空气钻井井眼稳定问题

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1、青西油田空气钻井井眼稳定问题的探讨孙梦慈（玉门油田分公司勘探事业部廿肃735200）摘要：对青西油田地层特性和空气钻井井壁不稳定因素进行了阐述和分析。阐述了青西油出窿15井和Q2-33井的二口空气钻井遇到的井眼不稳定问题并加以分析，提高了对空气钻井工艺的认识，对今后空气钻井的设计和施工具有一定的指导意义。主题词：青西油田；空气钻井；井壁稳定；应用一、前言空气钻井技术最早产生于20世纪50年代，其主要目的就是防止井漏和提高机械钻速。到了20世纪80年代末，国外的空气钻井取得飞速发展，不仅用于提高机械钻速，而且用于钻储层并发现储层，取得了良好的经济效益。国内玉门

2、油出50年代率先进行了空气钻井试验；90年代新疆油出引进了美国空气钻井设备，先后进行了12口空气钻井试验，在提高机械钻速和保护油层上取得了明显效果；2004年西南油田为了解决上部地层的严重井漏问题,分别对三口井实施了空气钻井，在治理井漏和提高钻速上见到明显效果。玉门青西油田受祁连山北缘逆冲作用，在酒泉盆地酒西坳陷青西凹陷南部形成了一个大型的窟窿山逆掩推覆带，该逆掩推覆帯是由一组彼此近于平行的上陡下缓的逆冲或逆掩断裂组成的前展式叠瓦状逆掩断裂带。由于块状、巨厚逆掩推覆体地层“斜、硬、跳、磨、变”的客观特性，钻遇地层较多，地层岩性不均，岩性变化频繁，地层极硬，研

3、磨性极强，对钻性差，钻头使用方面受到制约，平均机械钻速较低，造成全井钻井速度较慢，给钻井施工带来了极大的难度，钻井周期较长，2003年平均井深为4604m,平均机械钻速为1.64m/h,平均钻井周期为240d。为了提高机械钻速，2003年3月在玉门油出窿9井开展了空气钻井试验，収得了明显的效果，志留系推覆体井段空气钻井平均机械钻速是常规泥浆钻速的&74倍;2004年引进威德福空气钻井技术，分别在窿15井的志留系和白垩系地层、Q2-33和Q2-17井的第三系地层进行了空气钻井试验，实践证明空气钻井能够大幅度地提高机械钻速，但4口空气钻井都出现了井径扩人、起下钻

4、遇阻、摩阻和扭矩较大，甚至导致卡钻填井事故发生,其主要原因是井眼不稳定和施工工艺不当。本文就青西油出空气钻井所遇到的井眼不稳定性问题进行阐述和分析，以提高对空气钻井工艺的认识。二、青西油田地层特性在某一地区实施空气钻井之前，需详细地分析该地区的地层情况，特别是泥页岩地层,它直接关系到空气钻井井壁稳定问题和钻井成功与否。为了正确地分析泥页岩地层井壁稳定问题，应对泥页岩进行分类。根据水敏性粘土的种类、数量、泥页岩母体特性和水化分散趋势，可以将泥页岩分成以下几类：第一类泥页岩为蒙脱石含量高，伊利石含量也较高的很软的泥页岩，其膨胀分散的趋势很强。第二类泥页岩的粘土含

5、量和第一类泥页岩相当，但在此类泥页岩中，有些蒙脱石已经历了离子交换，形成了伊利石和间层粘土矿物。该类泥页岩膨胀分散的趋势要比第一类泥页岩稍弱一些。第三类为中硬坍塌性泥页岩，该泥页岩中的伊利石和间层粘土矿物含量比较高。第四类为易崩塌的硬泥页岩，伊利石和绿泥石含量较高。除粘土外，其余部分由石英和长石组成的惰性基岩，其粘土部分会发生有限的膨胀分散。笫五类为极硬的脆性泥页岩，存在着大量的微裂缝。其中的伊利石、高岭石和绿泥石含量较高，其膨胀和分散的趋势大大降低，但遇到流体侵入时，会沿微裂缝处发生膨胀和分散。通过对青西地区的窿110井的钻屑进行X-衍射分析可知，从250

6、0m到3500m是一个粘土矿物含量逐渐增加的过程，3500m到4000m是粘土矿物含量逐渐降低的过程；从4000m到4500m又是粘土矿物含量的第二个增加过程，而后又开始降低，整体看青西地区的泥页岩成分占相当大的比例。在井壁坍塌方面主要表现在第三系的弓形山组、白杨河组底部和柳沟庄组泥页岩含量高，容易水化分散引起井壁失稳，要求钻井液具有强抑制能力；白垩系中下沟组地层的泥页岩不易水化分散，但岩性破碎、裂缝发育，地层倾角大，井眼应力不均衡，容三、空气钻井井眼不稳定因素影响空气钻井井眼不稳定的因素是多方面的，归纳起来有如下儿点：地层出水使泥页岩水化分散、地层破碎及地

7、层交接的不整合血、山前构造地应力和工程施工吋的钻井参数等。3.1、地层出水干空气钻井（粉尘钻井）是以干空气为循坏介质的钻井工艺。在钻井过程中没有地层水进入井筒，环空屮的钻屑不会相互结块且排砂口始终是粉尘。在空气量足够的情况下，井筒钻屑易携带。从地面上可看，正常的干空气钻井有以下现彖：立管压力稳定、返出的粉尘干燥，不粘结和扭矩较小等。当干空气钻井（粉尘钻井）钻遇地层水时，井筒会出现井眼垮塌,垮塌物瞬时堆积和泥坏形成等现象。1）＞井眼垮塌由于泥页岩中的孔隙毛细管张力作用产生渗析，使得地层水在环空上返时渗入地层，泥页岩吸水膨胀产生水化应力，有的粘土矿物产生分散，有

8、的不分散但裂缝增多，扩展裂缝,减弱了岩石强度，严重彫