嚴重破碎帶地層鉆井技術難點及對策
嚴重破碎帶地層鉆井技術難點及對策
嚴重破碎帶地層鉆井技術難點及對策
嚴重破碎帶地層鉆井技術難點及對策
嚴重破碎帶地層鉆井技術難點及對策
1 新l井概況                                                                
新1井是一口預探井，位于新疆自治區塔城地區
和布克塞蒙古自治縣夏孜蓋鄉東25．5 km (新五村東
北17．5 km)，在準噶爾盆地西部隆起烏一夏構造高部
位，設計井深3 900 m。該井白 而下鉆遇的層系有
白堊系(K)、侏羅系(J)、三疊系(T)、二疊系
(P)和石炭系(C)。該井一開，+444．5 mm 井眼×
214．21 m，孛339．7 mm 套管× 213．33 m； 二開，
孛311．1 mm 井眼×2 505 m，+244．5 mm 套管×
2 503．33 m；三開由于鉆遇二疊系嚴重破碎帶地層，
孛215．9 mm井眼鉆至井深2 642．62 m時因井壁坍塌、
掉塊而發生卡鉆事故，套銑后無法打撈起落魚，在井
深2 450．10 m進行開窗側鉆，但在側鉆過程中， 由
于井壁坍塌、掉塊極為嚴重，井下情況相當復雜，繼
續側鉆風險太大，于是在分析破碎帶鉆井技術難點的
基礎上，采取了針對性的技術措施在井深2 074．74
m進行**次開窗側鉆，順利鉆至井深3 421．34 m
完鉆。
2 技術難點
1)二疊系地層中下部凝灰巖、安山巖地層井眼
裸露后，井壁坍塌、掉塊極為嚴重。隨著裸露井段的
增加，掉塊的數量和尺寸不斷增加，井下復雜情況進
一步加劇，施工難度越來越大。
2)岡安山巖、凝灰巖致密堅硬、耐研磨、密度
高，其掉塊難以被破碎、懸浮和帶出地面，經常出現
鉆柱上提下放阻卡嚴重、轉盤扭矩劇增、接單根后下
鉆不到底等井下復雜情況。為此，只有大幅度提高鉆
井液粘度、切力以提高鉆井液懸浮、攜巖能力，但鉆
井液粘切過大，會引起泵壓過高等不利因素。

3)在井深2 710．00 m 進入嚴重的破碎帶地層，
由于井眼圍巖嚴重破碎，井眼裸露后立即發生坍塌、
掉塊，井下情況驟然惡化。
4)由于凝灰巖、安山巖坍塌、掉塊主要是地應
力釋放造成，所以高效防塌、封堵類鉆井液的防塌效
果不明顯。
5)該井斷層發育，不整合面多，地層承壓能力
低，易發生井漏。因此提高鉆井液密度受到一定限
制，導致鉆井液液柱壓力不能平衡原始地應力，井鼙
始終處于力學不穩定狀態。
6)井壁垮塌、掉塊造成井徑擴大，個別井段出
現“糖葫蘆” 井眼，導致施工難度進一步加大。

3 工程技術措施
3．1 防止坍塌卡鉆
1)鉆至二疊系凝灰巖、安山巖嚴重破碎地層后，
根據返出的掉塊情況和井下顯示，及時采取相應對
策，確保井下**。井下有遇阻遇長顯示、轉盤扭矩
增大時，及時簡化鉆具組合，情況嚴重時用加重鉆桿
代替全部鉆鋌。鉆穿二疊系凝灰巖、安山巖地層一段
時間后，如果井下返出掉塊明顯減少，阻卡顯示明顯
減輕，井下情況基本正常后，可考慮下入常規鉆具組
合， 以增加鉆壓加快鉆進速度。
該井分段鉆具組合：2 078．00～2 l86．00 m 井

段， 215．9 mm 三牙輪鉆頭+ 214．0 mm 雙母穩定
器+ 158．8 mm無磁鉆鋌1根+ l58．8 mm鉆鋌15
