超低滲透鉆井液特點分析與作用機理研究

王耀豐

【摘 要】超低滲透鉆井液技術能限制鉆井液侵入和鉆井液產生的壓力侵入，有利于提高井壁強度、保持地層巖石的完整性、減少機械性不穩定地層的許多問題以及減少地層傷害、提高油氣井產能。超低滲透鉆井液能生物降解，對環境無害，能用于水基、油基和合成基鉆井液中。本文主要對超低滲透鉆井液特點進行了分析，闡述了鉆井液的性能與優點以及作用機理。

【關鍵詞】超低滲透；鉆井液；特點；作用機理

近年來，我國石油和天然氣資源需求正在日益增加。隨著鉆井技術的發展，超深井鉆探已成為今后世界鉆探工業發展的一個重要方面。在油氣勘探過程中，鉆井這一重要過程中遇到的地形、地層也越來越復雜多變，在鉆遇壓力衰竭地層和裂縫發育地層、破碎或弱膠結性地層以及低滲儲層以及深井長裸眼大段復雜泥頁巖和多套壓力層系等地層時，壓差卡鉆、鉆井液漏失和井壁垮塌等這些復雜的問題以及地層地形損害問題也越來越突出。

一、超低滲透鉆井液特點分析

超低滲透鉆井液添加劑為細小固體顆粒與多種低相對分子質量聚合按一定比例配制得到的混合物。其成分因為聚合物與固體顆粒表面的改變而呈現不同的潤濕性和溶解性，超低滲透鉆井液添加劑就是按照一定的比例對這些成分進行混合。在水溶性流體內加入這種混合物后，親油物質被少量溶解和潤濕，通過締合形成聚集體將體系能量降到最低。這與表面活性劑中的膠束形成情況類似，只是結構相對簡單且對礦化度和壓力的變化不敏感，高溫的穩定性相對較好。對于加入到油基鉆井液中的產品，與加入到水溶性流體中的機理類似，只是聚集體由更多的親油性成分組成，這也是能在巖石表面形成超低滲透屏蔽層的關鍵因素。封堵層能直接避免了流液侵入與壓力傳遞，在鉆井液進入地層的瞬間就可以形成。在過平衡壓力作用下，常規泥漿添加劑形成的泥餅在濾液通過時會出現連續性滲漏。同時，聚集體還能對裂縫與層理面形成封堵和保護。

超低滲透鉆井液的特點主要是體現在以下幾個方面：因為在巖石中的侵入深度有所限制，有著很低的動慮失性能，能有效防止頁巖受到鉆井液侵入，對頁巖縫隙的封閉可以避免鉆井液對地層的滲透，其慮失量也不是時間的平方根函數；在地層形成的封閉膜會在壓差作用下附著在井壁；滲透率恢復情況在膜可實現有效清除下更加良好，利于提高產能；有著更好的環保性能。

二、超低滲透鉆井液完井液的性能與優點

（一）超低滲透鉆井液完井液的組成

其主要有兩個關鍵產品組成。分別是零濾失井眼穩定劑JYW21和防漏堵漏零濾失井眼穩定劑JYW22。我們通過在水基和油基鉆井液中添加了適量的零濾失井眼穩定劑，這樣就形成了超低滲透鉆井液。其中，JYW21和JYW22的作用機理基本上一致，但是JYW21主要用于中、低孔隙及微裂縫地層，而JYW22主要用于大孔喉及裂縫地層，它們二者主要在用途方面有所不同。零濾失井眼穩定劑組成成分主要包括不溶的金屬氧化物以及部分水溶和全水溶的合成有機聚合物，還有植物衍生物形成的混合物。這使其具有優良的溫度穩定性，經測試抗溫性可達達204℃；可替代其他產品，如部分水解聚丙烯酰胺，SPA，瀝青質，硬瀝青，乙二醇和聚合物絮凝劑；超低滲透鉆井液完井液完全適應于高密度、高溫高壓等苛刻條件，并且超低滲透鉆井液完井液使用起來具有維護簡單，不污染環境的特點。

