摘要：大位移井钻井施工过程中，受储层性质、钻井液性能、浸泡时间、井内压力波动等因素影响，极易产生井壁失稳，不但影响施工进度，还造成极大安全隐患。为解决这一技术难题，本文通过井壁稳定机理分析及现场钻进新老井眼对比实验，研究了各项性能指标对井壁稳定的影响，结果表明，通过钻井液性能优化、井眼清洁、降摩减扭等措施，能够有效解决大位移井井壁失稳问题。该项研究为同类型井提供了可借鉴性方案，为大位移井井壁稳定研究提供了技术支持。
关键词：大位移井；井壁稳定；钻井液性能；井眼清洁
1 井壁失稳机理分析
1.1 钻井液性能影响
（1）钻井液密度:井壁受到周围上覆压力、地层孔隙压力、钻井液液柱压等作用的影响,如果受力不平衡,就会产生剪切破坏,脆性地层产生坍塌,塑性地层产生缩径,造成井壁不稳定。如果液柱压力低于地层坍塌压力,地层容易坍塌[1-3]。
（2）失水：在中深层井段钻进过程中，若失水较大，滤液进入层理间隙，黏土矿物遇水膨胀，膨胀压力使张力增大，导致地层局部拉伸破裂。同时由于滤液的缓慢侵入，失去了有效钻井液柱压力的支撑作用，诱发井壁失稳。
（3）封堵抑制性：钻井液的抑制封堵性影响着黏土矿物水化膨胀的程度，氯化钾能够提高钻井液的抑制性，钾离子能够优先被黏土矿物吸附，进入其内的两个硅氧六角环之间的空间形成键合，从而限制了相邻硅酸盐晶片的膨胀和分离[4-6]。
（4）井温高，钻井液维护困难：高温会使钻井液造壁性能变坏，会造成钻井液的封堵性能较差，不能有效阻止滤液浸入地层，还会使钻井液组分发生降解、发酵、增稠及失效等变化，从而使钻井液性能变得不易调整和控制，造成井壁失稳。
1.2 岩性影响
玄武岩：玄武岩硬度较大，但因玄武岩结构的复杂性及不均质性，在钻井过程中随地层应力的释放或激动压力过大以及机械碰撞作用易导致地层的垮塌掉块[7]。
泥岩水化膨胀：该地区泥岩粘土矿物以伊蒙间层为主，由于伊利石、蒙脱石的水化膨胀能力不同，蒙脱石吸水膨胀后导致内部受力不均，出现掉块、井塌等事故。
1.3 钻井技术因素
（1）起下钻频繁，循环措施不当，导致井壁应力失稳。频繁起下钻，尤其是速度过快的起下钻，长时间的定点循环，尤其是带螺杆的定点循环，都容易对井壁造成冲击，诱发井壁失稳。
（2）井眼维护措施不到位。钻井施工中，片面追求机械钻速，未及时落实通井、短起下与携岩措施，固控设备使用不当或清除效果不好，井眼内劣质固相含量高，形成砂桥、岩屑床，造成起钻困难，下钻发生遇阻、划眼、卡钻等复杂事故或造成开泵困难，容易将地层憋塌、憋漏。
研究表明，井壁失稳是由多方面因素综合作用的结果，应根具具体构造特征、地层性质、井眼状况制定针对性施工方案，从钻井液性能、工程参数、技术操作、工具的应用等多角多方面进行优化，以改善井眼状况，达到井壁稳定的目的。
2 NP13-1706井基本情况：
NP13-1706井设计井深6167米，实际完钻井深6387米，钻井周期262.75天，机械钻速7.66m/h，最大井斜87.35°，水平位移4940.99m。该井为五开定向井，地层复杂，可钻性差，为冀东油田目前最大水平位移井，井壁稳定形势严峻，特别是四开钻进期间发生井壁失稳造成侧钻，对后期的井壁稳定处理提出了更严格要求。
3 新井眼防蹋优化处理
（1）调整了泥浆性能：
动速比：研究表明，较高的动塑比能够有效降低岩屑床高度，如图1所示，与原井眼相比，泥浆抗温性能提高，提高了动塑比0.57到0.61，增强了钻井液的携岩能力。
