浅述南华北某页岩气钻井液

2015-12-19朱小龙刘志军

西部探矿工程 2015年3期

关键词：井段井眼钻头

朱小龙，刘志军

（河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院，河南商丘476000）

浅述南华北某页岩气钻井液

朱小龙*，刘志军

（河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院，河南商丘476000）

南华北某页岩气井采用钾胺基聚合物钻井液体系，采用强包被抑制剂，抑制泥页岩吸水膨胀分散、垮塌。根据地层压力系数，合理调整钻井液密度，防止井眼坍塌。同时做好井眼净化、减阻润滑、井壁稳定、防漏防涌、抗高温稳定等方面的工作。

南华北某页岩气井；坍塌；井壁稳定；润滑

1 概述

钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液的循环是通过钻井泵来维持的。从钻井泵排出的高压钻井液，经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到达钻头，从钻头水眼上的喷嘴喷出，以清洗井底、携带钻屑。然后沿环形空间（钻柱与井壁形成的空间）向上流动，到达地面后，经地面低压管汇流入钻井液池，再经过各种固控设备进行处理后返回上水池，最后进入钻井泵循环再用。钻井液流经的各种管件、设备构成一整套钻井液循环系统。

2 钻井液的功用

2.1 循环和悬浮岩屑

钻井液首要和最基本的功用，就是通过其本身的循环将井底被钻头破碎的岩屑携带至地面，以保持井眼的清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保证安全、快速钻进。在接单根、起下钻或因故停止循环时，钻井液又将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况发生。

2.2 稳定井壁和平衡地层压力

井壁稳定、井眼规则是实现安全、优质、快速钻井的基本条件。性能良好的钻井液应能借助液相的虑失作用，在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，以稳固已钻开的地层并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散程度。与此同时，在钻进过程中需要通过不断调节钻井液密度，使液柱压力能够平衡地层压力，从而防止井塌和井喷等井下复杂情况发生。

2.3 冷却和润滑钻头、钻具

在钻进中钻头一直在高温下旋转并破碎岩层，产生很多的热量，同时钻具也不断地与井壁摩擦而产生热量。钻井液并不断的循环作用，可以将这些热量及时地吸收，然后带到地面释放到大气中。从而起到冷却钻头、并延长其寿命的作用。钻井液的存在使钻头和钻具均在液体内旋转，因此在很大的程度上降低了摩擦阻力，起到了很好的润滑作用。

2.4 传递水动力

钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速冲击井底，从而提高了钻井的速度和破岩的效率。高压喷射钻井正是利用这一原理，即采用高泵压钻进，使钻井液所形成的高速射流对井底产生强大的冲击力，从而显著地提高钻速。在使用涡轮旋转并带动钻头破碎岩石。

3 钾基聚合物钻井液

钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、钙）盐和KCl为主处理剂的防塌钻井液。在各种常见的无机盐中，以KCl抑制粘土水化分散效果最好，而聚合物处理剂的存在使该类钻井液具有聚合物钻井液的各种优良特性。因此，在钻遇泥页岩地层时，使用它可以取得比较理想的防塌效果。

3.1 钻井液体系

钾基聚合物体系是使用比较广泛的水基钻井液体系，曾用于页岩气钻井。它有以下几个特点：

（1）通过K+和NH+4的晶格固定和离子交换作用来抑制泥页岩吸水水化膨胀，稳定井壁；

（2）较强的抑制性；

（3）良好的润滑性能；

（4）较好的储层保护能力；

（5）强抗污染能力（水泥、CO2、盐水、粘土等）；

（6）符合环保要求（不含重金属离子、氯根）；

（7）经济、成熟。

各井段钻井液体系见表1。

表1 各井段钻井液体系

3.2 钻井液体系性能

3.2.1 Ø311.1mm（12-1/4″）井段般土浆钻井液性能（表2）

表2 Ø311.1mm（12-1/4″）井段坂土浆钻井液性能

3.2.2 Ø215.9mm（8-1/2″）井段、Ø152.4mm（6″）井段钾胺基聚合物钻井液性能（表3）

在二开后使用HV-CMC调整泥浆粘度，保证泥浆有良好的流变性和携砂性。

（1）维持6r/min读值为不低于8；

（2）控制泥浆体系pH值不低于8；

（3）配置重清扫液，接立柱前泵入清扫液2～3m3清洁井底；

（4）振动筛筛布使用150目，如果在不跑浆的情况下，尽可能换细。

（5）固控设备全负荷运转，泥浆中处理剂充足，根据井下情况随时调整泥浆性能。

3.3 钻井液性能维护

表3 Ø215.9mm、Ø152.4mm井段钾胺基聚合物钻井液性能表

3.3.1 泥浆比重

钻井时泥浆比重控制在设计的中下限，保持微过平衡钻井以利于地层的油气显示，根据气显示及井壁稳定情况调整泥浆比重。泥浆保持中下限的低固相含量和流变性，做好随时加重的准备，并在加重后及时调整处理以保持良好流变性，为再加重预留空间。

3.3.2 流变性

泥浆在保证重晶石悬浮和井眼净化的前提下尽量控制在中下限，为随时可能的加重预留窗口；同时低流变性也可以使套管鞋和井底获得较低的环空当量循环密度。

3.3.3 井径控制

进入目的层前，通过加入无荧光防塌剂对渗透层加以良好的封堵，形成坚韧致密的泥饼，并结合调整泥浆比重以保持井壁的稳定；同时控制泥浆泵排量不宜过大，以减小对不稳定井壁的冲刷。

3.3.4 泥岩的抑制性问题

井眼以泥岩为主，泥岩水敏性强，易水化膨胀。钻进中注意防止钻头泥包的发生，如果需要适当加入一定量的润滑剂。

（1）选用的钾基聚合物钻井液体系，含钾离子、铵离子，有强的防塌能力，井径规则，平均井眼扩大率不大于8%；

（2）维持215.9mm的开钻泥浆比重在1.15g/cm3左右，随着在钻进过程中逐渐增高泥浆比重，至终孔井段时短起前将泥浆比重提至不低于钻井的环空当量循环密度；

（3）随着井深的增加和泥浆比重的提高，排量由于受到泵压局限的限制会逐渐降低，工程需通过控制钻速，保证井眼较好的净化，消除泥岩钻屑滞留井内聚集成团的机率。

3.3.5 钻屑

泥浆低比重固相含量小于160kg/m3是非常必要的。将振动筛布换到尽可能细的目数。保证固控设备的良好运转。

3.3.6 钻井液性能维护设备和仪器

按科学打探井要求配备固控设备，强化固控管理，使用振动筛、除砂器、除泥器、离心机四级固控除砂，以使钻井液含砂量、固相含量控制在合理范围内，为安全快速钻进创造良好条件。固相含量应控制在设计范围内，含砂量小于0.5%。震动筛的筛布目数要根据地层变化及时进行更换。具体要求，震动筛运转率100%，除砂器、除泥器不小于80%，离心机不小于50%，除气器视情况使用。固控设备使用率保持泥浆低密度固相小于6%为原则（表4）。