鉆井液技術發展及優化設計研究

李秀霞(大港油田公司第三采油廠， 河北 滄州 061723)

鉆井液技術發展及優化設計研究

李秀霞(大港油田公司第三采油廠， 河北 滄州 061723)

鉆井液是鉆井工藝中非常重要的組成部分，鉆井液不僅可以保障井下鉆井的穩定和安全，還可以對儲層起到保護作用。伴隨著開發的不斷深入，對鉆井液的要求也越來越高。本文分析了國內外鉆井液主要發展現狀，提出了鉆井液的優化設計方案，并且對鉆井液進行適應性分析，對鉆井完井工藝的研究發展具有一定的指導意義。

鉆井完井；水基鉆井液；油基鉆井液；處理劑

1 鉆井液技術發展現狀

最早的鉆井液是清水，隨后研究發現，泥漿的攜帶能力比清水好，而后出現了泥漿鉆井夜。泥漿鉆井液對于松散、易坍塌剝落的井壁巖層具有很好的保護左右，也是目前應用最為廣泛的鉆井液。早起的泥漿鉆井液為細分散泥漿鉆井液，至19世紀50年代，出現了粗分散泥漿鉆井液，粗分散鉆井液的抗侵蝕能力要高于細分散鉆井液，19世紀60年代，伴隨著鉆井工藝的復雜化，為滿足高壓噴射鉆井工藝，出現了聚合物不分散低固相鉆井液。19世紀90年代至今，鉆井液技術取得了快速的發展，出現了正電膠、硅酸鹽、生物降解多種鉆井液體系，并且得到了廣泛的應用。

2 鉆井液優化設計

2.1 優選設計原則

鉆井過程中，經常遇到地層發生膨脹、繼而導致井塌、井徑擴大等現象，科學合理的選用鉆井液，一定程度上可以解決以上的問題。鉆井液的優選，要遵循以下幾個原則。首先，不同的油藏性質要選取適合的鉆井液，只有鉆井液與油氣層相適應，才不至于對油氣層造成傷害。其次，不同的井類型鉆井液也不同。例如水平井、超深井、超壓井等，由于鉆井類型的差別，所需的鉆井液也有差別，鉆井液必須能夠滿足鉆井工藝的要求。

2.2 鉆井液類型

鉆井液按照成分可以分為水基鉆井液、油基鉆井液和氣體型鉆井液。水基鉆井液是以水為分散介質的鉆井液，主要成分是水、粘土、各種化學劑等。水基鉆井液的發展經歷了六個發展階段，即清水鉆井液、細分散鉆井液、粗分散鉆井液、不分散低固相鉆井液、無固相鉆井液、聚合物鉆井液。隨著鉆井工藝的發展，也出現了一些鉆井液新技術，例如兩性離子聚合物鉆井液、正電膠鉆井液、陽離子聚合物鉆井液、深井聚合物鉆井液、硅酸鹽鉆井液、聚合醇鉆井液以及超高溫高壓水基鉆井液等。超高溫高壓鉆井液主要是利用耐溫抗鹽聚合物，以及水解穩定性強的聚合物處理劑，保持高密度鉆井液的流變性。油基鉆井液是以油作為分散介質的鉆井液，配以加重劑、化學處理劑等組成分散相的溶膠懸浮混合體系。油基鉆井液的發展經歷了三個階段，為原油鉆井液、油基鉆井液和反相乳化鉆井液。油基鉆井液主要用于鉆遇石膏層、鹽層、硫化氫和二氧化碳含量高的地層以及復雜的頁巖層等，油基鉆井液雖然穩定性好，對油氣層一般不會造成破壞和污染，但是成本較水基鉆井液高，并且對環境的污染較大。此外，還有一種氣體型鉆井流體，以空氣或者天然氣作為鉆井液，包含氣體鉆井液、霧化鉆井液、泡沫鉆井液等。霧化鉆井液是空氣、發泡劑與少量水混合而成的循環流體，這種鉆井液提高鉆井效率，并且對鉆頭有一定的保護作用，并且可以保護低氣壓油層。泡沫鉆井液是氣體介質與液體、發泡劑、黏土等組合而成的鉆井液，泡沫鉆井液密度較低，攜帶能力強，并且對油層的傷害較小，可以很大程度的提高鉆井的效率。

3 鉆井液體系適應性分析

鉆井液在鉆井過程中發揮著重要的作用，鉆井液可以使鉆井過程中產生的鉆屑懸浮在鉆井液中，而不至于沉入鉆孔底部，堵塞懸空。此外，鉆井液還能夠保持地下地層壓力的平衡，可以保持地下巖層的穩定。第三，鉆井液也可以給鉆桿提供浮力，減輕鉆桿自身的重量，同時可以起到冷卻鉆頭、延長鉆頭使用壽命的作用。

鉆井液具有隨流速降低而粘度增加的特性，當流速降低時，鉆井液就會形成粘稠的凝膠體，這種凝膠體可以負載鉆進過程中產生的巖屑，使巖屑懸浮在鉆井液中間，不至于沉到鉆孔的底部，從而能夠比較有效地防止鉆孔的堵塞。其次，當鉆井完成后，井底壓力會發生突變，甚至發生井噴現象，鉆井液具有平衡壓力的作用，可以防止此類事故的發生。并且，液體的壓力受濃度變化的影響，在鉆井液中加入一些處理劑，通過改變鉆井液的濃度，進而調整鉆井液對井壁的壓力。再次，鉆井過程中，當鉆井液流體壓力大于周圍儲集體孔隙流體壓力時，鉆井液會向周圍儲層侵入，造成鉆井液的漏失，當鉆遇儲層時，鉆井液會破壞儲層巖石的孔隙，導致儲層儲集性能的下降，這就需要在鉆井液加入一些抑制性的成分，改變鉆井液的性質，避免巖石孔隙的破壞，保證地下原油順利開采。此外，鉆井液對鉆機、鉆桿和鉆頭還可以起到保護作用。鉆頭在鉆遇地下巖層后，會導致鉆頭溫度升高，鉆井液可以起到降溫作用，使鉆頭在正常溫度下工作，延長鉆頭的使用壽命。

4 結語

鉆井液為鉆井工藝的順利實施起著不可替代的作用，鉆井液的發展一方面是為了滿足復雜鉆井工藝的高要求，另一方面也受控于處理劑的研究發展。鉆井液的使用要根據油區實際的地下地質條件和開發狀況，不斷優化鉆井液的性能，同時也要注意鉆井液對環境造成的影響，在保證生態環境要求的基礎上，實現油田高效的開發生產。

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