根+ 127．0 mm鉆桿；2 186．00～2 628．00 m井段，
215．9 mm三牙輪鉆頭++158．8 mm 鉆鋌1 5根+
127．0 mm 鉆桿；2 628．00～ 2 993．00 m 井段，
215．9 mm三牙輪鉆頭+ 127 mm加重鉆桿30根+
中127．0 mill鉆桿；2 993．00～ 3 421．34 m 井段，
215．9 mm三牙輪鉆頭+ 158．8 mm 鉆鋌6根+
中127．0 mill加重鉆桿30根+中127．0 mm鉆桿。
2)當井下坍塌、掉塊加重，井下復雜情況加劇
時，及時調整鉆井液性能以緩解井下復雜情況。提高
鉆井液密度可以減輕地應力釋放造成的井壁坍塌、掉
塊現象；加入防塌封堵類鉆井液處理劑，可進一步阻
止鉆井液濾液進入微裂紋，抑制裂縫泥質充填物吸水
膨脹；提高鉆井液粘度、切力和動塑比，可使鉆井液
具有更強的懸浮、攜巖能力。
該井鉆穿二疊系地層的鉆井液性能：密度1．60
kg／I ，粘度滴流，API濾失2．5 mI ，高溫高壓濾失
量8 mI ，靜切力30／60 Pa，動切力5O～70 Pa，動塑
比0．6～O．9。
3)鉆至嚴重破碎帶地層嚴格執行以下操作規程：
a．鉆進1～2 h或2～3 ITI提放一次鉆具，及時
處理滑落至井底(鉆頭部位)的掉塊，以免掉塊大量
堆積后造成井下出現復雜情況。
b．鉆進時時刻注意扭矩變化，發現異常立即停
止鉆進，防止井下情況復雜惡化。
C． 有輕微憋泵時，立即降低排量，保持鉆具轉
動，待泵壓正常后逐漸提高至正常排量。一旦出現嚴
重憋泵，立即停泵，如泵壓降至0，先小排量頂通，
然后逐漸增加排量，不要急于上提，盡量保持鉆具轉
動；如泵壓不能降至0，盡量不要開回水，以免堵死
鉆頭水眼，可通過轉動、上提下放活動鉆具使泵壓降
至0，但不要強行上提、扭轉鉆具，以免發生鉆具事
故。
d．鉆進、循環過程中上提鉆具遇卡時，要試探
性上提，如下放不遇卡或輕微遇卡，可逐漸增加上提
拉力，但每次拉力增量不要大于50 kN，*大上提拉
力不大于鉆具原懸重的1／3。起鉆遇卡嚴重時，不要
強行上提鉆具，要采取開泵帶單根的措施起鉆至正常
井段。
e．鉆進、劃眼過程中出現井下復雜情況、阻卡
嚴重時不要強行接單根。
f．劃眼時盡量保持鉆進排量，控制*大扭矩值
不超過30 kN·m。
g． 活動鉆具時盡量保持方鉆桿人轉盤，以便出
現復雜情況時能轉動鉆具。
h． 嚴禁高速上提下放、猛剎猛頓鉆具，嚴禁開
泵過猛。裸眼井段內起鉆速度一定要低，下鉆出套管
后控制下放速度(每單根大于30 S)， 以防壓力激動
造成井壁失穩、井漏。
i．起鉆至套管后，大排量循環1～2周，以攜帶
出套管內掉塊。
j．起下鉆盡量避免在大肚子井段開泵、劃眼。
3．2 防止井漏
1)在保證攜帶掉塊的前提下，盡量降低鉆井液
粘度、切力，以防環空壓耗過高、開泵困難。
2)提高鉆井液密度時，超細碳酸鈣、單向壓力
封堵劑、裂縫暫堵劑等防塌封堵材料的加量要充足
(不小于3 )。
3)降低鉆井液濾失量，進一步改善泥餅質量。
4)控制鉆井液加重速度，保證每循環周密度升
高不超過0．02 kg／I 。
5)開泵要穩，控制鉆具下放速度，嚴防壓力激
動；下鉆過程中分段循環鉆井液。
6)時刻觀察鉆井液池液面及鉆井液返山情況，
發現異常立即采取措施。
