顺北破碎地层微纳米封堵防塌钻井液技术研究与应用

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
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
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。
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
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 3876.0
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
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。
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
Leabharlann Baidu
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
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）
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
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
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
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)
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
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、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