摘要
为了探查松辽盆地北部地区的地层情况，评价预测石炭—二叠系的油气前景，我队在该地区参与实施了4口油气地质调查井，设计井深均为2000 m。我队运用小口径绳索取心钻进工艺进行全孔取心，在取心率和取心质量等技术指标上都圆满完成了设计要求。由于松辽盆地北部地区为盆地沉积地层，地层情况复杂，大部分为泥岩、砂岩地层，易水化，发生坍塌、掉块、缩径等复杂井内事故，影响钻井事故进度和取心质量。为保证钻井的顺利实施，我队在钻进过程中，根据钻进地层情况，进一步优化钻具组合和钻进参数，选择护壁性能强的成膜防塌冲洗液体系，圆满完成了钻井施工任务，取得了较好的钻探成果。
近年来，随着国际能源形势的日益严峻，为了能保障国家能源安全，我国在不断加大对油气资源的勘探力
钻井布置于松辽盆地北部地区，井区位置如
图1 调查井区地理位置
| 统 | 组 | 地层深度/m | 岩 性 |
|---|---|---|---|
| 第四系 | 0~202.40 | ||
| 上白垩统 | 明水组 | 202.40~473.10 | 灰色泥岩、粉砂岩 |
| 四方台组 | 473.10~529.40 | 棕红色泥灰色砂岩 | |
| 嫩江组 | 529.40~876.00 | 灰色泥岩、黑色泥岩、粉砂岩 | |
| 姚家组 | 876.00~1083.00 | 灰色泥岩夹粉砂岩 | |
| 青山口组 | 1083.00~1181.80 | 紫红、灰绿泥岩、黑色泥、灰色粉砂岩 | |
| 下白垩统 | 泉头组 | 1181.80~1386.42 | 紫红色泥及粉砂岩及细砂岩 |
| 上二叠统 | 林西组 | 1386.42~2089.40 | 灰黑色泥板岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩 |
根据设计要求，目的层平均井径扩大率≯15%。完钻井径应≮95 mm，保证测井工作能正常进行。井斜等井身质量指标要求见
| 井深/m | 井斜/（°） | 水平位移/m | 井斜测量间距/m |
|---|---|---|---|
| 0~500 | ≤1.0 | ≤10.0 | 25 |
| 500~1000 | ≤3.0 | ≤30.0 | |
| 1000~2000 | ≤5.0 | ≤50.0 |
钻井施工中存在以下技术难点：
（1）取心难度大、岩心采取率要求高。根据设计要求，钻穿第四系后至井底连续进行钻井取心，采用绳索取心方式，取心直径不得低于60 mm，岩心采取率≮85%。由于软泥岩层、砂岩层多，容易缩径坍塌，岩体松软强度低，取心难度较
（2）地层涌水严重、护壁困难。该地区地下裂隙水比较丰富，容易出现涌水问题，特别是流砂层遇到涌水时可能出现坍塌事故，如何加强对井壁的维护是关
（3）对冲洗液性能要求高。根据地质资料显示，下部地层有流砂层、泥岩段。泥岩易吸水膨胀，导致缩径。泥岩胶结性差，容易沿层理成块状剥落，出现井内掉块现象。出于储层保护的目的以及满足测井要求，限制了永久性堵漏材料和荧光级别较高的冲洗液材料的加入，这对冲洗液性能提出了更高的要
（4）钻进效率低、钻井成本高。因地层复杂，钻进困难，特别是软泥岩段钻进时，由于冲洗液在粗径钻具内外产生压差，造成井底动力不足，导致钻探作业效率低。软质泥岩极易分散，形成劣质固相，污染钻井液，致使钻井液性能恶化，容易出现起下钻困难、托压等问题，增加了处理事故的时间和冲洗液处理剂用量，钻井成本增
虽然地层情况复杂，但因我队之前在该地区内实施过钻探工作，具备一定的钻探施工经验，根据查询的参考资料，三开完钻可满足要求。表层套管井径220 mm。采用Ø220 mm硬质合金跟管钻具钻进，下入Ø219 mm表层套管，表层套管井深约80 m。一开井径172 mm。采用Ø172 mm硬质合金单管取心钻进，下入Ø168 mm一开套管，套管材质为DZ40，一开井深约650 m，随后下入Ø146 mm技术套管，套管材质为DZ40，主要目的是预防出现不可预测复杂地层，预留一级钻井结构。二开井径127 mm，采用Ø127 mm金刚石钻头配合Ø114 mm绳索取心钻杆，下入Ø114 mm二开套管，套管材质为DZ40，井深约1300 m。三开井径98 mm，采用Ø98 mm金刚石绳索取心钻进，至终井深度2000 m。井身结构如
