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摘 要：位于甘肃省镇径工区泾川县境内的红河油田36区块地质条件复杂，水平段地质构造断层较多，极易钻遇泥岩造成坍塌掉块。因此水平段井壁稳定是钻井液处理的关键，本文根据现场施工情况分析原因，在复合盐钻井液体系的基础上，及时封堵地层裂缝，平衡泥岩坍塌压力，提高钻井液抑制性，应对钻遇泥页岩提供了有效解决办法。
关键词：水平段井壁失稳 泥岩 坍塌掉块 封堵 防塌 井漏 密度
1.引言
红河油田构造位置为鄂尔多斯盆地天环坳陷南端，水平井段目的层主要位于三叠系延长组长812 ，该区块部分井目的层裂隙比较发育，极易钻遇泥岩，泥质含量高水敏性强，泥岩产生水化膨胀，导致井壁失稳的风险进一步加大，虽然通过提高钻井液密度可以达到稳定井壁的目的，但过高的密度容易造成砂岩裸眼段或油藏裂缝发育地层发生井漏，也会导致滤液在压差的作用下加速向地层渗入，导致井壁吸水膨胀垮塌掉块。
2.井壁失稳的因素
2.1地质因素
泥岩极易吸水分散，吸水后层间产生较大的膨胀压力，在井壁上出现剥落现象。红河油田延长组地层本身强度低，地层压力系数低，在外力的作用下极易发生破碎，引起固体颗粒的剥落，引起井壁坍塌。
2.2工程因素
由于水平井施工周期长，钻井液液柱压力低于地层压力及裸眼井段受钻井液浸泡时间较长，泥岩强度降低，极易出现井壁坍塌，由坍塌引起的体系固相含量增高，还有可能引发井漏。
2.3钻井液因素
钻井液的固相含量高，泥饼质量差，滤失量大，大量滤液进入地层，导致泥岩吸水膨胀不稳定。钻井液与地层流体性质不配伍性，钻井液滤液就会向地层中流动造成地层膨胀，泥岩强度降低，引起坍塌掉块。
水平段本身泥岩存在微裂缝，在压差作用下，对裂缝未进行封堵或封堵不理想时，滤液会大量进入地层，在硬而脆的井壁上出现井壁剥落和垮塌。
水平段为了达到防塌目的，平衡地层压力，对钻井液密度要求很高，过高的密度容易引发薄弱地层或孔隙性地层的井漏。
3.采取的措施与对策
3.1提高钻井液密度
根据力学平衡原理，利用钻井液产生的液柱压力平衡地层坍塌应力，由于水平段砂岩易漏地层与泥岩易塌段同层，因此解决好泥岩段垮塌和砂岩易漏地层的承压能力是井壁稳定的关键，在做好随钻堵漏承压能力的基础上，可将钻井液密度逐步提高到1.18-1.20 g/cm3，若不发生漏失，提高地层的挤封堵漏承压能力下可逐步提高到1.20-1.25 g/cm3。
3.2提高钻井液的抑制性
红河油田水平段施工中无固相聚合物体系中突出的就是抑制性，可加入KCL，防止泥岩水化分散，增强体系抑制性，降低钻井液体系中水的活度，保持钻井液的矿化度大于地层流体矿化度，使地层水向井眼流动，强度增强达到稳定井壁的目的。
3.3增强地层的封堵能力
地层钻开后，井眼周围岩石存在很多微裂缝，在压差的作用下，大量钻井液就会侵入地层，对泥岩进行缓慢水化，在井壁内部形成较大的膨胀压，导致井壁周期性剥落、坍塌，因此井眼钻开后进行封堵是至关重要的。加入防塌剂、沥青粉和酚醛树脂进行封堵，通过高聚物分子的护胶和堵孔及封堵剂封堵地层裂隙，并严格控制钻井液滤失量≤5ml，使滤饼渗透性降低，防止井壁水化膨胀。
3.4解决井塌和井漏的矛盾
高密度的钻井液有利于井壁的稳定，但密度过高有可能对砂岩段或薄弱地层带来井漏风险，地层承压能力低易造成压差漏失；且钻井液滤液在压差作用下渗透进入地层，引起水化膨胀，使泥岩地层造成剥落、垮塌掉块，因此要综合考虑平衡井漏与井塌的矛盾。
钻开油气层前做好地层承压实验，水平段钻井液体系一定要提高抑制性，降低失水，提高滤饼质量，降低钻井液中水的活度。加大有机、无机盐的含量，降低地层坍塌压力，加入封堵剂对微裂缝进行封堵，对上部易漏地层加入随钻、屏蔽暂堵剂提前进行预防，防止压漏地层。