抑制性：保证氯化钾加量8%-10%，氯化钾钻井液体系本身具有较强的抑制页岩渗透水化性能，对防治井壁缩径特别有效，提高氯化钾的含量，通过K+的镶嵌，起到防塌效果。
封堵性：本井侧钻前后泥浆最重要的改变就是引入8tHGW化学固壁剂和7.4tHSM胶束封堵，并引进了7t阳离子沥青粉，大大提高了泥浆的抗高温防塌、稳定井壁的效果。胶束剂和化学固壁剂主要靠吸附交联、粘结成膜作用来稳定井壁。
润滑性：侧钻后加大润滑处理剂的投入，润滑效果得到改善。侧钻前1619m井段共加入固体减摩剂、极压润滑剂等各类润滑剂188t，侧钻后775m井段加入润滑剂100.5t，每米投入增加11.68%。
（2）钻井参数调整：与原井眼相比，排量提高3-5L/s,泵压提高4-6MPa，转速从70提至90，有效增强了钻井液岩屑悬浮携带能力，降低了钻进扭矩。并延长了循环时间，为了保证大位移井段的井眼清洁，清洁井眼排量不低于34l/s的排量循环，钻进过程中循环携砂和每次起钻前循环时间不低于2周，待振动筛无岩屑后和短起下钻正常后，才允许起钻和下部钻进。
图1 动塑比与岩屑床高度示意图
（3）施工工序的优化。控制钻速，每钻进100-150m或不超过24小时进行短起下钻一次，及时清除岩屑床，以清除过厚的泥饼，保证井眼畅通。稠塞携砂，短起下钻后采取重稠塞20m³洗井等方法提高钻井液岩屑携带能力，破坏岩屑床，保证井眼畅通。
（4）优化减摩工具的安放位置。通过对钻具侧向力进行分析，根据结果，确定减摩工具的安放位置。按增斜段每柱一加的原则，共下入减摩接箍60只，有效的降低了钻井扭矩，平均扭矩降低5-6KN.M。
（5）引用新工具：
新工具一：岩屑床破坏器。
当流体流经螺旋槽时，流动方向发生变化，对周围的岩屑产生强烈的冲刷作用，增加了流体的紊流程度，提高了破碎岩屑床的能力。
新工具二：旋转导向的PWD功能
旋转导向工具集成了环空压力测量系统，能够随钻监测井内压力（ECD）变化，间接反映井筒返砂情况，实钻过程中，一旦ECD增加，立即停止钻进，采取短起下、重稠塞携砂等措施清洁井眼。如图3所示，应用旋转导向技术可以全井段连续复合钻进，保持井眼平滑，大大提高机械钻速，缩短钻井周期，降低裸眼长时间浸泡导致井塌的风险。
4 认识与结论
（1）本井钻井周期262.75天，在井壁稳定的维护处理过程中，钻井液各项性能的调整，提高了钻井液的抑制及携岩能力，特别是HSM胶束封堵剂、HGW化学固壁剂配合与地层温度匹配的氧化沥青提高了封堵能力，有效解决泥页岩井壁问题。
（2）各项施工工序的规范及优化，避免了岩屑床的形成，降低了复杂事故的发生。另通过旋转导向等新仪器的应用，保证了井眼轨迹的圆滑，大幅降低扭矩，促进井眼清洁，进一步维护了井壁稳定，该井的施工对今后大位移井井壁稳定的维护提供了可借鉴性参考方案。
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第一作者简介：马骁，1989年生，男，汉族，工程师，2012年毕业于东北石油大学石油工程专业，现在冀东油田分公司工程监督中心从事钻井监督工作，通讯地址：河北省曹妃甸区冀东油田工程监督中心
论文作者:马骁,胡勇科,常学平,武海栋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/28
标签：井壁论文; 岩屑论文; 地层论文; 钻井液论文; 位移论文; 稳定论文; 性能论文; 《基层建设》2018年第19期论文;