钻井液技术发展及优化设计研究

2017-03-05李秀霞大港油田公司第三采油厂河北沧州061723

化工管理 2017年25期

李秀霞(大港油田公司第三采油厂，河北沧州 061723)

钻井液技术发展及优化设计研究

李秀霞(大港油田公司第三采油厂，河北沧州 061723)

钻井液是钻井工艺中非常重要的组成部分，钻井液不仅可以保障井下钻井的稳定和安全，还可以对储层起到保护作用。伴随着开发的不断深入，对钻井液的要求也越来越高。本文分析了国内外钻井液主要发展现状，提出了钻井液的优化设计方案，并且对钻井液进行适应性分析，对钻井完井工艺的研究发展具有一定的指导意义。

钻井完井；水基钻井液；油基钻井液；处理剂

1 钻井液技术发展现状

最早的钻井液是清水，随后研究发现，泥浆的携带能力比清水好，而后出现了泥浆钻井夜。泥浆钻井液对于松散、易坍塌剥落的井壁岩层具有很好的保护左右，也是目前应用最为广泛的钻井液。早起的泥浆钻井液为细分散泥浆钻井液，至19世纪50年代，出现了粗分散泥浆钻井液，粗分散钻井液的抗侵蚀能力要高于细分散钻井液，19世纪60年代，伴随着钻井工艺的复杂化，为满足高压喷射钻井工艺，出现了聚合物不分散低固相钻井液。19世纪90年代至今，钻井液技术取得了快速的发展，出现了正电胶、硅酸盐、生物降解多种钻井液体系，并且得到了广泛的应用。

2 钻井液优化设计

2.1 优选设计原则

钻井过程中，经常遇到地层发生膨胀、继而导致井塌、井径扩大等现象，科学合理的选用钻井液，一定程度上可以解决以上的问题。钻井液的优选，要遵循以下几个原则。首先，不同的油藏性质要选取适合的钻井液，只有钻井液与油气层相适应，才不至于对油气层造成伤害。其次，不同的井类型钻井液也不同。例如水平井、超深井、超压井等，由于钻井类型的差别，所需的钻井液也有差别，钻井液必须能够满足钻井工艺的要求。

2.2 钻井液类型

钻井液按照成分可以分为水基钻井液、油基钻井液和气体型钻井液。水基钻井液是以水为分散介质的钻井液，主要成分是水、粘土、各种化学剂等。水基钻井液的发展经历了六个发展阶段，即清水钻井液、细分散钻井液、粗分散钻井液、不分散低固相钻井液、无固相钻井液、聚合物钻井液。随着钻井工艺的发展，也出现了一些钻井液新技术，例如两性离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、阳离子聚合物钻井液、深井聚合物钻井液、硅酸盐钻井液、聚合醇钻井液以及超高温高压水基钻井液等。超高温高压钻井液主要是利用耐温抗盐聚合物，以及水解稳定性强的聚合物处理剂，保持高密度钻井液的流变性。油基钻井液是以油作为分散介质的钻井液，配以加重剂、化学处理剂等组成分散相的溶胶悬浮混合体系。油基钻井液的发展经历了三个阶段，为原油钻井液、油基钻井液和反相乳化钻井液。油基钻井液主要用于钻遇石膏层、盐层、硫化氢和二氧化碳含量高的地层以及复杂的页岩层等，油基钻井液虽然稳定性好，对油气层一般不会造成破坏和污染，但是成本较水基钻井液高，并且对环境的污染较大。此外，还有一种气体型钻井流体，以空气或者天然气作为钻井液，包含气体钻井液、雾化钻井液、泡沫钻井液等。雾化钻井液是空气、发泡剂与少量水混合而成的循环流体，这种钻井液提高钻井效率，并且对钻头有一定的保护作用，并且可以保护低气压油层。泡沫钻井液是气体介质与液体、发泡剂、黏土等组合而成的钻井液，泡沫钻井液密度较低，携带能力强，并且对油层的伤害较小，可以很大程度的提高钻井的效率。

3 钻井液体系适应性分析

钻井液在钻井过程中发挥着重要的作用，钻井液可以使钻井过程中产生的钻屑悬浮在钻井液中，而不至于沉入钻孔底部，堵塞悬空。此外，钻井液还能够保持地下地层压力的平衡，可以保持地下岩层的稳定。第三，钻井液也可以给钻杆提供浮力，减轻钻杆自身的重量，同时可以起到冷却钻头、延长钻头使用寿命的作用。

钻井液具有随流速降低而粘度增加的特性，当流速降低时，钻井液就会形成粘稠的凝胶体，这种凝胶体可以负载钻进过程中产生的岩屑，使岩屑悬浮在钻井液中间，不至于沉到钻孔的底部，从而能够比较有效地防止钻孔的堵塞。其次，当钻井完成后，井底压力会发生突变，甚至发生井喷现象，钻井液具有平衡压力的作用，可以防止此类事故的发生。并且，液体的压力受浓度变化的影响，在钻井液中加入一些处理剂，通过改变钻井液的浓度，进而调整钻井液对井壁的压力。再次，钻井过程中，当钻井液流体压力大于周围储集体孔隙流体压力时，钻井液会向周围储层侵入，造成钻井液的漏失，当钻遇储层时，钻井液会破坏储层岩石的孔隙，导致储层储集性能的下降，这就需要在钻井液加入一些抑制性的成分，改变钻井液的性质，避免岩石孔隙的破坏，保证地下原油顺利开采。此外，钻井液对钻机、钻杆和钻头还可以起到保护作用。钻头在钻遇地下岩层后，会导致钻头温度升高，钻井液可以起到降温作用，使钻头在正常温度下工作，延长钻头的使用寿命。