水平井防坍塌鉆井液技術及應用

薛森

摘 要：在油氣井水平井鉆井施工過程中，隨著井下地質狀況的變化使得井壁塌陷問題也越來越嚴重的，如何保證水平井鉆井施工過程中的井壁的穩定性就成為了目前鉆井行業亟待解決的問題。充分保證井壁穩定不僅可能實現對水平井鉆井施工成本的有效控制，同時也能充分保證鉆井的施工順利進行。在水平井鉆井施工過程中充分鉆井液的主要作用就是防止井壁出現塌陷并充分保證井壁巖石出現水化現象，因此保證防坍塌鉆井液的質量是保證井壁穩定的基本前提。

關鍵詞：水平井；鉆井；井壁穩定性；防坍塌鉆井液；抑制劑

1 防坍塌鉆井液概述

在水平井鉆井施工過程中，經常會出現井壁不穩定的情況，尤其是進行深井、超深井以及勘探井的水平井鉆井施工過程中，由于井眼不穩定而導致產生劃眼、卡鉆等事故，甚至會造成鉆采井出現報廢等狀況，給石油企業帶來了巨大的經濟損失。根據相關資料統計表明，

在水平井鉆井施工過程中由于井壁不穩定而導致的經濟損失達到了水平井鉆井施工整體成本的10%左右，井壁不穩定已經嚴重影像了鉆井企業的綜合經濟效益。因此，在現代水平井鉆井施工過程中，防坍塌鉆井液機成為了一項非常重要的研究課題。防坍塌鉆井液在水平井鉆井施工過程中是保證井壁穩定性的主要因素，目前在水平井鉆井施工過程中應用比較廣泛的防坍塌鉆井液主要仍然是傳統細分散淡水鉆井液，但是這種鉆井液不僅品種較少，而且對井壁穩定性的提升效果也不明顯，必須要研制出具備較好防坍塌效果、對環境無污染且抑制性能較好的防坍塌鉆井液來解決當前水平井鉆井施工中的井壁坍塌問題。在水平井鉆井施工領域研發出來的新型的防坍塌鉆井液主要有陽離子聚合物鉆井液、聚合物 -KCI 鉆井液等。

2 井壁的不穩定因素

井壁不穩定主要由于在水平井鉆井施工過程中鉆井液與井下泥頁巖以及地質環境之間發生相互作用、鉆井過程中水平井鉆井施工操作不規范造成的，井壁不穩定目前水平井鉆井施工領域遇到的共性問題，也是一個非常難解決的問題。鑒于此，必須要加強對井壁穩定機理的相關研究，這樣才能有效突破井壁穩定技術發展核心，將這對井壁穩定技術的研發核心放在提升鉆井液的綜合性能以及環境保護等方面。在水平井鉆井施工過程中能夠造成井壁

不穩定的因素主要有以下一些 ：第一是井下地層的力學性能不穩定 ；第二時段井下地層在遇到水后產生不穩定現象 ；第三時段在水平井鉆井施工造成的影響。地層的力學性能不穩定主要指的是地層由于受到地質構造以及地質成因從而受到擠壓導致地層內部出現受力不均勻的現象，從而造成了井壁出現掉塊或者坍塌的現象。要想有效解決地層力學性能不穩定引起井壁不穩定問題就必須要不斷提升鉆井液的封堵性能以及密度，這樣才能有效起到維持地應力平衡、提升鉆井液攜砂能力以及懸砂能力的作用，同時還必須要求鉆井液要具備較

好的高溫流變性。地層在遇水產生不穩定從而引起井壁坍塌的問題主要指的是由于水對地層巖石的沖刷從而使得地層出現水解現象，進而引起井壁出現風化、松軟、剝落等現象，當水平井鉆井施工過程中鉆頭鉆遇該地層的時候就會導致鉆孔超徑、縮徑甚至出現堵塞等現象。

這一問題的有效解決必須要的依賴綜合性能較高的鉆井液，在進行鉆井液設計的時候要充分對鉆井液力學性能以及井壁穩定的化學作用進行充分考慮，并實現對上述兩種作用的有機結合。水平井鉆井施工導致井壁坍塌主要指的是由于水平井鉆井施工操作失誤而造成地層壓