图2 井身结构
投入使用的主要钻探设备、仪器、钻具见
| 序号 | 名 称 | 型号规格 | 数量 |
|---|---|---|---|
| 1 | 立轴岩心钻机 | XY-8 | 1套 |
| 2 | 泥浆泵 | NBB390、NBB250 | 2台 |
| 3 | 无缆光纤陀螺测斜仪 | JTL-40FW | 1套 |
| 4 | 发电机 | 11 kW雅马哈 | 1台 |
| 5 | 发电机 | HG-W200GF | 1台 |
| 6 | 泥浆测试仪 | ANY-1 | 1套 |
| 7 | 泥浆失水量测定仪 | NS-1 | 1套 |
| 8 | 取心绞车 | SJ-4000 | 1台 |
| 9 | 防喷器 | SFZ18-21 | 1套 |
| 10 | 绳索取心钻杆 | HQ钻杆/PQ钻杆 | 1300 m/2200 m |
| 11 | 绳索取心钻具总成 | J95/JS122 | 2套/2套 |
| 12 | 离心机 | LW350型 | 1台 |
采取绳索取心钻进工艺进行取心。钻进深部地层的取心率和采取质量决定了岩心钻探的工程效率。提高取心钻探效率和取心质量的措施主要有：
（1）在每次下钻之前必须对钻具的主要零部件进行认真检查，特别是打捞器要安装在正中，不能偏向一侧。组装完内外管总成后认真调整钻具上下间隙，保持弹卡和弹卡挡头顶面的距离为3~4 mm，若距离过小钻进时钻具无法定位，若距离过大则影响岩心的采取率。
（2）因该井地层层理、节理发育，地层松散且胶结性差，取心难度大。因此，取心工艺上采用了活塞式单动双管取心钻进，这种取心工艺可以避免冲洗液长时间冲刷岩心，以及震动、摩擦等对岩心的破坏作用，保证岩心的完整度。
钻具组合和钻进参数如
| 开次 | 井段/m | 钻 具 组 合 |
|---|---|---|
| 表套 | 0~80 | P规格绳索取心钻杆+Ø219 mm表层套管+Ø220 mm合金钻头 |
| 一开 | 80~650 | P规格绳索取心钻杆+Ø168 mm单管取心钻具+Ø172 mm金刚石钻头 |
| 二开 | 650~1300 | P规格绳索取心钻杆+P规格绳索取心钻具+Ø127 mm金刚石钻头 |
| 三开 | 1300~2000 | H规格绳索取心钻杆+H规格绳索取心钻具+Ø98 mm金刚石钻头 |
| 开次 | 钻头尺寸/mm | 钻压/kN | 转速/ （r·mi | 泵压/MPa | 排量/ （L·mi |
|---|---|---|---|---|---|
| 表套 | 220 | 20 | 80 | 2 | 160 |
| 一开 | 172 | 20 | 120 | 3 | 120 |
| 二开 | 127 | 20 | 200 | 4 | 100 |
| 三开 | 98 | 15 | 300 | 6 | 100 |
钻头选型是否合理直接影响钻井效率，钻井周期等技术指标，并且对减少井内事故，保护油气储层具有重要作用。钻进施工过程中在上部第四系地层采用硬质合金钻头，这种钻头优点是耐磨性好。第四系以下多选用孕镶金刚石绳索取心钻头（如
图3 孕镶金刚石绳索取心钻头
图4 复合片钻头
图5 表镶金刚石钻头
（1）上部第四系地层胶结性差，地层松散易坍塌，可利用冲洗液进行护壁堵漏。冲洗液性能主要以高密度、粘度、防塌护壁为主，配方为：1
（2）下部地层泥岩、砂岩等地层较为复杂，存在多段水敏性地层及松散破碎地层、易垮塌，灰色泥岩地层吸水后易水化膨胀缩径或分散剥落，引起井内掉块、坍塌等现象，为解决上述问题，提升井壁稳定性，最终采用成膜防塌冲洗液体系。根据钻探实际情况，调整冲洗液密度，在冲洗液中加入成膜B剂，增强冲洗液护壁性能，加入降滤失剂、随钻堵漏剂、包被剂等，防止泥岩水化，维持井壁稳定，各处理剂加量及作用如
| 名称 | 型号 | 1 | 作 用 |
|---|---|---|---|