（二）性能與優點

超低滲透鉆井液完井液具有良好的性能，其在井壁穩定和保護儲層以及防漏堵漏等諸多方面的都有良好表現。超低滲透鉆井在滲入到井壁巖石表面微裂縫或孔喉處時，利用自身獨特的表面化學原理，能夠形成很薄的濾餅，從而實現增大地層破裂壓力的目的。在近幾年以來，我國的各大油田根據自己自身需求進行了一系列的研究與應用。各大油田通過對超低滲透鉆井液完井液的侵入時間、深度、入量，以及對承壓能力和膜密封強度、滲透率恢復值等的多次測定和評價，進一步討論了超低滲透的作用原理，并且通過對溫度、壓力、酸堿值等因素對超低滲透鉆井液的影響的討論。從而得出的究結果表明，一般的常規鉆井液，在經超低滲透處理劑的一系列處理后，可以轉變為超低滲透鉆井液完井液。該超低滲透鉆井液完井液在巖石表面能夠形成一層非常致密的封閉膜，同時能夠十分有效的降低濾失量，從而大量的節省資源。并且通過超低滲透鉆井液完井液對不同孔隙的砂床、巖心和裂縫具有良好的封堵的優良性能，從而可以有效的控制滲透液防漏堵漏。

三、超低滲透鉆井液作用機理

（一）減小儲層傷害和降低慮失的機理

超低滲透鉆井液在鉆井使用中，鉆井液中的聚合物會聚焦而形成可變性的膠束，在其向頁巖滲透的過程中，膠束會在頁巖上迅速鋪開以及在孔喉處形成低滲透封閉膜，能有效防止其鉆井液的滲透。對于因鉆進施工而帶來的頁巖裂縫，超低滲透鉆井液會對裂縫形成填塞，裂縫碎片和孔隙表面會出現一定的張力，張力會隨著孔隙與碎片的減小而加大，在此作用下阻止了鉆井液的進一步慮失。由于超低滲透鉆井液能在通過井壁表面時形成封堵膜，該膜的致密度和無滲透性能對不同地層與微裂縫泥頁巖地層形成有效封堵，井壁外形成的保護層也完全隔離了鉆井液和其他濾液，不會對地層滲透，朝零慮失鉆井靠近，減少了地層內粘土顆粒的轉移，對油氣層形成有效的保護。

（二）提高地層承壓能力的機理

鉆井施工中井壁與鉆具之間形成的摩擦力會通過鉆桿形成過平衡壓力而作用在井壁上，過平衡壓力過大會對井壁造成危害，形成坍塌和鉆井液嚴重漏失的后果，需要對其進行減弱和消除。在超低滲透鉆井液體系中，鉆井液的良好封堵性能可以極大的消除過平衡壓力，避免壓力傳送到地層，從而減少了因過平衡力帶來的鉆桿沖擊而不會出現坍塌和鉆井液嚴重漏失的情況。

（三）消除壓差卡鉆機理

鉆井液液注壓力和地層孔隙壓力之間的差成為壓差，過大的壓差會導致卡鉆。在鉆桿和易滲透地層接觸時，鉆桿會因為鉆井液產生的過平衡壓力而頂靠井壁，發生卡鉆。對壓差卡鉆進行分析，可發現一個重要的因素是鉆井液濾餅的性能，濾餅的加厚會導致鉆桿上泥餅的增加，也增加了與鉆桿的接觸面積，從而更容易發生卡鉆。對于超低滲透鉆井液，巖石表面形成的低滲透屏障保證了鉆井液的慮失量，也減少了濾餅的厚度，組織了壓差向地層的傳遞，大大降低了卡鉆的風險。

（四）堵漏機理

超低滲透鉆井液的膠束可在弱膠結地層的裂縫形成有效屏障的同時，也可通過薄片對液體的吸收而膨脹，對漏失處的封堵材料形成束縛，受到壓力時將顆粒中的濾液擠出，一般封堵材料為去水化，對于漏失處的封堵效果更好。其在鉆井液的脹流星作用下而粘在一起，粘度會隨著流速的增加而增大。在慮失區，鉆井液滲漏到地層后因膨脹劑而停留，形成的架橋封堵可抵抗超過6.895MPa的壓差。對于不同脹流性的鉆井液需要添加不同用量的添加劑。

四、結束語

超低滲透鉆井液完井液技術作為油氣勘探工作中的一項重要技術，在未來必定會大放異彩。即使這項技術在現在還有著不少的缺陷，但經過以后的改進加工之后，這項技術必定成行業中同類技術中的中流砥柱。超低滲透鉆井液完井液技術的優良性也是顯而易見的，如果使用了超低滲透鉆井液完井液技術，就能夠從根源上杜絕油氣儲層損害的發生。所以由此可見，超低滲透鉆井液完井液在未來的油氣勘探技術中將會占到越來越重的地位，換句話來說，超低滲透鉆井液完井液技術的發展前景是很樂觀的。

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