鉆井液對(duì)鉆進(jìn)施工作業(yè)中的影響分析

程相東

摘 要：鉆井液在提高鉆進(jìn)施工作業(yè)中有著獨(dú)特的地位和作用，鉆井液的類型和性能等是直接影響鉆井速度和成本的重要因素，了解掌握鉆井液對(duì)鉆井效率的影響具有很好的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：鉆井液;鉆進(jìn);作業(yè);影響;分析

一、鉆井液的迅速發(fā)展

鉆井液在鉆井作業(yè)和保護(hù)油氣層中起到的作用和各方面對(duì)鉆井液的嚴(yán)格要求，促使鉆井液技術(shù)取得了迅速的發(fā)展。經(jīng)過多年的科研開發(fā)和生產(chǎn)實(shí)踐，鉆井液已從僅滿足鉆頭鉆進(jìn)發(fā)展到適應(yīng)各方面需求的鉆井液體系。例如為快速鉆井服務(wù)的低粘度、低摩擦、低固相的聚合物鉆井液，防卡鉆井液，針對(duì)巖石特點(diǎn)的防塌鉆井液，鉆鹽巖層的飽和鹽水鉆井液，保護(hù)油氣層的低密度水包油鉆井液，防堵塞油氣通道的油基鉆井液和開發(fā)低壓油氣田的泡沫鉆井液等。形成了較為完整的鉆井液體系。

1、鉆井液的類型及組成。

如今優(yōu)質(zhì)的鉆井液已不是由一兩種材料（例如膨潤土，俗稱搬土）配制的，保持鉆井液的性能要依靠加入各種處理劑。例如鉆井液潤滑劑、高溫穩(wěn)定劑、防塌處理劑和防卡處理劑等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，處理劑系列等，已發(fā)展到10余類200多種，形成油田化學(xué)的一個(gè)重要分支。

為清除鉆井液中的固相顆粒，鉆井液中的固相顆粒處理系統(tǒng)已經(jīng)得到了加強(qiáng)和改進(jìn)。鉆井液中的固相顆粒像鉆屑、重晶石等，使鉆井液的流動(dòng)性能變壞，不但破壞了鉆井液性能的穩(wěn)定，而且增大了循環(huán)系統(tǒng)的摩擦力，使設(shè)備過早磨損。清除鉆井液中固體含量的主要方法是加強(qiáng)振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率，采用增加篩網(wǎng)的目數(shù)和雙層篩網(wǎng)，提高除砂器、除泥器的除砂效率。另外，有時(shí)還用增設(shè)分離器來清除鉆井液中的微細(xì)顆粒。

2、鉆井液按分散介質(zhì)（連續(xù)相）可分為水基鉆井液、油基鉆井液、氣體型鉆井流體等。

鉆井液主要由液相、固相和化學(xué)處理劑組成。液相可以是水（淡水、鹽水）、油（原油、柴油）或乳狀液（混油乳化液和反相乳化液）。固相包括有用固相（膨潤土、加重材料）和無用固相（巖石）。化學(xué)處理劑包括無機(jī)、有機(jī)及高分子化合物。

（1）水基鉆井液。水基鉆井液是一種以水為分散介質(zhì)，以粘土（膨潤土）、加重劑及各種化學(xué)處理劑為分散相的溶膠懸浮體混合體系。其主要組成是水、粘土、加重劑和各種化學(xué)處理劑等。水基鉆井液基本經(jīng)歷了五個(gè)階段，一是天然鉆井液;二是細(xì)分散鉆井液;三是粗分散鉆井液;四是不分散低固相鉆井液;五是無固相鉆井液和聚合物鉆井液階段等。

水基鉆井液還可分為：1）淡水鉆井液。氯化鈉含量低于10mg/cm³，鈣離子含量低于0.12mg/cm³2）鹽水鉆井液（包括海水及咸水鉆井液）。氯化鈉含量高于10mg/cm³3）鈣處理鉆井液。鈣離子含量低于0.12mg/cm³4）飽和鹽水鉆井液。含有一種或多種可溶性鹽的飽和溶液;5）混合乳化（水包油）鉆井液。含有3%-40%乳化油類的水基鉆井液;6）不分散低固相聚合物鉆井液。固相含量低于4%，含有適量聚合物;7）鉀基鉆井液。氯化鉀含量高于3%。1978年以來開始在我國鉆井現(xiàn)場使用;8）聚合物鉆井液。它是以聚合物為主體，配以降粘劑，降濾失劑、防塌劑和潤滑劑等多種化學(xué)處理劑所組成的鉆井液。包括陽離子聚合物鉆井液、兩性離子聚合物鉆井液、全陽離子聚合物鉆井液、深井聚合物鉆井液和正電膠鉆井液等。

