深井钻井液技术难点分析及对策研究

姜相

（石油大学，四川 成都610500）

1 深井钻井液技术难点分析

1.1 浅井段井眼大，携岩困难

钻井液携岩效果与环空速度、黏度以及钻屑的密度、大小和形状等因素密切相关。根据相关数据显示，浅井段的井眼相对较大，其环空速度必须大于0.3m/s，但是由于钻井设备以及钻井技术等多种因素的影响，在钻井过程中就会出现环空岩屑浓度过高的现象，进而影响钻井液的携岩效果；除此之外，为了有效减少钻屑密度、大小以及形状对钻井液技术的影响，工作人员常常会采用高黏切来进一步提高钻井液的携岩能力，但是在实际的操作过程中，这种方法往往会使得钻屑被大量吸附在井壁上，从而形成一些较小的井眼，引起环空钻屑量进一步增加，导致出现起下钻阻卡的现象[1]。与此同时，施工过程中的短程划眼措施也对钻井液技术的顺利实施造成了一定的障碍，其施工措施不到位，会对井眼的净化过程产生非常严重的影响，进一步阻碍深井施工的正常进行。

1.2 深井段长裸眼井壁易失稳

井眼的稳定是钻井液技术顺利实施的根本保障，也使目前深井作业所面临的重大难题之一。井眼失稳是造成井下施工事故的重要原因之一，对工程施工的顺利进行有很大的影响。就当前的施工现状来看，井眼失稳现象常常会多次出现在同一口井中，这也是导致深井作业时发生埋钻、卡钻以及长井段划眼等事故的重要原因之一。井眼失稳的主要原因在于井壁力学的不稳定性。由于施工现场地质原因的影响，当井壁岩石侧应力大于钻井液的液柱压力时，其井壁出现掉块坍塌的可能性就会进一步增大，严重情况下甚至会出现卡钻等井下复杂事故，为深井施工的顺利进行造成了巨大的阻碍。此外，井壁的化学成分不稳定也是深井钻井液技术的重要难点之一，钻井地质主要是由伊利石或者伊/蒙混石所构成，其亚甲基蓝吸附量相对较低，阳离子交换容量显著不足。二者的不均匀膨胀会产生一定的膨胀压力，当这种膨胀压力超过岩石的最大承载力时，井壁就会出现失稳及垮塌现象。

1.3 深井高温高密度钻井液性能调控困难

受深井自身环境的影响，井下的温度一般处于120-150℃，其井下压力也相对较高，钻井液密度一般处于1.80-2.20g/cm3，高温以及高密度的井下环境也进一步增加钻井液性能调控的难度；此外，黏度以及切力的控制相对较难，固相体积的流动性较差，重浆长期反复使用，钻屑污染较为严重；钻井液老化、增稠和固化，地层压力在同一井段上升较快，导致钻井液密度在较短时间内被大幅度提高，引起其性能的剧烈波动，以上这些因素都会严重影响钻井液的类型选择、浓度配制、流性控制以及性能维护，对深井钻井液技术的实践操作造成了很大的阻碍，进一步加大钻井液性能调控的难度[2]。

1.4 漏失层段多且分布广

由于地层裂缝以及断层发育等多种因素的影响，进一步增加了深井作业时井漏的发生概率。根据相关数据显示，深井的每个地下层段都存在漏失层，且漏失层的分布较为广泛，这些原因都会在一定程度上导致井漏事故的发生，从而造成人员以及经济的损失。除此之外，地下环境的压力往往高于地表部分，裂缝性的高压气藏往往会导致深井作业时出现井喷现象，再加上其漏失安全密度窗口相对较窄，就会进一步加大安全钻井液密度窗口选择的难度。

2 深井钻井液技术对策研究

2.1 根据地质情况选择深井钻井液体系

在深井钻井液的选择过程中，我们要充分考虑施工现场的地质环境以及钻井技术，并以此为基础选择适宜该地区自身特定的深井钻井液体系，从而为提高施工的安全系数奠定夯实的基础。比如，对于低密度、低固相以及低黏切的钻井液，我们要进一步提高浅层钻井速度；对于井壁易失稳的井段，我们在选择强包被、强抑制、强封堵钻井液体系的同时，也要根据施工现场的实际情况，加入适量的多种包被剂以及沥青类防塌剂等强氧化抑制剂，有效降低深井井漏的发生概率；此外，我们还要根据施工现场的实际情况，使用复合原油以及高效润滑剂来提高钻井液的防卡能力；使用水包油聚磺体系提高混油量与抗高温润滑剂的加量，采用细颗粒高酸溶解材料来进行有效地防漏；使用无黏土相聚合物体系来提高中浅层钻井速度，加入无机刚性封堵剂来有效增强其封堵性，加强对泥页岩表面涂敷工作以及缝隙的封堵工作，从而有效防止井壁失稳现象的发生[3]。