4.现场应用及解决实例
HH36P24井是一口三开水平井，完钻井深3439.00m，A点井深2438.00m该井钻至3258.00m遇泥岩，至3362.00m泥岩段长达104m，期间起下钻、接单根作业时有遇阻显示，活动钻具困难。该井三开钻井液为：清水+4～6%钠土+0.2～0.3%Na2CO3+0.2～0.3%HV-CMC+0.2～0.3%K-PAM低固相聚合物体系钻井液，钻遇泥岩前泥浆性能：
本井三开前进行地层承压实验，钻遇泥岩过程中由于泥岩的垮塌掉块造成钻具上提下放严重阻卡。后进行了泥浆体系的转换，首先加入1%单封进行随钻承压堵漏，并加入2-3%抗复合盐降失水剂+3-4%改性沥青粉+2-3%防塌剂+0.5%-1%LV-CM对裂缝进行护胶、堵孔封堵，在进行化学封堵的过程中，钻井液密度也逐渐进行提高，当密度提高至1.25 g/cm3时，起下钻、接单根正常、无遇阻现象。施工同时加入2-3%KCL提高钻井液的抑制性，降低水的活度。
通过上述措施，本井最终顺利完井并无井下事故的发生，完钻时钻井液性能：
5.结论与建议
1.红河油田36区块水平段钻遇泥岩时可根据力学平衡原理，利用钻井液产生的液柱压力平衡地层坍塌应力，支撑泥岩井壁，可将钻井液密度逐步提高到上限1.25g/cm3。
2. 红河油田水平段施工中增强体系抑制性，降低钻井液体系中水的活度，保持钻井液的矿化度大于地层流体矿化度，使地层水向井眼流动，使泥岩强度增强，达到稳定井壁的目的。
3. 水平段钻井液要求通过高聚物分子的护胶和堵孔及封堵剂封堵地层裂隙，并严格控制钻井液滤失量≤5ml，使滤饼渗透性降低，滤失量减少，防止井壁水化膨胀。
4.钻遇泥岩时，钻井液性能粘度提高到70-80S，严格控制失水量，加入1.5-2%单向压力封闭剂和2-3%防塌剂、3-4%沥青粉类封堵剂，有效防止地层垮塌、泥岩掉块。
5. 由于水平段目的层胶结性差承压能力低，密度过高有可能对砂岩段或薄弱地层带来井漏风险，对于预防泥岩地层造成剥落、垮塌掉块的同时要平衡井漏与井塌的矛盾。
参考文献
[1] 镇径油田钻井工程作业手册.2011
关键词：水平段井壁失稳 泥岩 坍塌掉块 封堵 防塌 井漏 密度
1.引言
红河油田构造位置为鄂尔多斯盆地天环坳陷南端，水平井段目的层主要位于三叠系延长组长812 ，该区块部分井目的层裂隙比较发育，极易钻遇泥岩，泥质含量高水敏性强，泥岩产生水化膨胀，导致井壁失稳的风险进一步加大，虽然通过提高钻井液密度可以达到稳定井壁的目的，但过高的密度容易造成砂岩裸眼段或油藏裂缝发育地层发生井漏，也会导致滤液在压差的作用下加速向地层渗入，导致井壁吸水膨胀垮塌掉块。
2.井壁失稳的因素
2.1地质因素
泥岩极易吸水分散，吸水后层间产生较大的膨胀压力，在井壁上出现剥落现象。红河油田延长组地层本身强度低，地层压力系数低，在外力的作用下极易发生破碎，引起固体颗粒的剥落，引起井壁坍塌。
2.2工程因素
由于水平井施工周期长，钻井液液柱压力低于地层压力及裸眼井段受钻井液浸泡时间较长，泥岩强度降低，极易出现井壁坍塌，由坍塌引起的体系固相含量增高，还有可能引发井漏。
2.3钻井液因素
钻井液的固相含量高，泥饼质量差，滤失量大，大量滤液进入地层，导致泥岩吸水膨胀不稳定。钻井液与地层流体性质不配伍性，钻井液滤液就会向地层中流动造成地层膨胀，泥岩强度降低，引起坍塌掉块。
水平段本身泥岩存在微裂缝，在压差作用下，对裂缝未进行封堵或封堵不理想时，滤液会大量进入地层，在硬而脆的井壁上出现井壁剥落和垮塌。
水平段为了达到防塌目的，平衡地层压力，对钻井液密度要求很高，过高的密度容易引发薄弱地层或孔隙性地层的井漏。
3.采取的措施与对策
3.1提高钻井液密度
