淺述南華北某頁巖氣鉆井液

朱小龍，劉志軍

（河南省地質礦產勘查開發局第四地質礦產調查院，河南商丘476000）

淺述南華北某頁巖氣鉆井液

朱小龍*，劉志軍

（河南省地質礦產勘查開發局第四地質礦產調查院，河南商丘476000）

南華北某頁巖氣井采用鉀胺基聚合物鉆井液體系，采用強包被抑制劑，抑制泥頁巖吸水膨脹分散、垮塌。根據地層壓力系數，合理調整鉆井液密度，防止井眼坍塌。同時做好井眼凈化、減阻潤滑、井壁穩定、防漏防涌、抗高溫穩定等方面的工作。

南華北某頁巖氣井；坍塌；井壁穩定；潤滑

1 概述

鉆井液是指油氣鉆井過程中以其多種功能滿足鉆井工作需要的各種循環流體的總稱。鉆井液的循環是通過鉆井泵來維持的。從鉆井泵排出的高壓鉆井液，經過地面高壓管匯、立管、水龍帶、水龍頭、方鉆桿、鉆桿、鉆鋌到達鉆頭，從鉆頭水眼上的噴嘴噴出，以清洗井底、攜帶鉆屑。然后沿環形空間（鉆柱與井壁形成的空間）向上流動，到達地面后，經地面低壓管匯流入鉆井液池，再經過各種固控設備進行處理后返回上水池，最后進入鉆井泵循環再用。鉆井液流經的各種管件、設備構成一整套鉆井液循環系統。

2 鉆井液的功用

2.1 循環和懸浮巖屑

鉆井液首要和最基本的功用，就是通過其本身的循環將井底被鉆頭破碎的巖屑攜帶至地面，以保持井眼的清潔，使起下鉆暢通無阻，并保證鉆頭在井底始終接觸和破碎新地層，不造成重復切削，保證安全、快速鉆進。在接單根、起下鉆或因故停止循環時，鉆井液又將井內的鉆屑懸浮在鉆井液中，使鉆屑不會很快下沉，防止沉砂卡鉆等情況發生。

2.2 穩定井壁和平衡地層壓力

井壁穩定、井眼規則是實現安全、優質、快速鉆井的基本條件。性能良好的鉆井液應能借助液相的慮失作用，在井壁上形成一層薄而韌的泥餅，以穩固已鉆開的地層并阻止液相侵入地層，減弱泥頁巖水化膨脹和分散程度。與此同時，在鉆進過程中需要通過不斷調節鉆井液密度，使液柱壓力能夠平衡地層壓力，從而防止井塌和井噴等井下復雜情況發生。

2.3 冷卻和潤滑鉆頭、鉆具

在鉆進中鉆頭一直在高溫下旋轉并破碎巖層，產生很多的熱量，同時鉆具也不斷地與井壁摩擦而產生熱量。鉆井液并不斷的循環作用，可以將這些熱量及時地吸收，然后帶到地面釋放到大氣中。從而起到冷卻鉆頭、并延長其壽命的作用。鉆井液的存在使鉆頭和鉆具均在液體內旋轉，因此在很大的程度上降低了摩擦阻力，起到了很好的潤滑作用。

2.4 傳遞水動力

鉆井液在鉆頭噴嘴處以極高的流速沖擊井底，從而提高了鉆井的速度和破巖的效率。高壓噴射鉆井正是利用這一原理，即采用高泵壓鉆進，使鉆井液所形成的高速射流對井底產生強大的沖擊力，從而顯著地提高鉆速。在使用渦輪旋轉并帶動鉆頭破碎巖石。

3 鉀基聚合物鉆井液

鉀基聚合物鉆井液是一類以各種聚合物的鉀（或銨、鈣）鹽和KCl為主處理劑的防塌鉆井液。在各種常見的無機鹽中，以KCl抑制粘土水化分散效果最好，而聚合物處理劑的存在使該類鉆井液具有聚合物鉆井液的各種優良特性。因此，在鉆遇泥頁巖地層時，使用它可以取得比較理想的防塌效果。

