復雜地層鉆井液選用淺談

楊維琳　彭振斌

【摘 要】復雜地層鉆探一直以來都是鉆探施工的難點問題，如何選用合適的鉆井液來保證鉆探的順利進行是復雜地層鉆進的關鍵問題之一。本文以舒蘭5#井，敦化3#井及松原ZK0833的鉆井液選用情況及使用效果為例介紹了復雜地層鉆井液的選用原則，為復雜地層的鉆井液選用提出了建議。

【關鍵詞】復雜地層；鉆井液；選用

【Abstract】The complex stratum drilling is a difficult problem in the drilling construction for a long time， chosing suitable drilling fluid to ensure the smooth progress of drilling is one of the key problems in complex formation drilling. This paper uses the Shulan 5# bore，the Dunhua 3#bore and the Songyuan ZK0833# introducing the selection of the drilling fluid and the effect for a borehole and the rules of the selection of the drilling fluid in complex stratum to give some suggestions about the selection of the drilling fluid in complex stratum.

【Key words】Complex stratum； The drilling fluid； Selection

0 前言

我國地域遼闊，復雜地層的種類較多、分散范圍較廣。主要包括了：巖膏地層，裂隙巖溶地層，砂卵石層，淤泥質土層，松軟和水敏性地層，流砂、砂礫、松散破碎地層，高壓油、氣、水地層等。

復雜地層是指鉆進時產生不同程度的鉆孔坍塌、掉塊、漏失、涌水或井噴、孔壁膨脹以及縮小等孔內復雜情況的地層[1]。復雜地層的鉆進是鉆探施工中不可避免的問題，亦是難題。而復雜地層鉆進時鉆井液的選擇恰當與否是保證鉆進順利的一個重要因素。鉆井液被譽為鉆探的“血液”，由此可知鉆井液在鉆探施工中的重要地位。

1 復雜地層鉆井液的選擇

1.1 復雜地層鉆井液的選擇原則

由于復雜地層種類繁多，故鉆井液選擇時也不能一概而論。

對于巖膏地層，鉆井時鉆井液主要具有以下兩個作用：一是，抑制巖鹽的溶解、過飽和重結晶；二是，延緩巖鹽層的蠕變[2]。因此，選擇具有較強抗鹽鈣性、抑制性及防止坍塌性的鉆井液是較為合適的。

鉆探過程中如遇裂隙巖溶地層，可能遇到井壁漏水，涌水，掉塊，坍塌等復雜情況，造成鉆進困難。但若在鉆進過程中選擇具有造壁、堵漏效果好的鉆井液，則可使鉆進更易進行。

就松軟和水敏性地層而言，其典型地層包括松散粘土層、各種泥巖、軟頁巖，有裂隙的硬頁巖，粘土膠結及水溶礦物膠結的地層，在鉆進過程中易出現膨脹縮徑，泥漿增稠，鉆頭泥包，孔壁表面剝落，崩解垮塌超徑等鉆井事故[3]。故在鉆進此類地層時鉆井液需具有較好的降濾失性能和一定的剪切稀釋性能及抑制水敏和防塌作用。

對于流砂、砂礫、松散破碎地層，其孔隙多、裂隙發育、地層破碎，故在選擇鉆井液時第一要素便是需要鉆井液有良好的造壁性，才使得在鉆井過程中不至于漏漿甚至無漿上返。在鉆遇流砂層時，由于鉆井液的沖刷易導致流砂坍塌從而造成鉆進困難，故更應選擇具有一定密度，粘度較大和防塌性能的鉆井液。

在鉆進淤泥質土層時，必須保證地層孔內泥漿的壓力與孔深處的地應力相平衡，且循環中的泥漿能快速形成致密的泥皮[4]，故鉆井液的選擇關鍵即是鉆井液須有合理的密度，利用泥漿的壓力來平衡地層壓力，同時要求鉆井液具有一定的粘度和抑制防塌性能和較好的降濾失性能。

雖復雜地層類型各異，性狀不同，以上列舉的復雜地層在選擇鉆井液時均有其側重方向，但在選擇鉆井液時亦有其通用原則，即是：因“地層”制宜、攻之以矛，守之以盾。針對地層特點下手，著眼于其易造成鉆進困難的點，逐一攻破，即可達到順利鉆進。

1.2 幾種復雜地層鉆井液選擇的實例分析

1.2.1 舒蘭5#井

該井位于舒蘭市平安鎮鏡內，屬伊舒斷陷沉積盆地。地層巖性主要以砂巖、砂礫巖、泥巖、頁巖、煤層等組成。砂巖以中粗砂巖為主，無膠結、松散，砂礫巖層段占整個井層段50%以上，礫石直徑大小不一，極易坍塌、泥巖、頁巖以泥質成分為主，水敏性特強、擴孔，縮徑現象非常普遍。

鉆進該孔即要防止砂礫巖坍塌現象，又要防止泥頁巖縮徑，擴孔現象。根據經驗分析，如鉆井液對砂巖起效，對泥巖所起的作用可能就小。鉆遇兩種巖性矛盾，而必須依靠一種鉆井液護壁，是該鉆孔鉆進的難題。

