探析鉆井液性能對井壁穩定性的影響

摘要：在鉆井施工中，鉆井液性能的好壞直接關系到鉆井施工能否順利進行。井壁失穩容易導致井壁垮塌、縮徑和地層破裂等一系列問題，因此，保持井壁穩定十分重要。本文主要對鉆井過程中，井壁失穩的危害進行了分析，從鉆井液密度、抑制性 、慮失量和固相等方面對鉆井液性能進行了闡述，探討了鉆井液性能對鉆井液井壁穩定性的影響。

關鍵詞：鉆井液;性能;井壁;穩定性;影響

在鉆井過程中，井壁失穩會導致井壁垮塌和縮徑等事故的產生。首先，井壁垮塌會導致泵壓失去穩定性，出現嚴重的憋泵問題，從而導致地面設備被損壞。在井壁出現垮塌問題之后，會導致鉆桿扭矩增加，在扭矩不斷增加且達到一定數值后，會出現比較嚴重的卡鉆問題，從而增加鉆井作業風險。其次，如果出現了嚴重的井壁 垮塌問題，則鉆井過程中產生的巖屑將會進入到鉆井液中，進而使得鉆井液的性能下降。當出現縮徑問題時，很容易出現憋鉆、轉盤及頂驅負荷增加等一系列問題，嚴重者甚至會導致鉆具轉動困難，最終可能會發生卡鉆問題。

因此，防止井壁失穩問題的出現對于油氣田企業而言十分重要。

1鉆井液性能

1.1密度

鉆井液密度是鉆井液最基本的性能之一。鉆井液密度的高低，與穩定井壁、平衡地層壓力有著非常重要的關系。因此，鉆井液密度的合理確定是保證安全鉆井的重要前提。在進行鉆井液密度確定的過程中，要根據區塊已鉆井實測的地層孔隙壓力、破裂壓力和坍塌壓力來進行，保證鉆井過程中地層既不能被壓漏，也不能發生油氣侵。另外，在鉆井過程中，鉆井液對井下破碎的巖屑起到壓持的作用，因此，為了避免鉆頭重復破碎巖屑，提高機械鉆速，在保證井下安全的情況下，要盡量降低鉆井液的密度。

1.2慮失量

鉆井液的慮失量也是鉆井液非常重要的一項性能，在進行鉆井液設計和現場應用的過程中，總是過分的強調慮失量，但是無論如何強調鉆井液的慮失量，對于水基鉆井液而言，慮失量總是存在的，要想將慮失量降到最低，就需要加入大量的處理劑來實現，從而增加了鉆井液的處理成本。因此，對于慮失量要進行綜合考慮，根據不同地區的地層情況，在保證井眼穩定的前提下，合理調整鉆井液的慮失量。

1.3固相

鉆井液的固相控制是特別關鍵的一項指標，特別是在應用低密度鉆井液體系下，固相控制更加重要。在相同的條件下，低密度鉆井液體系中固相含量控制的越低，鉆井液中的內摩擦阻力就會越小，有利于降低能量損耗，從而提高鉆井液在高溫、高壓地層應用中的穩定性和抗污染性的能力 。

1.4抑制性

鉆井液的抑制性對井壁穩定和鉆井液的整體性能都至關重要。就目前的水基 鉆井液而言，沒有一種鉆井液能夠達到抑制性最好的，在以往的鉆井液中加人無機鹽會使鉆井液的抑制性增強，但是加量卻很大，這不僅增加了處理劑的成本，同時也使鉆井液的其他性能發生了變化，導致鉆井液性能不穩定。近年來，在鉆井液中加人聚合物提高了鉆井液的抑制性，由于聚合物具有加人量小，對其他性能影響和作用周期長等特點，在鉆井中廣泛應用。

2鉆井液性能對井壁穩定性的影響

2.1 化學物質的影響

（1）鹽類的影響。對井壁穩定性具有影響的鹽類主要包括硅酸鹽、鉀鹽、鈉鹽以及鈣鹽與鋁鹽等。對于硅酸鹽而言，地層中的硅酸鹽可以在某些孔隙位置處產生不溶的沉淀物，進而使得地層中的孔隙被堵塞，濾液將無法進入到地層之中，在開展壓力穿透作業過程中也很難得到比較理想的效果，可以有效避免井漏及井壁垮塌等問題出現。對于鉀鹽而言，如果鉆井液中含有鉀鹽，則會使得地層中蒙脫石的膨脹壓力嚴重下降，鉀鹽中的晶格結構也會使得黏土的水化膨脹作用嚴重下降，因此，鉀鹽的存在可以發揮穩定井壁的作用。對于鈉鹽而言，盡管鈉鹽的抑制性弱于鉀鹽，但是由于鈉鹽的溶解度相對較高，因此，使用含有鈉鹽的鉆井液可以降低侵入到地層中的濾液量，這對于防止井壁垮塌問題十分有利。但是，如果地層中含有伊利石，此時如果鈉鹽的含量相對較大，則會使得伊利石的水化能力增加，這對于井壁的穩定性十分不利，載這種情況下，將鈉鹽和鉀鹽共同使用會取得較好的效果。（2）聚合物的影響。如果鉆井液中的聚合物具有很好的分子結構和較強的展開能力，則會使得地層中黏土顆粒有效的連接在一起，防止地層出現黏土分散問題，這對于穩定井壁十分有利。

2.2 pH值的影響

研究表明，鉆井液的 pH 值也會對井壁的穩定性產生影響，特別是在泥頁巖井段。鉆井液中的堿性物質會使得地層中的伊利石和綠泥石等成分快速分解，且鉆井液的堿性越強，其分解速度越快，同時，堿性的鉆井液也會帶來一定的膨脹力，使得井壁的垮塌速度加快，因此，在進行鉆井液配置的過程中，需要盡可能減少燒堿等物質的使用量，可以使用碳酸鈉等物質對鉆井液的酸堿度進行調節。

2.3 化學勢的影響

在鉆井液進入地層后，對于鉆井液與地層流體而言，由于其構成及濃度存在差異，因此，在兩者間就會出現較大勢能差，由于存在勢能差作用，鉆井液會向地層縫隙進入，在地層中會發生體積膨脹，使得井壁比較松軟，從而導致井壁失穩狀況發生。另外，若鉆井液化學勢較低，則鉆井液就會進入井壁中，在這種情況下可以增加井壁強度，有利于井壁穩定性增強。所以，為有效避免發生井壁失穩問題，應當保證鉆井液的化學勢低于地層中的流體。

3結束語

綜上所述，在鉆井過程中，壁失穩不但會使鉆井作業的效率和質量受到嚴重影響，而且還可能引發鉆井設備損失甚至人員傷亡事故。鉆井液密度、抑制性、濾失量和低密度固相的控制是保證鉆井液良好性能的關鍵，因此，研究鉆井液性能對井壁穩定性的影響具有非常重要的現實意義。相關技術人員需要高度重視鉆井液性能對井壁穩定性所產生的影響，并根據具體情況采用新技術來滿足鉆井液性能控制和井壁穩定的需要，提高井壁的穩定性。

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作者簡介：李百利（1972-），男，遼寧北票人，助理工程師，從事鉆井施工管理工作。