裂、井下壓力激增從而引起井壁巖層出現坍塌現象。要想提升水平井鉆井施工過程中井壁的穩定性就必須要進一步提升業液柱的壓力、實現對底層礦物的水化分散性的有效控制、有效降低地層的坍塌壓力。目前在水平井鉆井施工領域用于維持井壁穩定性的主要方法有干性堵漏材料 - 鉆孔堵漏片、套管護孔、瀝青材料和脈醛樹脂水泥球等幾種方法。針對井壁不穩定的主要技術措施有以下兩種，第一是在水平井鉆井施工過程中有效應用優質的防塌鉆井液

抑制劑來達到放置地層出現坍塌或者水化的現象 ；第二是合理調整鉆井液的密度，因此來達到提升井壁力學性能的效果。

3 防坍塌鉆井液和防坍塌抑制劑

目前在油田水平井鉆井施工中應用防坍塌抑制劑的種類有很多，而種類劃分方式不同以及防坍塌抑制劑種類的不同防坍塌抑制劑的種類也不同，如果按照坍塌劑的作用來進行劃分，可以將防坍塌抑制劑劃分為兩大類，第一是用來增加地底各種礦物質之間粘合力的鉆共劑，具體主要有化膠結性防塌劑以及僑聯型化學防塌劑兩種。第二是用來環節或者防止井筒內的水通過井眼流向井底，避免地層中巖石遇水后發生水化作用的防塌劑，具體主要包括封堵性防塌劑、低水化能型防塌劑等。造成井壁不穩定問題的原因主要有以下幾個 ：第一使得水通過井眼流到了地層中，并與地層中的粘土結合發生相互作用，從而是的地層粘土相互之間的膠結作用遭到破壞，造成地層中巖石發生了水化現象 ；第二是在水平井鉆井施工過程中鉆頭鉆進到地層中的巖石后，導致地層中孔隙壓力增加，使得地層中巖石之間的結合力下降，導致地層的強度以及力學性能下降。針對這種情況主要解決措施就是有以下幾種 ：首先是要合理的應用性能較好的鉆井液來增強地層中巖石之間膠結力，避免巖石在與水的長期基礎過程中出現水化現象，其次是要避免水從井眼位置進入地層中，并最大程度減少水與地質巖石接觸的時間，最大程度減少水與底層的接觸面積。如果按照防塌劑的作用可以將其分為兩種類型，第一是放置水通過井眼進入到地層中，導致地層中巖石發生水化的防塌劑 ；第二是有效增加地層中巖石之間的膠結力的防塌劑。

4 防塌鉆井液體系性能評價及現場應用

在水平井鉆井施工過程中，針對不同地質情況要采取不同的鉆井技術，但是鉆井液的合理應用能夠有效降低水平井鉆井施工成本，但是，在使用鉆井液的同時也要多注意盡量避免出現鉆井液傷害儲層的現象出現。在對陽離子聚合物以及兩性復合離子聚合物進行對比分析后發現，在清水環境下陽離子聚合物能夠有效抑制巖石發生水解現象，是抑制劑的最佳選擇。但是兩性復合離子聚合物在提升膨潤土黏度等方面的效果要比陽離子聚合物好的多，因此，將其最為增稠劑是一種更好的選擇。經過研究發現黏土的類型、地層流體的性質以及儲集層的滲透到率等都對井下巖層的損害有一定的影響，因此，在水平井鉆井施工過程中要盡量使用失水性低、固相較低、密度降低的鉆井液，這樣才能有效降低鉆井液對巖層的傷害。在大量的試驗中發現硅基陽離子不僅流變性、抑制性比較強，而且潤滑性能也比較強，在水平井鉆井施工中的應用能夠有效維持井壁的穩定、避免出現卡鉆等作用，并能有效井下井眼，降低濾失，達到保護儲層的目的。

參考文獻：

[1] 深層水平井鉆井液技術難點及設計方案研究[J]. 鄧興強.西部探礦工程.2019（06）