冀东南堡玄武岩井壁稳定技术的研究.pdfVIP

冀东南堡玄武岩井壁稳定技术的研究 朱宽亮 吴晓红 （中国石油冀东油田公司钻采工艺研究院 河北唐山 063000） 摘要：南堡油田馆陶底玄武岩地层易发生坍塌掉块及井漏等复杂事故，影响钻井速度及油气层保护效 果，长期以来制约着南堡油田优快钻井技术的发展。在岩石矿物组分与理化性能分析、水平主应力方向及 岩石坍塌压力等因素分析的基础上，优选研究出了强封堵、强抑制的KCL 成膜封堵低侵入钻井液体系，利 用玄武岩坍塌压力预测分析的成果，确定了合理的钻井液密度，通过现场应用有效解决了南堡油田馆陶玄 武岩井壁失稳问题，提高了地层承压能力，改善了井眼质量，减小了复杂事故发生，使南堡油田玄武岩地 层井壁稳定技术得到突破性进展。 关键词：玄武岩；井壁稳定；低浸入钻井液；岩石力学；理化性能 0 引言 冀东南堡油田位于渤海湾盆地黄骅坳陷西南部滩海，共发育5 个构造，在1、2 、5 号构 造馆陶组底部埋藏着大段由于火山活动形成的分布范围广、厚度变化大的玄武岩地层，其中 1 号构造垂厚约为220～792m，2 号构造约为10～286m，5 号构造约为46～169m。在勘探初 期，由于对其岩性认识不清，在钻遇该层段时经常出现严重的坍塌、井漏及卡钻等复杂事故， 影响着南堡油田的钻井速度、油气层保护效果及井身结构优化简化。通过对玄武岩理化性能 及力学分析，研究形成了一套适用于南堡油田馆陶底玄武岩地层井壁稳定的钻井液技术，有 效提高了南堡油田馆陶组玄武岩地层的井壁稳定，减小了复杂事故的发生，为南堡油田高效 勘探开发提供了技术支持。 1 玄武岩井壁失稳机理的研究 1.1 玄武岩矿物组分及理化性能分析研究 冀东南堡油田馆陶底玄武岩地层主要包括纯玄武岩、蚀变玄武岩、凝灰岩和玄武质泥岩， 且交互分布，所钻玄武岩层段中蚀变玄武岩、玄武质泥岩比例较高。纯玄武岩是一种基性 喷出岩，其主要成分是硅铝酸钠或硅铝酸钙，二氧化硅的含量大约是 45～52%，因此纯玄 武岩岩性致密坚硬，遇水不易坍塌、分散。但由于其含有较高的氧化铁和氧化镁，在热液成 矿作用下易发生绿泥石化、泥化等蚀变反应形成以绿泥石、斜长石及蒙脱石占优势的蚀变玄 武岩类，遇水后易膨胀，甚至分散。且因火山的喷发作用产生大量气孔，后期中间常被其它 矿物充填，形成气孔和杏仁构造，在应力作用下易在气孔、杏仁体等处产生应力集中，而导 致玄武岩地层的垮塌掉块。通过薄片及扫描电镜分析，南堡油田蚀变玄武岩岩石基质成分主 要为斜长石晶粒，粒间及粒表多被泥质及碳酸盐充填，晶粒存在被溶蚀表面粘土化现象，原 生、次生裂缝及溶孔较发育，内多充填硅质、方解石，因蚀变程序不同其结构由致密至疏松， 遇水易膨胀（图 1）。玄武质泥岩成分以泥质为主，岩石内孔隙不发育，泥质具弯曲片状结 构、成分主要为伊利石及伊蒙混层，局部见少量微细孔隙，岩性疏松，遇水易膨胀和分散（图 2 ）。 图1 南堡油田玄武岩扫描电镜 图2 南堡油田玄武岩扫描电镜 1）玄武岩矿物组分分析 利用实钻岩心对馆陶组玄武岩进行全岩矿物及粘土矿物分析（表1、表2 ），从表中可知， 部分岩样粘土矿物含量高达 45% 以上，部分岩样斜长石含量高达45% 以上，而晶质矿物普 遍偏低，说明岩石多为风化蚀变的玄武岩类，岩性疏松，易发生坍塌掉块[1] 。玄武岩粘土矿 物中伊蒙间层含量较高，达到 60-80%，其次为绿泥石、伊利石，因此蚀变玄武岩和玄武质 泥岩水敏性较强，在钻井过程中，应注重考虑钻井液封堵性和抑制性，使钻井液滤液尽可能 少地侵入地层，抑制其水化膨胀，防止井壁坍塌掉块。 表1 X 射线衍射全岩矿物含量分析数据 矿物组分/% 岩样 深度/m 石英 钾长石 斜长石 方解石 白云石 辉石 粘土矿物 NP1-4 井玄武岩 1996.0 2.79 27.78 47.55 3.37 13.69 4.82 NP118-X12 井玄武岩 267