針對舒蘭5#井中復雜地層的鉆進問題，須選用一種性能穩定，既能在泥巖抑制地層的水化膨脹，又能在砂巖中起到良好的膠結護壁作用。故采用以天然植物膠-2，KP共聚物，聚乙烯醇為主，配合CMC、PHP、KCl等材料，配制出無固相鉆井液。實踐表明，運用該鉆井液使得鉆進順利進行，成功完成鉆探任務。

1.2.2 敦化3#井

該井位于敦化盆地，地層巖性變化大，上部是較硬質玄武巖，下部以砂巖為主，局部夾有泥巖、頁巖、即有硬層、軟層，且涌水、漏失現象嚴重，是一個極其復雜地層。

針對改孔軟硬相間的巖層，及涌、漏水現象。需采取具有膠結性防塌和強抑制性護壁的鉆井液同時配合比重壓涌方式，加強防涌和防漏的預防。因此，采用低固相鉆井液配置。即清水+膨潤土+天然植物膠-1+KP共聚物+聚乙烯醇+硅酸鈉+CMC+KCl+多功能隨鉆堵漏劑。歷時43天，成功進尺1000.66米，圓滿完成了鉆探任務。

1.2.3 松原ZK0833

該井位于松原市朝陽鄉境內，屬松遼沉積盆地。巖性大體如下：0-32m，沖積層，32—116m，砂巖層，膠結不好、松散，116-875.50m，泥巖、頁巖層，巨厚泥巖層段，水敏性強，極易坍塌、擴徑、縮徑現象時常發生。

該孔地層巖性變化較小，鉆進時主要需對砂巖、泥巖、頁巖的坍塌、縮徑的問題加以預防。阻止或減輕地層水化膨脹造成井壁坍塌、縮徑事故的發生。針對該孔的特殊情況，采用低固相鉆井液配置。即清水+膨潤土+天然植物膠SD-1+PHP。此配方中，所選的天然植物膠又有一定的護壁作用，PHP有一定的堵漏作用。真正對鉆孔做到了對癥下藥，藥到病除。該孔歷時28天，成功進尺875.50米。

2 對復雜地層鉆井液選擇的認識

鉆井液在普通地層的鉆進過程中主要起以下作用：冷卻鉆頭、潤滑鉆具、清洗孔底、攜帶巖粉等[5]。但在復雜地層的鉆進過程中還要求鉆井液具有一些特殊的性能。如鉆進破碎地層時要求鉆井液須有護壁作用。然而在實際鉆探過程中，鉆遇地層通常并非一種而是多種，所以一種類型的鉆井液并不能滿足整個鉆進過程的需要，有時需更換鉆井液體系。但更換鉆井液體系時不能突變，需有一個過渡的過程，如不能將酸性泥漿直接變換成堿性泥漿，若如此則會造成本已穩定的孔壁變得不穩定或是其他鉆進安全隱患。

同時在鉆進過程中也要保證鉆井液的性能穩定。要保證鉆井液的性能穩定，固相控制是關鍵，尤其是對低密度固相控制。在同等條件下，低密度固相含量越低，鉆井液的內摩擦力就越小，更有利減少能量消耗，同時也可以提高鉆井液的高溫穩定性、抗污染能力等，所以控制低密度固相含量可以保證鉆井液性能穩定。

3 結論及建議

（1）鉆探施工之前對可能遇到的地層進行預測，并選擇、設計合理的鉆井液，做好地層預測應對方案，是鉆探施工前一項重要的準備工作。

（2）在復雜長裸地層（時間或空間），采用套管護壁或其他護壁方式較泥漿護壁更為妥當[6]。

（3）鉆井泥漿要保持性能的穩定性。禁止泥漿體系的突變或性能質量的變化，易導致孔壁失穩，即使更換泥漿體系也需要過渡性的更替。

（4）泥漿的固控技術尤為重要，可按鉆孔實際情況選用泥漿固控設備。

（5）泥漿材料選擇不拘泥于現有品種，擴大泥漿的品種類型，對復雜地層的鉆進有裨益。

（6）鉆探過程是一個很復雜的過程，除對鉆進液的選擇合理之外，還應注重于鉆探設備的合理選擇及鉆探工藝的密切配合，環環相扣，才能使鉆探有條不紊的進行。

【參考文獻】

[1]舒智.復雜地層深孔鉆進關鍵技術的探討與實踐[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，S1：161-166.

[2]李茂成.巖膏層蠕變及鉆井液配套技術研究[J].中國科技信息，2011，21：51+59.

[3]張曉靜.水敏/松散地層鉆井液的護壁機理分析與應用研究[D].中國地質大學，2007.

[4]許曉琳，張曉靜，烏效鳴，倪賓.平衡淤泥質地層的泥漿比重設計及配方調整[Z].2012：3.

[5]王建軍.植物膠泡沫鉆井液在裂隙巖溶地層中的應用研究[D].中南大學，2012.

[6]胡郁樂，張曉西，張惠，吳翔. SinoProbe-05深部探測項目鉆探技術問題總結與對策研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014，09：32-37.

[責任編輯：楊玉潔]