钻井液体系的性能及对固井质量的影响探讨

白秋颖

（大庆油田钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163000）

钻井液在钻井施工过程中起到减小摩擦阻力、冷却钻头、保持压力平衡、携带岩屑等重要作用，从最初的清水、泥浆发展到现今的硅酸盐、聚合醇、油基型钻井液等，可适应各类钻井的需求。各类钻井液之间并不绝对的优劣，其不同的性能对应不同类型钻井的需求，对固井质量有着不同的影响。本文通过对现今钻井液体系的性能进行分析，以及对固井质量的影响，寻求提高固井质量的技术对策，对于油田勘探开发具有重要意义。

1 钻井液体系

根据钻井液配方和工艺性能的不同，可以将钻井液划分成不同的体系，如可分为淡水钻井液、盐水钻井液、钙处理钻井液、不分散低固相聚合钻井液、混油钻井液等等，不同体系的钻井液因其独有的性能，对固井质量产生不同程度的影响[1]，选择合适的钻井液是保证钻井工程作业成败的重要因素之一，为此各大油田都加大了对钻井液体系的深入研究，确保其在钻井勘探过程中发挥重要的作用。

2 钻井液体系对钻完井作业的重要意义

（1）有利于减少钻井工程消耗和设备磨损。钻井施工过程中，钻头及钻柱与地层及井壁接触，产生高强度碰撞及摩擦，对钻井设备损耗较大。向井眼中添加相应配比的钻井液，可以对钻机钻头起到降温作用，加入钻井液之后，能够在钻头与岩浆之间形成一层保护膜，起到隔绝的作用，从而达到减轻摩擦的效果，从而起到了减少钻井工程的消耗和设备的磨损。

（2）有利于提高固井质量，促进井壁稳定，避免工程事故发生。钻井液在钻井施工过程中重要作用之一是携带岩屑，通过将钻机钻进过程中破碎的岩屑混合在钻井液之中，循环钻井液，并通过高压水泵将钻井液送至地表，达到将岩屑返出地面的效果，避免钻头受到地层破碎岩屑的影响，提升破岩效率及钻头工作的稳定性，使井壁更加规则及稳定性好，有利于固井[2]。此外，岩屑随钻井液返出地表能够保持井眼清洁，有利于固井过程中钻井液排替，能够提升固井质量。

（3）有利于降低钻井成本，提高经济效益。合理选择及优化钻井液体系，能够保证井底地层压力与液柱产生的压力一致，保证了压力的平衡，避免了井底岩层的坍塌，也由于其良好的润滑性，大大降低了卡钻事故的发生，降低了钻机钻头的损坏率，进一步加快了整体工程进度，降低了工程成本，整体提升了经济效益。

3 钻井液体系的性能及对固井质量影响

3.1 钻井液的性能

（1）钻井液密度。钻井液密度是重要的参数之一。钻井液密度对于保证钻井安全、提升钻井施工速度、保护油气层具有重要意义。钻井液密度是通过向钻井液体系中加入重晶石等加重材料来调节的。钻井液密度对井筒内液柱压力影响明显，合理配置钻井液压力能够保障井底孔隙压力平衡。钻井液密度过大时，液柱压力较大，会造成井漏，同时会对储层造成伤害。而钻井液密度过低，井筒内液柱压力太低，容易发生井涌甚至井喷，还会造成缩径或井塌，同时也不利于钻井液携带岩屑，必须合理配置设计钻井液，使密度保持在合理范围。

（2）钻井液的流变性。钻井液流变性通常指的是钻井液的流动能力和形变性质。通常使用液体宾汉模式和幂律模式来表征。宾汉模式使用动切力和塑性粘度来表征钻井液性能[3]。塑性粘度反映了钻井液中固相颗粒与液相、固相颗粒之间的相互作用力强弱，钻井液中固相颗粒含量、粘土的分散程度及钻井液添加剂等都会影响塑性粘度大小。动切力反映了钻井液中粘土矿物、高分子聚合物之间的相互作用力强弱。钻井液中粘土矿物（如蒙脱石）的含量越大，动切力越大。钻井液中电解质（如氯化钠、硫酸钙等）的含量越高，动切力越大。钻井液中处理剂（如降粘剂）能够吸附在粘土颗粒表面，使颗粒带电，从而降低钻井液动切力；钻井液的幂律模式通过稠度系数和流性指数来表征，对于部分钻井液或者高分子化合物，其状态为假塑性流体，使用幂律模式来表征效果较好。流行指数越小，反映钻井液的非牛顿性越强。稠度系数越大，反映钻井液粘度越高，可泵性越差。因此，为满足钻井施工要求，钻井液稠度系数和流性指数应控制在合理范围。

（3）钻井液滤失造壁性。钻井液滤失性反映了其形成泥饼的质量及滤失量大小。钻井液形成的泥饼质量好的标准是足够薄、结构致密、质地坚韧。钻井液滤失量有三种类型，即动滤失量、静滤失量和瞬时滤失量，这其中静滤失量应用较多，钻井液压差、固相含量、滤液粘度、温度、滤失时间、地层渗透性、泥饼的压实程度等都会影响钻井液静滤失量。

（4）钻井液的润滑性。钻井液润滑性对钻井施工速度影响较大，评价钻井液润滑性通常使用摩阻系数。钻井液中固相颗粒含量及类型、密度、粘度、滤失量等等会影响钻井液润滑性。

3.2 钻井液性能对固井质量的影响

钻井液的性能不仅对钻井施工起到关键作用，对完井作业中也有影响。不同的钻井液体系、密度、流变性、泥饼质量等都会影响固井质量。不同类型的钻井液体系，如水基钻井液体系、油基钻井液体系、气体类等，能够影响套管表面的润滑性，导致水泥浆在胶结时，在井壁表面或者套管表面的胶结质量受到影响，从而使得第一、第二胶结界面的胶结质量变差。钻井液密度大小决定了环空液柱的压力大小，液柱压力不同，在进行注水泥时需要进行压力平衡设计，也影响环空浆柱结构。钻井液流变性（如切力、粘度、触变性）也影响固井质量。钻井施工过程中，为满足携带岩屑的要求，钻井液必须具有一定切力和粘度，如果钻井液切力和粘度过高，会增加水泥浆顶替难度，影响水泥浆顶替效率。在配置钻井液体系时，在满足携带岩屑要求及钻井液体系稳定的情况下，要尽量降低钻井液切力和粘度，以保证水泥浆顶替效率。钻井液形成的泥饼对固井质量影响也较大，泥饼越薄、越坚韧、易分散等，对于固井过程中套管下入、水泥浆顶替有利，还能提高水泥浆对井壁及套管外壁的胶结能力，从而提高第一、第二界面的胶结质量。

4 结束语

随着油田进入开发中后期，主力油气藏开发程度较高，油井产量下降，勘探热点向非常规油气藏转变，为了提升非常规油气资源开发效益，大斜度井、水平井等应用越来越普遍，给钻完井施工作业带来了难题。钻井液在不仅对钻井施工起到至关重要作业，对于固井作业也影响较大。在选择和配置钻井液体系时，不仅要满足钻井施工要求，也要考虑对固井质量的影响，通过优化配置钻井液体系性能，控制钻井液密度、流变性、泥饼质量等，提升水泥浆顶替效率及胶结质量，从而提高固井质量，对于油田勘探开发具有重要意义。