软泥岩地层钻进技术研究

管强盛

文章编号：2095-6835（2016）13-0120-02

摘 要：由于软泥岩具有强度低、水化膨胀性强、环境敏感性强的特性，因此，在该地层钻进时，极易出现钻孔缩径、坍塌等孔内事故，而且也很难维护钻井液的性能。针对软泥岩地层钻进难的问题，通过查阅多种资料，并结合实践经验，对软泥岩地层钻进技术进行了初步研究，从钻井液和钻进工艺技术等方面提出了相应的解决措施。

关键词：软泥岩；塑性蠕变；钻井液；钻进工艺

中图分类号：P634.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.120

通常，我们将具有塑性蠕变特性的泥岩称为“软泥岩”。影响软泥岩蠕变速率的主要因素有地应力大小、钻井液类型和密度、施工时间长短等。软泥岩具有强度低、水化膨胀性强、环境敏感性强等基本特性。软泥岩的这些特性使得在其地层中钻进变得特别复杂和困难，极易出现钻孔缩径、坍塌、卡钻等孔内事故。

1 软泥岩地层钻进时存在的主要问题

由于软泥岩具有蠕变特性，因此在钻进过程中会给钻井液维护、孔壁稳定带来各种问题。

1.1 钻井液流变性控制难

软泥岩地层的黏土含量高，水化分散能力强，其高水化分散的特性使钻井液的流变性难于控制。在钻进过程中，随着软泥岩中黏土成分的水化分散，钻井液的黏度和切力不断增加。过高的黏度和切力会对钻井液的流动性和净化工作带来极大的影响。同时，高固相和高切力的钻井液会造成泥饼质量差，泥饼虚厚，钻井液滤失量大，滤失量难于控制。

1.2 钻井液固相含量高

软泥岩的水化分散性使井眼内的泥质和固相含量大增。一方面，高固相含量会使泥饼质量变差，使钻井液滤失量增加。钻井液滤失量的增加又加速了黏土的水化，从而形成一种水化、滤失的恶性循环。随着滤失量的增加，泥饼不断加厚，造成起下钻阻力增大，甚至出现卡钻现象。另一方面，固相含量的增加，特别是亚微米颗粒固相的增加，将会给钻进速度带来很大的影响。

1.3 钻孔缩径或坍塌

软泥岩所具有的蠕变性使得其在上覆岩层的作用下缓慢流动而使井眼失稳。这时，井眼会出现缩径或坍塌现象。同时，黏土颗粒的水化引起孔壁岩石剥落，也会导致钻孔缩径或坍塌现象的出现。

1.4 形成钻头泥包

软泥岩水化还容易使大量泥质固相吸附于钻头表面，形成钻头泥包，造成钻头泥包卡钻。

2 软泥岩钻进技术研究

针对软泥岩的特性及其在钻进中存在的问题，本文主要从钻井液和钻进工艺技术两方面对软泥岩地层钻进技术进行研究。

2.1 钻井液工艺技术

2.1.1 钻井液体系的选择

在软泥岩地层钻进时，首先要选择钻井液体系，要求钻井液具有强抑制性和高固相容限。室内研究认为，适合于大段活性软泥岩地层钻进的钻井液应具有以下特性：①较强的包被抑制性。抑制软泥岩的水化分散是软泥岩钻井液技术的重点所在。②较高的固相容限。较高的固相容限不仅可以使钻井液具有较好的抗固相污染能力，还可以减少钻井液固相控制处理的工作量。③良好的携砂能力。钻井液良好的携砂能力能够有效将钻屑带到地面，以免因钻屑在钻井液中停留的时间过长而消耗处理剂和增加钻井液固相含量。④润滑性。在钻井施工中，由于软泥岩地层的黏弹性很强，钻屑极易黏附在钻头、扶正器、钻杆接箍处，形成“泥包”，引发卡钻。因此，在钻进中，要加入足量的润滑剂和防泥包剂。⑤软抑制。这是钻井液设计的一种新思路。传统无机盐抑制的方式虽然能有效地抑制地层的水化膨胀，但会造成近井壁带硬化（硬抑制），给起下钻带来一系列问题。室内研究发现，通过采用软抑制，即将研究合成的具有适度分子量和高的正电荷的有机物作为抑制剂，通过正电荷压缩双电层抑制黏土水化膨胀，使近井壁地层不至于变硬。

2.1.2 钻井液维护

合理的钻井液维护能使钻井液发挥其应有的性能。这对于保证软泥岩地层的正常钻进有着重要的作用。钻井液维护要从钻井液配制开始，并贯穿钻井液使用的整个过程中。

2.1.2.1 维持钻井液的胶体稳点

钻井液胶体的稳定性是其抑制黏土水化分散的基础，因此，应时刻保持足够的护胶剂。良好的钻井液胶体稳定性还能实现钻井液的分散—抑制平衡，即钻井液中黏土颗粒的水化分散与钻井液对黏土颗粒的包被抑制达到平衡，从而保持钻井液坂土含量的稳定。