2.2 优化控制深井钻井液流变性

由于深井层高温高压的内在特性，因此在施工过程中，我们要选择适宜的抗高温处理剂，不断优化加重剂颗粒级配，并采取相应的措施将膨润土含量控制在科学合理的范围之内，从而有效控制深井钻井液的流变性。其一，我们要根据深井的实际情况，选择能够适应深井高温高密度钻井液的高效稀释剂，从而有效拆解流体的凝胶结构，有效控制其屈服值，并防止其切力升高的现象发生，使其PH 能够保持在8.5～10 之间；其二，为了有效提高深井高温高密度钻井液性能的稳定性，我们必须采取相应的措施，将膨润土的含量控制在合理的范围之内，提高其上下限之间的差值，为有效控制钻井液的流变性打下夯实的基础，另外我们还要充分利用化学絮凝以及固控设备，将超细微固体颗粒清除干净，将其固相体积分数也控制在合理的范围之内；其三，在施工过程中，我们要综合检测深井钻井液性能的高温稳定性，在此过程中，我们可以根据深井内部实际情况，采用API 标准来测定井口的常规性能，根据相应的数据、理论体系以及施工作业的现场条件，来对钻井液体系热稳定性做出合理的判断；也可以采用HTHP 流变仪以及失水仪来测定其高温高压性能，从而为深井钻井液的设计以及应用提供科学的数据指导，为正确处理井下情况提供良好的保障[4]。在深井施工过程中，我们要切实做好以上工作，从而为不断优化控制深井钻井液的流变性奠定夯实的基础。

2.3 预防并处理井眼失稳现象

在预防和处理井眼失稳情况的过程中，我们首先要确定合理的钻井液密度。在钻井的施工过程中，工作人员要充分考虑力学的内在规律，通过科学合理的钻井液密度来达到平衡地层坍塌压力的目的，采用增加径向支撑力等方法来使得井壁具备一定的稳定性。与此同时，我们还要做好地层压力的实时监测工作，从而根据地层压力的变化来不断调整钻井液的密度。其次，工作人员要不断强化钻井液的封堵防塌能力。我们可以通过添加裂缝暂堵剂以及乳化石蜡的方法来进行物理封堵，也可以选用多元醇的方法对其进行化学封堵，从而有效降低钻井液的滤液渗入程度，达到提高其地层的承压能力。最后，在操作过程中，工作人员要严格执行相关的操作规程，并结合自身的工作经验，切实做好井眼失稳现象的防范处理工作。在具体的施工操作中，相关人员要控制起下钻的速度，减小压力对于井壁的影响，从而有效避免井眼失稳的现象发生。当井眼失稳现象发生以后，工作人员在保持冷静的同时，要通过适宜的方法开泵建立循环模式，通过提高钻井液的黏度和切力等方法，将井内的塌陷物及时清理出来，从而有效防止井壁出现再一次的坍塌。

2.4 预防和处理井漏和卡钻

对于浅井层出现的井漏现象，我们可以针对经常出现的位置采用高膨润土含量以及高黏切度的钻井液，以保证其可以快速钻入，从而有效防止井漏事故的发生。由于断层裂缝发育以及密度过高所造成的井漏，我们应该采取适宜的措施严格控制钻井液的密度，使其能够保持一个较好的流动状态，从而有效平衡其压力系统。除此之外，我们还可以采用高酸溶、高抗压等方式来快速恢复裂缝性井漏，对于浅表层近段的漏失现象，提高黏切并降低泵的使用速度，或者用不同粒径的高效堵漏剂加上棉籽壳，都是行之有效的堵漏方式。

结束语

由于地质构造以及施工环境的影响，目前我国的钻井液技术正在面临一些严峻的挑战，主要表现为浅井段井眼大携岩困难，深井段长裸眼井壁易失稳，深井高温高密度钻井液性能调控困难以及漏失层段多且分布广。因此在具体的施工过程中，工作人员要结合施工现场的地质环境，不断强化对井下复杂情况的预防工作，并对已出现的问题进行及时高效的补救，从而有效防止损失及事故的进一步扩大化。