根据力学平衡原理，利用钻井液产生的液柱压力平衡地层坍塌应力，由于水平段砂岩易漏地层与泥岩易塌段同层，因此解决好泥岩段垮塌和砂岩易漏地层的承压能力是井壁稳定的关键，在做好随钻堵漏承压能力的基础上，可将钻井液密度逐步提高到1.18-1.20 g/cm3，若不发生漏失，提高地层的挤封堵漏承压能力下可逐步提高到1.20-1.25 g/cm3。
3.2提高钻井液的抑制性
红河油田水平段施工中无固相聚合物体系中突出的就是抑制性，可加入KCL，防止泥岩水化分散，增强体系抑制性，降低钻井液体系中水的活度，保持钻井液的矿化度大于地层流体矿化度，使地层水向井眼流动，强度增强达到稳定井壁的目的。
3.3增强地层的封堵能力
地层钻开后，井眼周围岩石存在很多微裂缝，在压差的作用下，大量钻井液就会侵入地层，对泥岩进行缓慢水化，在井壁内部形成较大的膨胀压，导致井壁周期性剥落、坍塌，因此井眼钻开后进行封堵是至关重要的。加入防塌剂、沥青粉和酚醛树脂进行封堵，通过高聚物分子的护胶和堵孔及封堵剂封堵地层裂隙，并严格控制钻井液滤失量≤5ml，使滤饼渗透性降低，防止井壁水化膨胀。
3.4解决井塌和井漏的矛盾
高密度的钻井液有利于井壁的稳定，但密度过高有可能对砂岩段或薄弱地层带来井漏风险，地层承压能力低易造成压差漏失；且钻井液滤液在压差作用下渗透进入地层，引起水化膨胀，使泥岩地层造成剥落、垮塌掉块，因此要综合考虑平衡井漏与井塌的矛盾。
钻开油气层前做好地层承压实验，水平段钻井液体系一定要提高抑制性，降低失水，提高滤饼质量，降低钻井液中水的活度。加大有机、无机盐的含量，降低地层坍塌压力，加入封堵剂对微裂缝进行封堵，对上部易漏地层加入随钻、屏蔽暂堵剂提前进行预防，防止压漏地层。
4.现场应用及解决实例
HH36P24井是一口三开水平井，完钻井深3439.00m，A点井深2438.00m该井钻至3258.00m遇泥岩，至3362.00m泥岩段长达104m，期间起下钻、接单根作业时有遇阻显示，活动钻具困难。该井三开钻井液为：清水+4～6%钠土+0.2～0.3%Na2CO3+0.2～0.3%HV-CMC+0.2～0.3%K-PAM低固相聚合物体系钻井液，钻遇泥岩前泥浆性能：
本井三开前进行地层承压实验，钻遇泥岩过程中由于泥岩的垮塌掉块造成钻具上提下放严重阻卡。后进行了泥浆体系的转换，首先加入1%单封进行随钻承压堵漏，并加入2-3%抗复合盐降失水剂+3-4%改性沥青粉+2-3%防塌剂+0.5%-1%LV-CM对裂缝进行护胶、堵孔封堵，在进行化学封堵的过程中，钻井液密度也逐渐进行提高，当密度提高至1.25 g/cm3时，起下钻、接单根正常、无遇阻现象。施工同时加入2-3%KCL提高钻井液的抑制性，降低水的活度。
通过上述措施，本井最终顺利完井并无井下事故的发生，完钻时钻井液性能：
5.结论与建议
1.红河油田36区块水平段钻遇泥岩时可根据力学平衡原理，利用钻井液产生的液柱压力平衡地层坍塌应力，支撑泥岩井壁，可将钻井液密度逐步提高到上限1.25g/cm3。
2. 红河油田水平段施工中增强体系抑制性，降低钻井液体系中水的活度，保持钻井液的矿化度大于地层流体矿化度，使地层水向井眼流动，使泥岩强度增强，达到稳定井壁的目的。
3. 水平段钻井液要求通过高聚物分子的护胶和堵孔及封堵剂封堵地层裂隙，并严格控制钻井液滤失量≤5ml，使滤饼渗透性降低，滤失量减少，防止井壁水化膨胀。
4.钻遇泥岩时，钻井液性能粘度提高到70-80S，严格控制失水量，加入1.5-2%单向压力封闭剂和2-3%防塌剂、3-4%沥青粉类封堵剂，有效防止地层垮塌、泥岩掉块。
5. 由于水平段目的层胶结性差承压能力低，密度过高有可能对砂岩段或薄弱地层带来井漏风险，对于预防泥岩地层造成剥落、垮塌掉块的同时要平衡井漏与井塌的矛盾。
参考文献
[1] 镇径油田钻井工程作业手册.2011