| 烧碱 | NaOH | 1~2 |
去除水中的镁离子（M |
| 纯碱 | Na2CO3 | 1~2 |
去除水中的钙离子（C |
| 成膜B剂 | GCM-B | 20~50 | 在井壁及岩心上形成保护膜，防塌护壁 |
| 增粘剂 | GTQ | 3~5 | 提粘、提切、降失水，主要提粘材料 |
| 降失水剂 | GPNH | 10~15 | 降低失水量，主要降失水材料 |
| 封堵剂 | GFD-1 | 10~30 | 封堵微裂隙，减少钻井液渗漏 |
| 随钻堵漏剂 | GPC | 10~20 | 封堵裂隙，适用于破碎地层 |
| 包被剂 | GBBJ | 2~3 | 抑制泥岩分散，絮凝沉淀岩粉 |
不同地层冲洗液性能见
| 开次 | 密度/ （g·c | 粘度/s | 失水量/[mL·(30 min | 泥皮厚/mm | pH值 | 表观粘度（AV）/(mPa·s) | 塑性粘度（PV）/(mPa·s) | 动切力（YP）/Pa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 表套 | 1.04~1.15 | 30~40 | ≤11 | ≤1.5 | 8~10 | 6~15 | 8~13 | 4~6 |
| 一开 | 1.04~1.10 | 30~40 | ≤8 | ≤1 | 9~11 | 7~15 | 9~13 | 5~6 |
| 二开 | 1.06~1.12 | 30~45 | ≤8 | ≤1 | 9~11 | 8~15 | 7~13 | 4~6 |
| 三开 | 1.06~1.15 | 30~45 | ≤6 | ≤1 | 9~11 | 8~15 | 6~12 | 0.5~2 |
冲洗液的维护与处理是钻探作业中的重要工作之一，直接影响钻探工程的施工进度，冲洗液的维护与处理主要措施如下：
（1）上部地层为松散，容易塌陷，需要保持一定的膨润土含量，适当提高冲洗液的密度，增加井壁稳定性。
（2）根据不同地层配制不同比例和浓度的胶液，并对其进行维护。保持钻井液包被剂的浓度控制在0.3%~0.5%，抑制造浆，控制钻屑分散和膨润土含量上升。
（3）井深650 m后，冲洗液中加入一定量乳化油提高钻井液的润滑性，防止出现卡钻事故，并随钻及时补充维护。
（4）随着井深的增加，增加冲洗液中降滤失剂、随钻堵漏剂等处理剂加量，封堵剂含量维持在2%，改善泥饼质量，降低冲洗液滤失量。
二开地层岩性主要为灰色泥岩，棕红色泥岩，灰色粉砂岩，钻遇3层含水流砂层，最为严重涌水事故地层位于617.40 m，出现强烈涌水现象，涌水高度达地面以上2.5 m。主要处理方法是利用预留Ø146 mm技术套管将涌水层位封堵。处理过程需要扩孔井段149.7~631.4 m。扩孔中配合大密度泥浆1.3 g/c
在该区施工的4口钻井均超过设计井深2000 m，岩心采取率均达到了95%以上，完成了获取地质岩心资料和测井资料的目标任务，为探查石炭—二叠系充填序列，分析该地区地层状况提供了详实的实物资料，为查明油气地质条件，评价该地区油气资源前景提供了基础资料。黑林地1井利用成膜防塌冲洗液体系所获泥岩、砂岩岩心情况，如
图6 运用成膜B剂获取的黑色泥岩岩心
图7 运用成膜B剂获取的红色砂岩岩心
（1）根据地质信息，设计合适的井身结构，在实际钻探作业中要及时优化井身结构，由于地层复杂，上部为第四系地层，下部主要是泥岩、砂岩地层，地层具有不稳定性，易水化坍塌、缩径，容易出现井内事故，三开井身设计是比较适合的选择，预留一级技术套管尤为必要。
（2）成膜防塌冲洗液体系具有优良的防塌和护壁性能，适合于水敏性强、易水化分散等复杂地层的岩心钻探，有利于保持岩心完整不分散，保持井壁相对稳定，降低了井内事故发生的可能性，有利于提高钻进效率。
（3）在松辽盆地滨北地区施工的4口小口径油气地质调查井，井下地层十分复杂，钻探技术难度高，所取得的施工经验，可为该地区后续油气地质调查井钻探施工提供良好的技术支撑。
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