形成沙井子主斷裂，一條高角度基底卷入型擠壓走滑斷裂；燕山期持續(xù)發(fā)育，沙井子主斷裂和沙南斷裂再次強烈沖斷；到喜山期喜馬拉雅造山作用的遠程效應，造成了中亞地區(qū)長期處于強烈的擠壓構造背景下，形成了一系列的擠壓沖斷構造。在此過程中，沙井子主斷裂再次復活，發(fā)生第三次較大規(guī)模的沖斷作用，阿瓦提作為一個塊體，相對于溫宿凸起發(fā)生一定幅度的順時針旋轉作用，沙井子主斷裂發(fā)生左行剪切作用。中段-西南段發(fā)生壓扭性剪切作用，發(fā)生擠壓走滑作用；東北段發(fā)生張扭性剪切作用，之后主斷裂及伴生斷裂活動減弱并基本定型。

上述地質條件造成一些井段由于地層破碎、地應力釋放等原因井壁十分薄弱，施工過程中井壁坍塌、掉塊、縮徑及漏失嚴重(見圖6)。

3.2 造成井壁坍塌和漏失的機理和原因

(1)阿瓦提凹陷沙井子斷裂帶地層壓力低，巖性硬、脆、碎，水平和豎向層理均較發(fā)育，砂巖和灰?guī)r段裂隙發(fā)育嚴重，易發(fā)生較大滲漏和井漏。

圖5 沙井子斷裂帶主斷裂及伴生斷裂圖

圖6 孔洞、裂隙、破碎、坍塌處巖心實物圖

(2)泥巖在沒有強裂形變的情況下也可碎裂成小塊狀，產(chǎn)生大量的不規(guī)則碎裂裂縫。該井奧陶系泥巖段地層垮塌，循環(huán)出來的巖屑大小不一，大多數(shù)直徑1～10 cm左右，垮塌量較大，取出的泥巖巖心與地層露頭地層較為相似(見圖7和圖8)。

圖7 泥巖砂巖段撈取的巖屑

(3)地層水敏性強，粘土礦物吸水易膨脹、分散、剝落，地層膠結性差(見圖9)，孔壁強度低。沖洗液性能降低或沖洗液漏失后，地層極易垮塌。

(4)該井區(qū)發(fā)育大量斷層，這些斷層斷穿層位較多，同時伴生了大量微裂縫、張裂縫及高角度裂縫(見圖10)，導致地層更破碎，更易發(fā)生井漏。

4 新蘇地1井護壁堵漏工藝

4.1 二開井段(33.80～885.32 m)

(1)二開采用聚合物膨潤土沖洗液體系，主要配方：1 m3清水+10%膨潤土+0.1%純堿+0.1%燒堿+1%～3%銨鹽，循環(huán)補充膠液配方：1 m3清水+0.1%大分子包被劑，沖洗液性能如表5所示。

(2)維護處理要點：沖洗液性能主要控制高膨潤土含量、高粘切。維持沖洗液的初切(G1)/終切(G2)=(1～5) Pa/(8～13) Pa，漏斗粘度在35 s以上的同時，以BLZ-1為大分子包被劑，配制膠液，按循環(huán)周均勻補充維護來調節(jié)沖洗液的流變性。根據(jù)井下?lián)p耗以及固控損失，合適的加入銨鹽控制沖洗液的失水量，適當使用固控設備降低沖洗液中劣質固相，以保證性能的穩(wěn)定和合理的動塑比，保證沖洗液的攜沙能力以及護壁能力。

4.2 三開井段(885.32～2882.05 m)

(1)三開采用聚合物防塌沖洗液體系，主要配方：

圖8野外露頭地層圖

Fig.8Outcrop formation

圖9 強水敏性、低膠結性巖心

1開井漿 +0.2%～0.7%大分子包被劑 +1%～3%小、中分子降濾失劑 +1%～3%銨鹽 +1%～2%防塌劑，循環(huán)補充膠液配方：清水+0.2%～0.7%大分子包被劑/1%～3%小、中分子降濾失劑(見表6)。

(2)維護處理要點：沖洗液性能主要控制膨潤土含量、劣質固相、中壓失水量。維持沖洗液的初切(G1)/終切(G2)=(1～5)/(8～15) Pa，漏斗粘度在50～70 s的同時，以大分子包被劑和中小分子降濾失劑配制膠液，按循環(huán)周均勻補充維護來調節(jié)沖洗液的流變性。根據(jù)井下?lián)p耗以及固控損失，合適的加入井漿，適當使用固控及循環(huán)設備(見圖11)降低沖洗液中劣質固相，以保證性能的穩(wěn)定和合理的動塑比，保證沖洗液的攜沙能力以及護壁能力。

圖10 取出的含有裂縫的斷層巖心

密度/(g·cm-3)漏斗粘度/s屈服值/Pa塑性粘度/(mPa·s)靜切力/PaAPI失水量/mL膨潤土含量MBT/(g·L-1)含砂量/%pH值1.05～1.2435～455～138～12(1～5)/(8～12)全失～2050～1000.59

