顺北破碎地层微纳米封堵防塌钻井液技术研究与应用

国外案例——墨西哥南部Mora油田
墨西哥南部Mora油田施工的Mora24井钻遇了破碎带地层，井壁坍塌掉块，仅通过提高 钻井液密度无法有效降低坍塌问题，通过加强封堵，优化钻井液常规性能成功解决。
认识
单纯提高钻井液密度会加速泥浆 侵入受断层影响的部分，进一步 破坏地层的稳定性。
地震解释了多条断层，井眼轨迹与断裂平 行，具有较高的失稳风险
侧钻点: 7600m
第 二 次 侧 钻 ： 钻 至 7905.87m 阻卡严重回填侧钻，耗时41天。
侧钻点: 7650m Φ149.2mm ×7746m
第一次侧钻：钻至8065.9m埋 钻，被迫回填侧钻，耗时36天
7718-7723
（三）垮塌原因分析认识
1、强挤压、高应力井段易发生井壁坍塌
5号断裂带北段以挤压为主，压隆构造会造成应力集中，钻开后应力释放，井内钻
2、典型案例
顺北5-3井直井眼顺利钻达设计井深（7746m）耗时180天。侧钻过程地层破碎，
垮塌严重，阻卡频繁，实施4次侧钻耗时285天，全井钻井周期465天。
第三次侧钻： 钻遇定容体
断裂
第四次侧钻：二开 120.65mm小井眼水平 井因掉块调整为斜井
实钻井身结构
Φ339.7mm×999.18m 第四次侧钻：7寸套管开窗二开
钻井液进入微裂缝导致井壁掉块示意图
（三）垮塌原因分析认识
3、水平井井壁碎块受重力影响大，易坍塌
破碎性地层井周岩体呈非连续碎块，通过受力分析，易塌原因有： 1）滤液侵入造成岩石内摩擦力降低； 2）定向井井斜越大，碎块所受的重力分量越大，井壁稳定难度越大。
裂缝发育 的破碎性
地层
内摩擦力 重力
破碎性地层岩体示意图
Φ444.5mm ×1000m
次 侧 钻 ， 二 开 钻 至 7932.74m
Φ244.5mm×5393.14m Φ311.2mm ×5395m
因阻卡提前完钻。
第二次侧 钻：掉块阻
卡
第一次侧 钻：卡钻
Φ177.8mm ×7328.02m Φ215.9mm ×7330m
Φ149.2mm ×7384.09m(斜) /7382.27m(垂) Φ149.2mm ×7905.87m(斜) /7798.57m(垂)
2、地层微裂缝发育，压力传递易导致井壁掉块
受强构造运动影响，奥陶系地层发育大量微裂缝，如果泥浆封堵能力不足，泥浆
滤液进入微裂缝，一方面使黏土矿物发生水化，产生膨胀压力，另一方面增大微裂缝
中的孔隙压力，加剧井壁坍塌掉块。
坍塌密度：
孔隙压力越大，坍塌密度 越大，应力支撑越困难！
顺北5井岩心薄片
顺北蓬1井岩心薄片
井下掉块
掉块大多形状扁平，呈平行表面 表面可观察到天然裂缝 断裂面观察到泥浆滤液
解决方案
①根据地质力学模型预测相对合 理的泥浆窗口。 ②加入封堵材料有效封堵天然裂 缝； ③优化钻井液常规性能。
（一）技术调研
国内案例——塔参1井
塔参1井位于塔中地区四号断裂带，受断层的挤压与扭转作用，地层破碎，四开钻进奥陶 系、寒武系大段白云岩地层时, 井眼坍塌严重, 钻至井深6392.8m时发生断钻具事故，被迫侧 钻。后通过提高钻井液密度，优化封堵和携砂性能，确保钻至完钻井深7200m。
Φ149.2mm ×8065.91m(斜) /7923.06m(垂)
第 139.7mm套管顶深：7185m 三 次 侧 钻 ： 钻 至 7384.09m 溢漏共存再次侧钻。耗时21天。
Φ139.7mm ×7349m Φ149.2/165.1mm ×7349m
侧钻点: 7345m
Φ120.65mm ×7907m(斜) /7776.07m(垂)
顺北蓬1
顺北7 顺北鹰1
顺北5 顺北3
顺北1 顺北2
顺北53X
顺北4
顺北8X
（二）奥陶系垮塌情况
1、垮塌概况
顺北油气田勘探开发主要集中在1、5号断裂带，共部署约70口井。2018年陆续 出现破碎地层垮塌掉块复杂，共5口井钻遇破碎地层，复杂周期达981天。
井号 顺北5-1X 顺北5-3 顺北鹰1 顺北蓬1
地层
界
系
统
新
第四系
生
界
第三系
中
侏罗系
生
界
三叠系
底界井深 （m） 300.0
1808.0
2117.0
2707.0
二叠系
3249.0
古
中下统 3554.0 石炭系
下统 387பைடு நூலகம்.0
志留系 生
4001.0
奥陶系 界
寒武系
6094.0 7200.0
井身结构
508mm×344.7m 660mm×344.8m
顺北破碎地层 微纳米封堵防塌钻井液技术研究与应用
2019年7月
一、概 况 二、防塌技术 三、现场应用 四、结论建议
（一）基本情况
（1）地理位置
顺北油气田位于塔里木盆地北部，地处“两隆”、“两坳”之间，包含四个区块，
面积19979km2 ，油气资源量17亿吨。
塔里木盆地构造单元划分图 （底图为奥陶系中下统顶面构造图）
井壁不稳定碎块受力分析
不同井斜角钻遇破碎层理面时坍塌情况
一、概 况 二、防塌技术 三、现场应用 四、结论建议
（一）技术调研
国内外钻遇破碎带地层的案例较少，典型案例有：墨西哥南部Mora油 田的Mora24井，塔里木油田的塔参1井，塔河油田的塔深2井。
塔深2井
塔参1井
墨西哥南部Mora油田
（一）技术调研
井液液柱压力取代原地层对井壁的支撑，破坏了地层的应力平衡，引起井周应力重新
分布，易造成井壁坍塌。
第四次侧钻：二开 120.65mm小井眼水平 井因掉块调整为斜井
拉张
中性面
挤压
第三次侧钻： 钻遇定容体，
溢漏同存
断裂
第二次侧钻 ：掉块阻卡
顺北5-1井
第一次侧钻： 卡钻
顺北5-3井
（三）垮塌原因分析认识
沙参2
沙雅隆起
塔河油田
沙48
阿瓦提坳陷
巴楚隆起
四区
一区
顺北1-1H
顺托果勒低隆起
三区 二区
顺托1
满加尔坳陷
卡塔克隆起
顺南4
区块 一区 二区 三区 四区 合计
面积/km2 4453 5627 3840 6059 19979
（一）基本情况
（2）井位部署
顺北油气田属断溶体油藏，地质解释13条断裂带。目前主要在1号和5号断裂带 进行钻探。
顺北4
阻卡层位 桑塔木-鹰山 一间房-鹰山
鹰山 鹰山 却尔却克
钻井周期 d
502
465
505
347
672
处理井筒周期 d 242
184
209
49
297
钻井液密度 g/cm3
1.21~1.42 1.24~1.45 1.33~1.60 1.35~1.55 1.5~2.05
地层岩性 灰岩 泥岩
（二）奥陶系垮塌情况