深井鉆井對鉆井液的影響

楊濤

摘 要：隨著石油勘探領(lǐng)域不斷向深井、超深井及復(fù)雜地層拓展，井下溫度和壓力也是逐漸增大，還時(shí)常鉆遇巖鹽層或鹽水層。鉆井液的濾失量增加，侵入地層會引起泥頁巖水化膨脹，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定和各種井下復(fù)雜情況，當(dāng)鉆遇產(chǎn)層時(shí)還會造成油氣層損害。在高溫、高壓、高鹽度情況下，為滿足正常鉆井的需要，需加強(qiáng)降失水劑的抗溫、抗鹽特性研究應(yīng)用。利用現(xiàn)場采集常用的深井鉆井液降失水劑，按照實(shí)際的鉆井工藝過程，應(yīng)用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)儀器和采取正確的實(shí)驗(yàn)思路、方案，記錄分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尋找現(xiàn)有降失水劑的抗鹽特性規(guī)律。為選擇恰當(dāng)鉆井液降失水劑提供相關(guān)參考及建議，對深井下安全和順利地打過地層深部的巖鹽層和鹽水層具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：石油勘探 深井

1 深井的特點(diǎn)[1]

①井越深，井下溫度壓力越高，鉆井中泥漿在井下停留和循環(huán)的時(shí)間越長。泥漿在低溫條件下不易發(fā)生的變化﹑不明顯的作用和不劇烈的反應(yīng)都會因深井高溫的作用而變得易發(fā)和敏感，從而使得深井泥漿的性能變化和穩(wěn)定性成為一個(gè)突出的問題，而且井越深，井下的溫度越高，問題就越突出。

②深井鉆井裸眼長，地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，泥漿密度的合理確定和控制則更加困難，且使用重泥漿時(shí)，壓差大因而經(jīng)常出現(xiàn)井漏、井噴、壓差卡鉆以及由此而帶來的井下復(fù)雜問題，從而成為深井泥漿工藝技術(shù)的難點(diǎn)之一。

③深井鉆井遇到的地層多而復(fù)雜，地層中的油、氣、水、鹽、粘土等的污染可能增大，且因高溫作用對泥漿體系的影響而加劇，從而增加了泥漿體系抗污的技術(shù)難度。

④泥漿對深部油層的損害，因高溫而加劇，從而對打開油層鉆井完井液的技術(shù)要求更加嚴(yán)格。

⑤淺井已取得成效的各種先進(jìn)鉆井工藝技術(shù)及先進(jìn)工具，在深井井段應(yīng)用受到很大的限制。因此，在深井井段（特別在重泥漿的情況下）如何應(yīng)用各種先進(jìn)的鉆井技術(shù)以提高深井鉆井速度和保證井下安全，提高鉆井效益，至今仍是國內(nèi)外鉆井﹑泥漿技術(shù)界的一個(gè)攻關(guān)內(nèi)容。

⑥井深起下鉆作用時(shí)間長，各種與泥漿性能有關(guān)的的井下事故更容易誘發(fā)和惡化。因此，必須對泥漿性能有更高的要求。

⑦泥漿對鉆具的腐蝕因高溫而加劇。

2 鉆井液性能的影響及要求

目前我國主要使用水基鉆井液于深井和超深井鉆探，國內(nèi)外大多使用磺化鉆井液及聚合磺化鉆井液，其抗高溫能力不強(qiáng)，一般不超過180℃，所以加入各種處理劑以用于提高抗溫能力。高溫對鉆井液的影響主要有以下幾點(diǎn)：

①鉆井實(shí)踐表明，鉆井液的性能對于確保深井和超深井的安全、快速鉆進(jìn)起著十分關(guān)鍵的作用。常用的深井鉆井液有水基和油基鉆井液兩大類，目前國內(nèi)主要使用水基鉆井液于鉆深井和超深井。油基鉆井液雖然具有能抗高溫、抗鹽鈣侵、有利于井壁穩(wěn)定、潤滑性好和對油氣層損害程度較小等多種優(yōu)點(diǎn)，但是，油基鉆井液的配制成本比水基鉆井液高得多，使用時(shí)往往會對井場附近的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。與油基鉆井液相比，深井、超深井水基鉆井液具有成本低、鉆速快、對環(huán)境污染小、維護(hù)處理簡單等優(yōu)點(diǎn)。