3、鉆井液固控設(shè)備。越來越多的鉆井隊(duì)在換用大型鉆機(jī)并使用固控系統(tǒng)。但固控系統(tǒng)不適用于高粘度鉆井液。高粘度鉆井液不像低粘度鉆井液那樣容易過篩，高粘度鉆井液能使鉆井液堵塞鉆井液篩而造成漫篩。另外，對(duì)水力旋流器（除砂器、除泥器等）的尺寸要求也增大了。

倒劃眼時(shí)要泵入更多的鉆井液，理由是較大的鉆機(jī)要使用較大的鉆井液泵。倒劃眼要產(chǎn)生更多的固相，如果沒有大泵要使用低粘度鉆井液。往鉆井液體系中加水，稀釋作用可增加分離設(shè)備的效率?？商砑尤魏我环N稀釋劑來稀釋鉆井液，用任何攪拌器來混合鉆井液添加劑，這樣就可能保證鉆井液穩(wěn)定通過固控設(shè)備。

在使用某些聚合物添加劑時(shí)，如果使用固控設(shè)備，混合不當(dāng)或在高濃度下能發(fā)生問題。PHPA聚合物可包被作用而堵塞網(wǎng)篩的孔眼，這到不是說不能使用這種添加劑，而是說要注意加入聚合物的方法，在固控設(shè)備前方不要加入任何種類的鉆井液添加劑。

二、有機(jī)鹽鉆井液技術(shù)

有機(jī)鹽即有機(jī)酸鹽，也就是有機(jī)酸根陰離子與金屬陽離子、其它類型的陽離子所形成的鹽。

這里說的有機(jī)鹽是帶雜原子取代基的有機(jī)酸根陰離子與一價(jià)金屬離子（鉀離子、鈉離子、銨離子、叔銨離子、季銨離子等）所形成的鹽。該類有機(jī)鹽可用一通式XmRn（COO）lMq表示，其中X為雜原子及雜原子基團(tuán)，R為C0-C10的飽和烴基，COO為羧基，M為一價(jià)陽離子。其結(jié)構(gòu)式可表示如下：

有機(jī)鹽鉆井液由有機(jī)鹽水溶性加重劑Weigh2、Weigh3，降濾失劑Redu 1、Redu2、提切劑Visco1、Visco2、無螢光白瀝青NFA-25、包被劑IND10配制而成。其中，IND10是專門用于含低濃度有機(jī)鹽（<15%）鉆井液的處理劑。

提切劑Visco1是硅酸鹽礦物的改性產(chǎn)品，可用通式M1aM2bM3c（OH）dOe表示，M1、M2、為2、3價(jià)金屬元素、M3為4價(jià)非金屬元素。提切劑Visco2是含磺酸基的聚合物經(jīng)微交聯(lián)合成的高分子化合物。降濾失劑Redu 1是含磺酸基的乙烯基單體、乙烯基單體與纖維素等接枝共聚而成的中小分子量聚合物。 降濾失劑Redu 2是含磺酸基的乙烯基單體、乙烯基單體共聚而成的中小分子量聚合物。

包被劑IND10是乙烯基單體、含磺酸基的乙烯基單體共聚而成的較高分子量的聚合物。

三、鉆井液中產(chǎn)生泡沫的原因及處理

鉆井過程中，要用鉆井液泵將鉆井液沿鉆桿的空心打到鉆井桿底部的鉆頭上，再由鉆桿與井壁的空隙返回地面，返回的同時(shí)將鉆下的巖屑攜帶上來，在鉆井液池中巖屑發(fā)生沉淀后，干凈的鉆井液再循環(huán)使用。鉆井液的作用分為兩個(gè)方面：

一是靠前，攜帶巖屑，冷卻鉆頭，潤滑鉆桿，保護(hù)井壁;二是平衡地層壓力，這是鉆井液的主要作用。當(dāng)油層被打開時(shí)，油層內(nèi)的油氣壓力與井筒內(nèi)鉆井液柱的壓力出現(xiàn)相互制約的關(guān)系。

鉆井過程中的泡沫產(chǎn)生途徑主要有以下幾種途徑：

1、在地層中天然氣溢出時(shí)，使鉆井液產(chǎn)生泡沫，鉆井液中的表面活性劑有穩(wěn)泡作用，使得鉆井液產(chǎn)生的泡沫來不及破滅，而又循環(huán)到井中;

2、表面活性劑過多;

3、由處理劑受高溫分解或發(fā)酵生成的氣體產(chǎn)生的泡沫;

4、實(shí)際過程中由于攪拌而卷入的空氣。泡沫過多會(huì)影響鉆井液懸浮體系的穩(wěn)定性，甚至使鉆井液相對(duì)密度減小，有時(shí)壓不住井噴。

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（作者單位：中石化中原石油工程有限公司技術(shù)公司）