表6 三開井段沖洗液性能

圖11 現(xiàn)場泥漿流變圖

4.3 復雜情況發(fā)生經(jīng)過、處理措施及原因分析

(1)2018年9月21日12:03鉆進至井深1254.12 m，總池沖洗液體積由43.53 m3下降到42.92 m3，異常井深對應巖性為灰白色灰?guī)r，其他工程參數(shù)無明顯變化；現(xiàn)場判斷為井漏。隨后加入0.25 t隨鉆堵漏劑，鉆進時漏失密度1.13 g/cm3的沖洗液2.50 m3，停泵后回返1.0 m3，隨后無漏失。漏失原因為灰?guī)r裂縫滲漏。本次共漏失沖洗液1.5 m3，累計漏失沖洗液1.5 m3。

(2)2018年10月1日21:05二開鉆進至1738.05 m左右時發(fā)生井漏，初始漏速為3～4 m3/h，發(fā)現(xiàn)時已漏失沖洗液1 m3，經(jīng)過循環(huán)觀察發(fā)現(xiàn)為灰?guī)r砂巖滲透性漏失(見圖12)，隨后加入0.25 t隨鉆堵漏劑，加入隨鉆堵漏劑后鉆進時不再漏失，隨后鉆進新地層后發(fā)現(xiàn)又出現(xiàn)漏失，繼續(xù)加入隨鉆替漏劑鉆進，如此反復直至10月2日7:00點發(fā)現(xiàn)不再漏失。本次共漏失沖洗液34 m3，累計漏失沖洗液35.5 m3。

圖12 巖心橫向縱向裂隙發(fā)育

(3)2018年10月25日6:37鉆進至井深2539.86 m，總池沖洗液體積由47.21 m3下降到46.36 m3，異常井深對應巖性為淺灰色細砂巖，其他工程參數(shù)無明顯變化；現(xiàn)場判斷為井漏。加入隨鉆堵漏劑0.75 t，鉆進漏失密度1.13 g/cm3的沖洗液6 m3，隨后無漏失。漏失原因為砂巖滲漏。本次共漏失沖洗液9 m3，累計漏失沖洗液44.5 m3。

(4)2018年11月8日5:54取心鉆進至井深2878.72 m發(fā)現(xiàn)漏失沖洗液1 m3，開始加入隨鉆堵漏劑0.25 t，6:50發(fā)現(xiàn)漏失沖洗液8 m3，加入1 t SQD-98，沖洗液液面從58.98 m3降至46.8 m3，平均漏速8.66 m3/h；至18:00起鉆過程中共漏失14.5 m3，至9日并及時補充膠液6 m3，至9:00漏失沖洗液27.18 m3；8:00靜堵過程中共漏失5.5 m3。本次共漏失沖洗液47.18 m3。累計漏失沖洗液91.68 m3。

(5)2018年11月10日14:00下鉆至1920 m處，井壁失穩(wěn)遇阻，但00:00劃眼至2100 m，鉆穿坍塌井段，5:00下鉆至2853 m，開始劃眼，05:30劃至井深2876.38 m時，總池沖洗液體積由87.10 m3下降至86.37 m3，發(fā)生井漏，劃至2876.69 m，漏速增至15 m3/h，調配堵漏漿15 m3(中粗粒度核桃殼、復合堵漏劑、SQT-98等材料，)有效注入10 m3，起鉆，至11日8:00漏失總量21 m3,準備起鉆至套管鞋，靜堵3 h。本次共漏失沖洗液21 m3。累計漏失沖洗液112.68 m3。

4.4 處理劑消耗及成本分析

(1)二開沖洗液材料消耗情況(見表7)。

表7 二開材料消耗情況

本開次井段以泥巖為主，?311.2 mm井眼鉆速快，鉆遇大段泥巖層，振動篩跑漿嚴重后，改換較小目數(shù)篩布，2臺振動篩同時配合使用，減少了沖洗液損失。同時，使用高膨潤土含量、低粘切沖洗液鉆進，保障了井下安全。

(2)三開沖洗液材料消耗情況(見表8)。

表8 三開材料消耗情況

本開次井段以砂泥巖為主，主要降低沖洗液失水與劣質固相，防止井壁縮徑與掉塊。本開次費用消耗來自沖洗液正常的消耗以及井壁失穩(wěn)掉塊調整沖洗液性能。本開次沖洗液性能要求較高，在鉆進的過程中使用包被劑降低劣質泥巖遇水膨脹縮徑及抑制鉆屑分散等，同時使用各類降濾失劑降低失水量，使得沖洗液性能得到合理的控制，防止掉塊。井底漏失次數(shù)多，防漏與堵漏方面消耗材料也較多。

5 結語

(1)聚合物防塌沖洗液體系護壁效果好，井壁穩(wěn)定，保證了鉆井順利施工。

(2)聚合物防塌沖洗液體系流變性能較好，攜砂能力強，配制簡單，維護方便，提高了鉆探效率。

(3)對地層提前進行研判和分析，做好提前預防，并做好沖洗液材料準備及相關沖洗液配置，有助于孔內復雜情況的預防和處理。