另外，由于水基鉆井液的連續(xù)相水是壓力不敏感物質(zhì)，因此在高壓下它的體積變化很小，因此壓力對水基鉆井液體系各種性能的影響很小，幾乎可以忽略，所以如果使用水基鉆井液，則在實(shí)際工作中，就可以少考慮壓力這一因素對鉆井液性能的影響。

②隨著溫度的增加，鉆井液的各種性能都會隨之而發(fā)生改變。一般而言，升溫使鉆井液的造壁性能變壞，即泥餅變厚，滲透性變大，濾失量增高[4]。

高溫對鉆井液流變性的影響比較復(fù)雜，其影響情況可根據(jù)粘度與溫度的關(guān)系分為三種形式。

第一種是粘度隨著溫度的升高反而降低。它屬于抗溫能力較強(qiáng)但粘土含量較低的分散鉆井液。這類鉆井液流變性的構(gòu)成中，非結(jié)構(gòu)粘度所占的比重大于結(jié)構(gòu)粘度。而聚結(jié)性強(qiáng)、粘土含量高的鉆井液，它的粘度反應(yīng)為第二種形式，即粘度隨著溫度升高而增大。此種鉆井液的結(jié)構(gòu)很強(qiáng)（包括“卡片房子結(jié)構(gòu)”和聚合物—粘土粒子的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)），大大超過塑性粘度對于粘度的貢獻(xiàn)。

各類水基鉆井液在較寬的溫度范圍內(nèi)（常溫—高溫）普遍表現(xiàn)為隨溫度的升高粘度先降低再增大的第三種趨勢。研究表明，這種因溫度而變化的性質(zhì)有可能是可逆的。因此，它能較好地反映鉆井液使用中從井口—井底—井口的循環(huán)過程中鉆井液性能的實(shí)際變化情況。

③高溫對水基鉆井液的影響十分明顯并且非常復(fù)雜。一般認(rèn)為這是高溫引起鉆井液組分的變化和影響各組分間的化學(xué)及物理化學(xué)作用的結(jié)果，其中，高溫對鉆井液中粘土的作用是基礎(chǔ)，對處理劑的作用是關(guān)鍵。

隨著鉆井的深度的增加，井下的溫度、地層壓力也逐漸增大，鉆進(jìn)井段長而且有大段裸眼，還要鉆穿許多復(fù)雜地層。這給鉆井液性能的穩(wěn)定帶來很大的麻煩，高溫高壓主要會使鉆井液處理劑的分子結(jié)構(gòu)以及其物理化學(xué)性質(zhì)帶來巨大的變化，并且高溫會降低鉆井液的熱穩(wěn)定性，從而使鉆井液失去原來的性能。這種情況下，發(fā)生壓差卡鉆及井漏、井噴等井下復(fù)雜情況的可能性大大加大，欲保持鉆井液良好的流變性和較低的濾失量亦會更加困難。此時(shí)使用常規(guī)鉆井液已無法滿足鉆井工程的要求，而必須使用具有以下特點(diǎn)的深井鉆井液[2]。

①具有抗高溫能力。這就要求在進(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí)，必須優(yōu)先選出各種能抗溫的處理劑。例如，褐煤類產(chǎn)品（抗溫204℃）就比木質(zhì)素類產(chǎn)品（抗溫170℃）有更高的抗溫能力。

②在高溫條件下對粘土的水化分散具有較強(qiáng)的抑制能力。在有機(jī)聚合物處理劑中，陽離子聚合物就比帶有羧鈉基的陰離子聚合物具有更強(qiáng)的抑制性。

③具有良好的高溫流變性。在高溫下能保證鉆井液具有很好的流動性和攜帶、懸浮巖屑的能力至關(guān)重要。對深井加重鉆井液，尤其是加強(qiáng)固控，并控制膨潤土含量以避免高溫增稠。當(dāng)鉆井液密度達(dá)到在2.0 g/cm3以上時(shí)，膨潤土含量更應(yīng)嚴(yán)格控制。必要時(shí)可通過加入生物聚合物等改進(jìn)流行，提高攜帶能力；加入抗高溫的稀釋劑控制靜切力。

④具有良好的潤滑性。當(dāng)固相含量很高時(shí)，防止卡鉆尤為重要。此時(shí)可通過加入抗高溫的液體或固體潤滑劑，以及混油等措施來降低摩阻。

參考文獻(xiàn)

[1]馬開華，劉修善.深井超深井鉆井新技術(shù)研究與應(yīng)用[M].中國石化出版社.2005，10

[2]徐同臺，陳樂亮，羅亞平.深井泥漿[M].石油工業(yè)出版社.1994，12