2.1.2.2 控制钻井液的坂土含量

软泥岩地层水化分散能力极强，容易导致钻井液坂土含量过高。过高的坂土含量会造成钻井液流变性难于控制、钻井液滤失量大和部分处理剂难以发挥作用等问题。通常，坂土含量应控制在3%以下。控制钻井液的坂土含量主要从以下3方面入手：①采取合理、有效的固控措施；②加入适当的包被抑制剂，使钻井液中的细小颗粒沉淀到底部；③加水稀释。

2.1.2.3 保证适当的钻井液密度

由于软泥岩地层具有易蠕变的特性，因此，为了防止因孔壁失稳而出现蠕动变形，应尽量通过调整钻井液密度来平衡地层压力或减少因地层压力而引起的钻孔缩径。

2.1.2.4 加强监测

加强对钻井液性能的监测，随时掌握钻井液在钻进软泥岩地层时的性能变化，及时调整钻井液性能，使其满足钻进要求。

2.1.3 适用于软泥岩地层钻进的钻井液技术

2.1.3.1 运用多聚物复合盐欠饱和钻井液体系

该钻井液体系的应用重点在于增强钻井液的胶体稳定性，提高钻井液的抗黏土侵蚀能力，增强体系的抑制性。典型的钻井液体系是在欠饱和盐水体系的基础上，加入FA367、PAM、XY-27等聚合物，并保持钻井液的pH值在7～8之间。该体系克服了因软泥岩高度水化分散带来的污染问题。

2.1.3.2 采用钾石灰聚磺钻井液体系

钾石灰聚磺钻井液中的Ca2+通过Na+/Ca2+交换，将钠土转变为钙土。钙土水化能力弱，分散度低，因此转化后体系分散度明显下降。同时，钾石灰聚磺钻井液本身也是一种无机絮凝剂，会压缩黏土颗粒表面的扩散双电层，使水化膜变薄，ζ电位下降，从而引起黏土晶片面与面、端与面聚结，造成黏土颗粒分散度下降。另外，在钾石灰聚磺钻井液加入了抑制黏土分散的钾，它能进人黏土晶层间，靠静电作用吸引晶层，抑制黏土和页岩的水化膨胀作用，提升井眼的稳定性。钾石灰聚磺钻井液具有非常好的稳定性，长时间静置后性能无大的变化，可以改善泥饼质量。在配制时，钾盐钻井液对基浆的膨润土较敏感，膨润土含量较高时性能很难控制，因此在现场转化前，应由化验室在室内试验的基础上给出定量方案，依据与地层矿物及地层水的配伍性优选出一些处理剂。

2.2 钻进工艺技术

2.2.1 钻头和钻进参数的正确选择

软泥岩地层强度低，压入硬度小，可在小的轴向压力下切入岩石。当切入深度较大时，岩屑的颗粒也较大，但容易分散成小粒，钻速很快，单位时间内产生的岩份量大，要求钻头易于排粉。该类地层黏结性较大，容易出现糊钻或遇水膨胀等问题，因此需要大的环空间隙。在该地层中钻进时，应选用硬质合金钻头钻进，并且要适当加大钻头的出刃和水口。当需要取心时，最好选择带肋骨的钻头钻进。综合考虑软泥岩的可钻性和水化分散性，应取低钻压、高转速、大泵量的参数配合。

2.2.2 合适的钻具组合

软泥岩地层具有蠕变特性，且钻具在旋转过程中与孔壁产生的黏滞力较强，因此，在软泥岩地层钻进时应尽量简化钻具组合，避免钻具连接时出现过多的台阶，降低起下钻摩阻和卡钻风险。另外，有条件的施工现场应尽量带上震击器和安全接手，以减少卡钻事故发生时带来的影响。

2.2.3 短起下钻作业和起下钻划眼

软泥岩层的短起下钻作业特别重要，不仅有利于及时修正钻孔，破坏因蠕动向孔内移动的软泥岩以及不断增厚的泥皮，还能防止钻具在孔内长时间停留而与孔壁间产生过大的年滞力，保证钻进和起下钻的顺利进行。

起下钻过程中的划眼能有效降低因孔壁变形带来的起下钻摩阻和卡钻风险。

3 结论

通过论述，我们可以得出以下几个结论：①软泥岩地层具有一定的特殊性，在该类地层钻进时，应从钻进液和钻进工艺技术等方面入手采取有针对性的措施，多管齐下，协同进行，以期取得更好的钻进效果。②在选择钻进液时，应充分考虑软泥岩地层本身的特性和钻进过程中容易出现的问题，选择具有强抑制性、高固相容限和润滑性能好的钻井液体系。③在使用钻井液的过程中，要勤监测、勤调整，随时掌握钻井液的性能变化情况，始终保持钻井液的适应性和稳定性。④在钻进工艺技术方面，要选择适合软泥岩地层钻进的钻头，并适当增大钻头出刃和水口；在钻具组合方面，要尽量简化钻具结构；在钻进参数的选择上，要遵循“低钻压、高转速、大泵量”的原则；注意短起下钻和起下钻划眼。

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〔编辑：刘晓芳〕