深井鉆井液技術難點分析及對策研究

姜相

（石油大學，四川 成都610500）

1 深井鉆井液技術難點分析

1.1 淺井段井眼大，攜巖困難

鉆井液攜巖效果與環空速度、黏度以及鉆屑的密度、大小和形狀等因素密切相關。根據相關數據顯示，淺井段的井眼相對較大，其環空速度必須大于0.3m/s，但是由于鉆井設備以及鉆井技術等多種因素的影響，在鉆井過程中就會出現環空巖屑濃度過高的現象，進而影響鉆井液的攜巖效果；除此之外，為了有效減少鉆屑密度、大小以及形狀對鉆井液技術的影響，工作人員常常會采用高黏切來進一步提高鉆井液的攜巖能力，但是在實際的操作過程中，這種方法往往會使得鉆屑被大量吸附在井壁上，從而形成一些較小的井眼，引起環空鉆屑量進一步增加，導致出現起下鉆阻卡的現象[1]。與此同時，施工過程中的短程劃眼措施也對鉆井液技術的順利實施造成了一定的障礙，其施工措施不到位，會對井眼的凈化過程產生非常嚴重的影響，進一步阻礙深井施工的正常進行。

1.2 深井段長裸眼井壁易失穩

井眼的穩定是鉆井液技術順利實施的根本保障，也使目前深井作業所面臨的重大難題之一。井眼失穩是造成井下施工事故的重要原因之一，對工程施工的順利進行有很大的影響。就當前的施工現狀來看，井眼失穩現象常常會多次出現在同一口井中，這也是導致深井作業時發生埋鉆、卡鉆以及長井段劃眼等事故的重要原因之一。井眼失穩的主要原因在于井壁力學的不穩定性。由于施工現場地質原因的影響，當井壁巖石側應力大于鉆井液的液柱壓力時，其井壁出現掉塊坍塌的可能性就會進一步增大，嚴重情況下甚至會出現卡鉆等井下復雜事故，為深井施工的順利進行造成了巨大的阻礙。此外，井壁的化學成分不穩定也是深井鉆井液技術的重要難點之一，鉆井地質主要是由伊利石或者伊/蒙混石所構成，其亞甲基藍吸附量相對較低，陽離子交換容量顯著不足。二者的不均勻膨脹會產生一定的膨脹壓力，當這種膨脹壓力超過巖石的最大承載力時，井壁就會出現失穩及垮塌現象。

1.3 深井高溫高密度鉆井液性能調控困難

受深井自身環境的影響，井下的溫度一般處于120-150℃，其井下壓力也相對較高，鉆井液密度一般處于1.80-2.20g/cm3，高溫以及高密度的井下環境也進一步增加鉆井液性能調控的難度；此外，黏度以及切力的控制相對較難，固相體積的流動性較差，重漿長期反復使用，鉆屑污染較為嚴重；鉆井液老化、增稠和固化，地層壓力在同一井段上升較快，導致鉆井液密度在較短時間內被大幅度提高，引起其性能的劇烈波動，以上這些因素都會嚴重影響鉆井液的類型選擇、濃度配制、流性控制以及性能維護，對深井鉆井液技術的實踐操作造成了很大的阻礙，進一步加大鉆井液性能調控的難度[2]。

1.4 漏失層段多且分布廣

由于地層裂縫以及斷層發育等多種因素的影響，進一步增加了深井作業時井漏的發生概率。根據相關數據顯示，深井的每個地下層段都存在漏失層，且漏失層的分布較為廣泛，這些原因都會在一定程度上導致井漏事故的發生，從而造成人員以及經濟的損失。除此之外，地下環境的壓力往往高于地表部分，裂縫性的高壓氣藏往往會導致深井作業時出現井噴現象，再加上其漏失安全密度窗口相對較窄，就會進一步加大安全鉆井液密度窗口選擇的難度。

2 深井鉆井液技術對策研究

2.1 根據地質情況選擇深井鉆井液體系

在深井鉆井液的選擇過程中，我們要充分考慮施工現場的地質環境以及鉆井技術，并以此為基礎選擇適宜該地區自身特定的深井鉆井液體系，從而為提高施工的安全系數奠定夯實的基礎。比如，對于低密度、低固相以及低黏切的鉆井液，我們要進一步提高淺層鉆井速度；對于井壁易失穩的井段，我們在選擇強包被、強抑制、強封堵鉆井液體系的同時，也要根據施工現場的實際情況，加入適量的多種包被劑以及瀝青類防塌劑等強氧化抑制劑，有效降低深井井漏的發生概率；此外，我們還要根據施工現場的實際情況，使用復合原油以及高效潤滑劑來提高鉆井液的防卡能力；使用水包油聚磺體系提高混油量與抗高溫潤滑劑的加量，采用細顆粒高酸溶解材料來進行有效地防漏；使用無黏土相聚合物體系來提高中淺層鉆井速度，加入無機剛性封堵劑來有效增強其封堵性，加強對泥頁巖表面涂敷工作以及縫隙的封堵工作，從而有效防止井壁失穩現象的發生[3]。

