水平井防塌钻井液技术研究

赵湛（胜利油田海洋钻井胜利九号平台 山东东营 257000）

随着经济和社会的告诉发展，对石油、天然气等能源的需求越来越大，这就对当前的钻井技术提出了更高的要求，对钻井液的也提出了更高更新的要求。如何解决当前越来越复杂多变的井壁塌陷问题，维护井壁稳定以保证钻井工程的顺利进行成为当前钻井行业急需解决的难题。保持井壁稳定是控制钻井成本的一个重要因素，井壁稳定也是实现钻井安全顺利进行的保证。防塌钻井液的优劣是保持井壁稳定与否的关键，因为钻井液的主要作用是防止井壁塌陷和抑制岩石水化。在钻井工程中，井壁不稳定是经常遇到的情况，特别是在深井、超深井和勘探井中，经常发生井眼不稳的状况，造成划眼、卡钻，甚至机井报废等事故，造成巨大的经济损失。据统计资料统计，每年因为井壁失稳造成的经济损失占钻井总成本的十分之一，是影响钻井综合效益的一项关键因素。因此，防塌钻井液是当前钻井工程研究的重要课题，是保持井壁稳定的重要工具。目前钻井工程中，防塌钻井液主要以传统的细分散淡水钻井液作为稳定液，品种少，效果不明显，需要防塌效果好、无环境污染和抑制能力强的防塌钻井液来解决当前井壁不稳的重要难题。我国目前新型钻井防塌液主要有阳离子聚合物钻井液、聚合物-KCI钻井液、复合离子型聚合物钻井液和正电胶钻井液四种，我们将对这四种防塌液的不同防塌机理进行分析，并相互对比，从而研究出符合当前钻井需要的防塌钻井液。

一、井壁不稳定的因素

井壁不稳定主要是由于钻井液与泥页岩、地质因素之间相互作用和不规则的钻机作业等因素引起的，是当前钻井系统中所遇到的一个世界性难题，极其难解决。重视对井壁稳定机理的研究，是实现井壁稳定技术突破的关键，重点是如何提高钻井液的综合性能和环境保护程度。影响井壁不稳定主要有三个方面的因素，一是力学不稳定地层，二是遇水不稳定地层，三是工程因素。力学不稳定地层是指地层受构造运动或地质成因产生挤压，造成地层内受力不均匀，当井钻钻入该地层后，改变了地层受力方向，从而使得井壁不稳定，引起井壁掉块、坍塌现象。解决此类地层钻井时产生的问题，需要钻井液具有强力的封堵能力、密度高以平衡地应力、具有良好的携沙、悬沙能力和良好的高温流变性。遇水不稳定地层是指地层岩石受到冲洗液冲洗而发生水解现象，使得井壁风化、松软甚至剥落，当井钻通过时，易产生钻孔超径、缩径或者堵塞等现象。要想解决岩石水解等问题的发生，钻井液就必须能够将产生的力学效应和井壁稳定的化学作用有机的结合起来。工程因素则主要是钻井操作方面引起的地层压裂、压力激增引起的岩层坍塌等现象。提高液柱压力、控制地层矿物的水化分散性和降低地层的坍塌压力是控制和提高井壁稳定性的三大途径。目前主要的维持井壁稳定的方法有干性堵漏材料-钻孔堵漏片、套管护孔、沥青材料和脉醛树脂水泥球四种方法，稳定井壁的技术措施主要有两种，一是利用优质的防塌钻井液抑制或者阻止地层塌陷、水化的作用；二是利用密度合适的钻井液使井壁力学稳定。

二、防塌抑制液和防塌钻井液

防塌钻井液的发展从20世纪80年代后逐步进入稳定期，防塌钻井液的开发方向上向一剂多用、高效廉价和保护环境等方面发展，新一代有机类水基钻井液被研制开发出来。我国的防塌钻井液发展主要经历了60年代无机盐为主的石灰、石膏时代、70年代以聚阿丙烯酰胺为主的聚合物类时代以及80、90年代的两性离子聚合物、硅稳定剂等。防塌抑制剂种类很多，根据不同的划分方式可以分为不同的种类，根据防塌剂的作用方式不同，我们将其分为两个大类。第一类是增加地底矿物质之间粘结力的钻井剂，主要包括化学胶结型防塌剂和侨联型化学防塌剂。第二类防塌剂主要是减少或者阻止水从井眼流向地底，防止地层岩石水化的防塌剂，主要包括封堵性防塌剂、低水化能型防塌剂、水活度降低行防塌剂和滤液增粘型防塌液。井壁不稳定的原因有两个方面，一是水从井眼流入地层，破坏了地层粘土等之间非化学结合力，引起岩层水解等；二是井钻钻入岩层，使得空隙压力增大，地层岩层之间的结合力降低，造成地层强度降低。对此，相应的解决对策主要是一是利用钻井液增强岩石之间的粘结力，防止岩层水化，二是减少和阻止水从井眼进入岩层，减少水与岩层接触的面积和时间。根据防塌剂的作用，我们将防塌剂分为两个系类，第一系类就是能够阻止水从井眼进入岩层、降低地层岩石水化的防塌剂，第二类是增强地层岩石之间的颗粒的粘结力的防塌剂。

三、防塌钻井液体系性能评价及现场应用

在实际钻井过程中，不同的地质层面需要采用不同的钻井技术，但使用钻井液降低工程成本势在必行，同时，必须降低钻井液对储层的伤害。将阳离子聚合物和两性复合离子聚合物进行比较试验，发现阳离子聚合物在清水中能更有效的抑制岩土的分解，是抑制性和控制流变性处理剂的最优选择。在提高膨润土浆粘度方面，两性复合离子聚合物的效果比阳离子聚合物效果更好，是增稠剂的最优选择。影响岩层损害的因素有粘土类型、地层流体性质和储层的渗透率等，所以钻井液要尽可能的采用低失水、低固相和低密度的钻井液，以减少对储层岩石的伤害。经过调查和试验，发现硅基阳离子钻机液具有流变性强、抑制性强和良好的润滑性的特点，并能够稳定钻井液的沉降，降低了储层的损害。水基钻井液能够满足保持井壁稳定、润滑防卡和井眼净化的需求，滤失量低，能够有效的保护储层。

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