防塌鉆井液的選擇和應用

王偉

【摘要】 在石油鉆井施工過程中，優化鉆井液體系，能夠提高機械鉆速，不斷提高石油鉆探的效率。而在鉆井施工過程中，由于地層失穩易發生垮塌，造成井下復雜。鉆井液是井壁穩定性的關鍵要素，優選防塌鉆井液體系，能夠避免井垮，提高鉆井時效。通過對防塌鉆井液的防塌機理進行研究，優化防塌鉆井液的配方，使其達到更好的防塌效果。

【關鍵詞】 防塌鉆井液；選擇；應用

鉆井液是井壁穩定性的關鍵因素，由于鉆井液體系的不完善，而導致井壁的垮塌，影響鉆井施工的順利進行，降低鉆探效率，甚至是填井側鉆等巨大的經濟損失。所以研究選擇性能優良的防塌鉆井液體系，既能滿足井壁穩定的需要，又能提高石油鉆井的效率。各種防塌鉆井液體系的試驗和應用，優選出能保證井壁穩定性的體系，滿足石油鉆井的技術要求，保證井下安全。

一、鉆井液概述

鉆井液是石油鉆井過程中的關鍵因素，通過鉆井液的循環，冷卻鉆頭，潤滑鉆頭和鉆具，引導鉆具的正常鉆進，攜帶巖屑，穩固井壁，平衡地層的壓力等功用。

二、防塌鉆井液的選擇和應用

為了提高石油鉆井的效率，防止井壁失穩垮塌，采取優化的鉆井液體系，才能滿足鉆井安全施工的需要。通過鉆井液體系的研究，提高防塌性能；為了達到最佳的防塌效果，優選防塌鉆井液體系；依據預鉆探井的井下情況，應用防塌鉆井液體系，既能提高石油鉆井的機械鉆速，又能避免發生各種井下事故，為固井施工提供便利條件。

（一）防塌鉆井液的選擇

經過室內試驗研究，和鉆井施工現場的應用，獲得最佳的鉆井液配方，達到預期的防塌效果，滿足井下要求。

1.鉀基防塌鉆井液體系

以氯化鉀溶液做基液，配制的鉆井液體系，氯化鉀屬于環保型的溶液，沒有毒性，對環境不會造成污染。該體系具有較強的抑制性，適用于一般的泥頁巖地層，能夠抑制泥頁巖的水化膨脹，預防井壁失穩發生井垮。通常與CMC、PAC、SFT、K-1、HQ-1等配合使用，與聚合物（FA-369、XL-1、FT-1、雙聚銨鹽等）進行復配，形成鉀基聚合物防塌鉆井液體系，該體系既能保持較低的濾失量，又能抑制粘度水化分散，維持井壁穩定。但是不適用于需要鉆井液密度較高的高溫高壓地層，因為該體系在高溫高壓條件下加重后流變性變得較差，不能滿足井下要求。

2.硅酸鹽鉆井液體系

硅酸鹽鉆井液體系應用時間已比較長久，能夠抑制粘土水化膨脹，穩定井壁，具有很好的防塌效果。但是熱穩定性不好，流變性難以控制，在固相含量高的條件下顯得越發突出。

3.油基鉆井液體系

與水基鉆井液相比，油基鉆井液在井壁穩定性、潤滑防卡、抑制頁巖水化膨脹和地層造漿，快速鉆進等方面都有明顯的優勢。特別是針對高活性的水敏性地層。已應用于鉆探高溫深井、海上鉆井、大斜度定向井、水平井、各種復雜井段和儲層保護的重要手段。目前國內主要應用于鉆探頁巖氣層，既能維持井壁穩定又能保護儲層。但是環保壓力大，易造成污染，配制成本高，特別是鉆遇漏層所造成經濟損失巨大。

4.聚胺鉆井液體系

聚胺鉆井液近年來研發出一類新型強抑制性的水基鉆井液體系。該體系具有抑制性強，在高溫高密度下仍具有良好的流變性、抗溫穩定性、低濾失性和良好的潤滑性等特點。有利于鉆井液性能的穩定和高溫高密度條件下的壓差卡鉆，有利于井壁的穩定性，預防井下垮塌。

（二）防塌鉆井液的應用

為了解決井壁坍塌的問題，保證石油鉆探施工過程中的井壁穩定，優化設計和使用防塌鉆井液體系，不斷提高施工效率，避免發生井壁失穩而導致井垮，保證井下的鉆探安全。現場應用，要根據井下要求和不同的地層物理性質來選擇合適的防塌鉆井液體系。

1.防塌鉆井液的防塌機理

無機鹽離子的作用：無機鹽離子與粘土成分發生作用，改變粘土礦物的成分，防止發生粘土膨脹，提高了井壁的穩固性。

聚合物的包被作用：聚合物鉆井液中的水溶性物質，吸附在巖石和井壁上，對井壁起到很好的保護作用，有效地防止了井壁坍塌。

封堵作用：在鉆井液中添加封堵劑，能夠有效的封堵大的孔洞或裂縫，防止發生井漏的事故，加固井壁，保持井壁的穩固，防止井壁坍塌現象的出現。

實際作業應用中，因其組成的成分不同，所以一種防塌鉆井液體系往往具有幾種作用機理的防塌機理，例如鉀基防塌聚合物鉆井液體系，既無機鹽離子的防塌機理又有聚合物的包被防塌機理。

2.影響防塌效果的因素分析

優化設計防塌鉆井液體系，為了達到最佳的防塌效果，有必要分析影響防塌效果的因素，采取有效的技術措施，解決井壁坍塌的問題，有效地保護井壁，為更好地完成固井施工，奠定了基礎。

地層的因素和工程質量因素，對防塌效果均有影響。如果鉆井施工過程中，鉆井液的密度控制的不合理，引起井漏的故障，極易導致井壁的坍塌，而且影響到后續施工。地質因素的影響，對于低壓的大孔洞和裂縫的存在，會導致鉆井液的竄流，引起油層的污染，影響到防塌效果。

3.常用防塌鉆井液體系的防塌性能分析

鉀基聚合物鉆井液體系的應用，通過把無機鹽離子的作用與聚合物的包被作用結合在一起，既能抑制地層水化膨脹，又能降低濾失性，提高封堵性，穩定井壁，防止井垮。硅酸鹽鉆井液體系的應用，屬于封固性能良好的鉆井液體系，具有較好的抑制性，防止井壁坍塌，解決由于泥頁巖的水化膨脹而引起井壁坍塌的問題。油基鉆井液主要是控制失水，甚至可以達到零濾失，對于水敏性強的地層作用效果更好。聚胺鉆井液體系的應用，提高了鉆井液穩固井壁的能力，具有非常好的應用前景，達到最佳的使用效果。

三、結論

通過對防塌鉆井液的選擇和應用的研究，在石油鉆井過程中，優選防止地層坍塌的鉆井液體系，解決了鉆井施工過程中井壁失穩的問題，提高石油鉆探的效率。

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