2.2 優化控制深井鉆井液流變性

由于深井層高溫高壓的內在特性，因此在施工過程中，我們要選擇適宜的抗高溫處理劑，不斷優化加重劑顆粒級配，并采取相應的措施將膨潤土含量控制在科學合理的范圍之內，從而有效控制深井鉆井液的流變性。其一，我們要根據深井的實際情況，選擇能夠適應深井高溫高密度鉆井液的高效稀釋劑，從而有效拆解流體的凝膠結構，有效控制其屈服值，并防止其切力升高的現象發生，使其PH 能夠保持在8.5～10 之間；其二，為了有效提高深井高溫高密度鉆井液性能的穩定性，我們必須采取相應的措施，將膨潤土的含量控制在合理的范圍之內，提高其上下限之間的差值，為有效控制鉆井液的流變性打下夯實的基礎，另外我們還要充分利用化學絮凝以及固控設備，將超細微固體顆粒清除干凈，將其固相體積分數也控制在合理的范圍之內；其三，在施工過程中，我們要綜合檢測深井鉆井液性能的高溫穩定性，在此過程中，我們可以根據深井內部實際情況，采用API 標準來測定井口的常規性能，根據相應的數據、理論體系以及施工作業的現場條件，來對鉆井液體系熱穩定性做出合理的判斷；也可以采用HTHP 流變儀以及失水儀來測定其高溫高壓性能，從而為深井鉆井液的設計以及應用提供科學的數據指導，為正確處理井下情況提供良好的保障[4]。在深井施工過程中，我們要切實做好以上工作，從而為不斷優化控制深井鉆井液的流變性奠定夯實的基礎。

2.3 預防并處理井眼失穩現象

在預防和處理井眼失穩情況的過程中，我們首先要確定合理的鉆井液密度。在鉆井的施工過程中，工作人員要充分考慮力學的內在規律，通過科學合理的鉆井液密度來達到平衡地層坍塌壓力的目的，采用增加徑向支撐力等方法來使得井壁具備一定的穩定性。與此同時，我們還要做好地層壓力的實時監測工作，從而根據地層壓力的變化來不斷調整鉆井液的密度。其次，工作人員要不斷強化鉆井液的封堵防塌能力。我們可以通過添加裂縫暫堵劑以及乳化石蠟的方法來進行物理封堵，也可以選用多元醇的方法對其進行化學封堵，從而有效降低鉆井液的濾液滲入程度，達到提高其地層的承壓能力。最后，在操作過程中，工作人員要嚴格執行相關的操作規程，并結合自身的工作經驗，切實做好井眼失穩現象的防范處理工作。在具體的施工操作中，相關人員要控制起下鉆的速度，減小壓力對于井壁的影響，從而有效避免井眼失穩的現象發生。當井眼失穩現象發生以后，工作人員在保持冷靜的同時，要通過適宜的方法開泵建立循環模式，通過提高鉆井液的黏度和切力等方法，將井內的塌陷物及時清理出來，從而有效防止井壁出現再一次的坍塌。

2.4 預防和處理井漏和卡鉆

對于淺井層出現的井漏現象，我們可以針對經常出現的位置采用高膨潤土含量以及高黏切度的鉆井液，以保證其可以快速鉆入，從而有效防止井漏事故的發生。由于斷層裂縫發育以及密度過高所造成的井漏，我們應該采取適宜的措施嚴格控制鉆井液的密度，使其能夠保持一個較好的流動狀態，從而有效平衡其壓力系統。除此之外，我們還可以采用高酸溶、高抗壓等方式來快速恢復裂縫性井漏，對于淺表層近段的漏失現象，提高黏切并降低泵的使用速度，或者用不同粒徑的高效堵漏劑加上棉籽殼，都是行之有效的堵漏方式。

結束語

由于地質構造以及施工環境的影響，目前我國的鉆井液技術正在面臨一些嚴峻的挑戰，主要表現為淺井段井眼大攜巖困難，深井段長裸眼井壁易失穩，深井高溫高密度鉆井液性能調控困難以及漏失層段多且分布廣。因此在具體的施工過程中，工作人員要結合施工現場的地質環境，不斷強化對井下復雜情況的預防工作，并對已出現的問題進行及時高效的補救，從而有效防止損失及事故的進一步擴大化。