3．3 鉆井液維護處理措施
3．3．1 鉆井液維護處理思路
1)選擇合理的鉆井液密度(1．4O～1．60 kg／I )，
既不超過地層的承壓能力。又能使鉆井液液柱壓力略
大于或接近地層坍塌壓力，盡可能達到井壁力學穩
定。鉆井液密度過低會使井壁巖石承受的應力大大超
過其本身的強度，造成井壁嚴重失穩；鉆井液密度過
高易引起井漏及因濾液滲入地層裂縫而降低其膠結強
度和井壁穩定性 。
2)采用聚硅醇封堵防塌鉆井液體系，該鉆井液
體系具有較強的造壁封堵能力 ]，安山巖、凝灰巖地
層裸露并形成微裂紋、裂縫后，能夠立即進行封堵并
形成強韌性的泥餅，抑制鉆井液濾液滲入微裂縫、裂
縫，減緩井壁坍塌。
3)利用多元協同防塌理論，從物理、化學、力
學方面協同防塌。用硅類處理劑“化學固化”井壁；
用超細碳酸鈣、裂縫暫堵劑(I．F一1)作為橋堵粒子，
用低熒光防塌封堵劑(EP一1)、醇類和瀝青類產品作
為可軟化變形粒子；用樹脂類處理劑降低鉆井液高溫
高壓濾失，提高濾液粘度，減少濾液進入微裂縫，抑
制裂縫泥質充填物吸水膨脹。
4)選擇合適粒徑、濁點和軟化點的防塌封堵類
處理劑。電鏡掃描發現，安山巖、凝灰巖微裂縫寬度
不等，一般為2～80 m。所用的防塌封堵類處理劑，
其粒徑和軟化點應與地層微裂縫寬度、地層溫度相匹
配。裂縫暫堵劑(LF一1)由一定比例的纖維和超細
碳酸鈣組成，粒度為0～ 100 m，適用溫度小于90
℃ ，加入到鉆井液后會形成絮凝團(碳酸鈣或泥漿顆
粒)，這種絮凝團在發生瞬間失水時，會在裂縫入口
處形成多點接觸和橋堵，在裂縫很淺的部位封堵裂
縫，阻止鉆井液中的固相和液相進一步侵入裂縫。低
熒光防塌封堵劑(EP一1)是由高聚物反應、乳化而
成，粒子直徑呈多極分布，以1～10 m為主，適
溫度7O～80℃ ，能在水中自動分散，可有效封堵寬
度小于10 m 的微裂縫。
5)進一步提高鉆井液粘度、切力，顯著提高動
塑比(O．6～1．0)，改善鉆井液流變性，使鉆井液具
有更強的懸浮、攜巖能力。
3．3．2 鉆井液維護處理具體措施
1)使用SMP一1、CMC等處理劑，將鉆井液濾
失量降到盡可能低(高溫高壓濾失<10 mL，API濾
失<3 mL)，加足包被劑，進一步提高泥餅質量和鉆
井液濾液的抑制性，防止泥巖吸水膨脹。
2)低熒光防塌封堵劑(EP～I)、裂縫暫堵劑·
(LF一1)、有機硅氟穩定劑(SF一4)、有機硅醇井壁穩
定劑、聚合醇防塌劑(DF～1)、聚合醇潤滑劑(cx
501)含量都保持3 。
3)磺化瀝青、白瀝青、超細碳酸鈣、單向壓力

封堵劑的加量≥2 。
4)保持合適的膨潤土含量(60～90 g／i )，盡量
用高效增粘劑提高鉆井液粘度、切力，使動塑比適
宜。
5)提高鉆井液密度前加入一定的防塌、封堵材
料以增加地層承壓能力，防止發生井漏。
6)液體潤滑劑和固體潤滑劑加量分別達到3
～5 和1．5 ～2．0 ，以提高鉆井液的潤滑性，降
低泥餅摩擦系數(小于0．03)。
4 結論與認識
1)優化井身結構設計，在鉆遇破碎帶地層時，
能滿足分段封固的要求，使后續施工得以正常進行。
2)在破碎帶地區鉆井，應選用帶頂驅鉆機，以
便及時有效地處理井下復雜情況，預防井下事故的發
生。
3)鉆井液是否具有穩定井壁和懸浮、攜帶掉塊
的能力是在鉆遇破碎地層時能否**鉆井的關鍵。