水平井防塌鉆井液技術研究

趙湛（勝利油田海洋鉆井勝利九號平臺 山東東營 257000）

隨著經濟和社會的告訴發展，對石油、天然氣等能源的需求越來越大，這就對當前的鉆井技術提出了更高的要求，對鉆井液的也提出了更高更新的要求。如何解決當前越來越復雜多變的井壁塌陷問題，維護井壁穩定以保證鉆井工程的順利進行成為當前鉆井行業急需解決的難題。保持井壁穩定是控制鉆井成本的一個重要因素，井壁穩定也是實現鉆井安全順利進行的保證。防塌鉆井液的優劣是保持井壁穩定與否的關鍵，因為鉆井液的主要作用是防止井壁塌陷和抑制巖石水化。在鉆井工程中，井壁不穩定是經常遇到的情況，特別是在深井、超深井和勘探井中，經常發生井眼不穩的狀況，造成劃眼、卡鉆，甚至機井報廢等事故，造成巨大的經濟損失。據統計資料統計，每年因為井壁失穩造成的經濟損失占鉆井總成本的十分之一，是影響鉆井綜合效益的一項關鍵因素。因此，防塌鉆井液是當前鉆井工程研究的重要課題，是保持井壁穩定的重要工具。目前鉆井工程中，防塌鉆井液主要以傳統的細分散淡水鉆井液作為穩定液，品種少，效果不明顯，需要防塌效果好、無環境污染和抑制能力強的防塌鉆井液來解決當前井壁不穩的重要難題。我國目前新型鉆井防塌液主要有陽離子聚合物鉆井液、聚合物-KCI鉆井液、復合離子型聚合物鉆井液和正電膠鉆井液四種，我們將對這四種防塌液的不同防塌機理進行分析，并相互對比，從而研究出符合當前鉆井需要的防塌鉆井液。

一、井壁不穩定的因素

井壁不穩定主要是由于鉆井液與泥頁巖、地質因素之間相互作用和不規則的鉆機作業等因素引起的，是當前鉆井系統中所遇到的一個世界性難題，極其難解決。重視對井壁穩定機理的研究，是實現井壁穩定技術突破的關鍵，重點是如何提高鉆井液的綜合性能和環境保護程度。影響井壁不穩定主要有三個方面的因素，一是力學不穩定地層，二是遇水不穩定地層，三是工程因素。力學不穩定地層是指地層受構造運動或地質成因產生擠壓，造成地層內受力不均勻，當井鉆鉆入該地層后，改變了地層受力方向，從而使得井壁不穩定，引起井壁掉塊、坍塌現象。解決此類地層鉆井時產生的問題，需要鉆井液具有強力的封堵能力、密度高以平衡地應力、具有良好的攜沙、懸沙能力和良好的高溫流變性。遇水不穩定地層是指地層巖石受到沖洗液沖洗而發生水解現象，使得井壁風化、松軟甚至剝落，當井鉆通過時，易產生鉆孔超徑、縮徑或者堵塞等現象。要想解決巖石水解等問題的發生，鉆井液就必須能夠將產生的力學效應和井壁穩定的化學作用有機的結合起來。工程因素則主要是鉆井操作方面引起的地層壓裂、壓力激增引起的巖層坍塌等現象。提高液柱壓力、控制地層礦物的水化分散性和降低地層的坍塌壓力是控制和提高井壁穩定性的三大途徑。目前主要的維持井壁穩定的方法有干性堵漏材料-鉆孔堵漏片、套管護孔、瀝青材料和脈醛樹脂水泥球四種方法，穩定井壁的技術措施主要有兩種，一是利用優質的防塌鉆井液抑制或者阻止地層塌陷、水化的作用；二是利用密度合適的鉆井液使井壁力學穩定。

二、防塌抑制液和防塌鉆井液

防塌鉆井液的發展從20世紀80年代后逐步進入穩定期，防塌鉆井液的開發方向上向一劑多用、高效廉價和保護環境等方面發展，新一代有機類水基鉆井液被研制開發出來。我國的防塌鉆井液發展主要經歷了60年代無機鹽為主的石灰、石膏時代、70年代以聚阿丙烯酰胺為主的聚合物類時代以及80、90年代的兩性離子聚合物、硅穩定劑等。防塌抑制劑種類很多，根據不同的劃分方式可以分為不同的種類，根據防塌劑的作用方式不同，我們將其分為兩個大類。第一類是增加地底礦物質之間粘結力的鉆井劑，主要包括化學膠結型防塌劑和僑聯型化學防塌劑。第二類防塌劑主要是減少或者阻止水從井眼流向地底，防止地層巖石水化的防塌劑，主要包括封堵性防塌劑、低水化能型防塌劑、水活度降低行防塌劑和濾液增粘型防塌液。井壁不穩定的原因有兩個方面，一是水從井眼流入地層，破壞了地層粘土等之間非化學結合力，引起巖層水解等；二是井鉆鉆入巖層，使得空隙壓力增大，地層巖層之間的結合力降低，造成地層強度降低。對此，相應的解決對策主要是一是利用鉆井液增強巖石之間的粘結力，防止巖層水化，二是減少和阻止水從井眼進入巖層，減少水與巖層接觸的面積和時間。根據防塌劑的作用，我們將防塌劑分為兩個系類，第一系類就是能夠阻止水從井眼進入巖層、降低地層巖石水化的防塌劑，第二類是增強地層巖石之間的顆粒的粘結力的防塌劑。

三、防塌鉆井液體系性能評價及現場應用

在實際鉆井過程中，不同的地質層面需要采用不同的鉆井技術，但使用鉆井液降低工程成本勢在必行，同時，必須降低鉆井液對儲層的傷害。將陽離子聚合物和兩性復合離子聚合物進行比較試驗，發現陽離子聚合物在清水中能更有效的抑制巖土的分解，是抑制性和控制流變性處理劑的最優選擇。在提高膨潤土漿粘度方面，兩性復合離子聚合物的效果比陽離子聚合物效果更好，是增稠劑的最優選擇。影響巖層損害的因素有粘土類型、地層流體性質和儲層的滲透率等，所以鉆井液要盡可能的采用低失水、低固相和低密度的鉆井液，以減少對儲層巖石的傷害。經過調查和試驗，發現硅基陽離子鉆機液具有流變性強、抑制性強和良好的潤滑性的特點，并能夠穩定鉆井液的沉降，降低了儲層的損害。水基鉆井液能夠滿足保持井壁穩定、潤滑防卡和井眼凈化的需求，濾失量低，能夠有效的保護儲層。

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