3.1 鉆井液體系

鉀基聚合物體系是使用比較廣泛的水基鉆井液體系，曾用于頁巖氣鉆井。它有以下幾個特點：

（1）通過K+和NH+4的晶格固定和離子交換作用來抑制泥頁巖吸水水化膨脹，穩定井壁；

（2）較強的抑制性；

（3）良好的潤滑性能；

（4）較好的儲層保護能力；

（5）強抗污染能力（水泥、CO2、鹽水、粘土等）；

（6）符合環保要求（不含重金屬離子、氯根）；

（7）經濟、成熟。

各井段鉆井液體系見表1。

表1 各井段鉆井液體系

3.2 鉆井液體系性能

3.2.1 ?311.1mm（12-1/4″）井段般土漿鉆井液性能（表2）

表2 ?311.1mm（12-1/4″）井段坂土漿鉆井液性能

3.2.2 ?215.9mm（8-1/2″）井段、?152.4mm（6″）井段鉀胺基聚合物鉆井液性能（表3）

在二開后使用HV-CMC調整泥漿粘度，保證泥漿有良好的流變性和攜砂性。

（1）維持6r/min讀值為不低于8；

（2）控制泥漿體系pH值不低于8；

（3）配置重清掃液，接立柱前泵入清掃液2～3m3清潔井底；

（4）振動篩篩布使用150目，如果在不跑漿的情況下，盡可能換細。

（5）固控設備全負荷運轉，泥漿中處理劑充足，根據井下情況隨時調整泥漿性能。

3.3 鉆井液性能維護

表3 ?215.9mm、?152.4mm井段鉀胺基聚合物鉆井液性能表

3.3.1 泥漿比重

鉆井時泥漿比重控制在設計的中下限，保持微過平衡鉆井以利于地層的油氣顯示，根據氣顯示及井壁穩定情況調整泥漿比重。泥漿保持中下限的低固相含量和流變性，做好隨時加重的準備，并在加重后及時調整處理以保持良好流變性，為再加重預留空間。

3.3.2 流變性

泥漿在保證重晶石懸浮和井眼凈化的前提下盡量控制在中下限，為隨時可能的加重預留窗口；同時低流變性也可以使套管鞋和井底獲得較低的環空當量循環密度。

3.3.3 井徑控制

進入目的層前，通過加入無熒光防塌劑對滲透層加以良好的封堵，形成堅韌致密的泥餅，并結合調整泥漿比重以保持井壁的穩定；同時控制泥漿泵排量不宜過大，以減小對不穩定井壁的沖刷。

3.3.4 泥巖的抑制性問題

井眼以泥巖為主，泥巖水敏性強，易水化膨脹。鉆進中注意防止鉆頭泥包的發生，如果需要適當加入一定量的潤滑劑。

（1）選用的鉀基聚合物鉆井液體系，含鉀離子、銨離子，有強的防塌能力，井徑規則，平均井眼擴大率不大于8%；

（2）維持215.9mm的開鉆泥漿比重在1.15g/cm3左右，隨著在鉆進過程中逐漸增高泥漿比重，至終孔井段時短起前將泥漿比重提至不低于鉆井的環空當量循環密度；

（3）隨著井深的增加和泥漿比重的提高，排量由于受到泵壓局限的限制會逐漸降低，工程需通過控制鉆速，保證井眼較好的凈化，消除泥巖鉆屑滯留井內聚集成團的機率。

3.3.5 鉆屑

泥漿低比重固相含量小于160kg/m3是非常必要的。將振動篩布換到盡可能細的目數。保證固控設備的良好運轉。

3.3.6 鉆井液性能維護設備和儀器

按科學打探井要求配備固控設備，強化固控管理，使用振動篩、除砂器、除泥器、離心機四級固控除砂，以使鉆井液含砂量、固相含量控制在合理范圍內，為安全快速鉆進創造良好條件。固相含量應控制在設計范圍內，含砂量小于0.5%。震動篩的篩布目數要根據地層變化及時進行更換。具體要求，震動篩運轉率100%，除砂器、除泥器不小于80%，離心機不小于50%，除氣器視情況使用。固控設備使用率保持泥漿低密度固相小于6%為原則（表4）。

4 結論

（1）該鉆井完井液有很強的抑制和封堵能力，使用密度和粘切比較合適，對穩定泥漿性能，抑制軟泥巖分散造漿、膨賬、縮徑和裂縫發育硬脆泥巖的垮塌起了重要作用。

（2）井段使用較低密度鉆井液，比較順利安全鉆完，未出現大的復雜情況，這在南華北井區是一個大的突破。

（3）井下復雜和事故次數大大減少，損失時間較少。

[1]鄢捷年.鉆井液工藝學[M].中國石油大學出版社，2001.

TE254

B

1004-5716（2015）03-0076-03

2014-12-02

2014-12-08

朱小龍（1989-），男（漢族），河南商丘人，助理工程師，現從事鉆井液技術工作。