鉆井液體系的性能及對固井質量的影響探討

白秋穎

（大慶油田鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163000）

鉆井液在鉆井施工過程中起到減小摩擦阻力、冷卻鉆頭、保持壓力平衡、攜帶巖屑等重要作用，從最初的清水、泥漿發展到現今的硅酸鹽、聚合醇、油基型鉆井液等，可適應各類鉆井的需求。各類鉆井液之間并不絕對的優劣，其不同的性能對應不同類型鉆井的需求，對固井質量有著不同的影響。本文通過對現今鉆井液體系的性能進行分析，以及對固井質量的影響，尋求提高固井質量的技術對策，對于油田勘探開發具有重要意義。

1 鉆井液體系

根據鉆井液配方和工藝性能的不同，可以將鉆井液劃分成不同的體系，如可分為淡水鉆井液、鹽水鉆井液、鈣處理鉆井液、不分散低固相聚合鉆井液、混油鉆井液等等，不同體系的鉆井液因其獨有的性能，對固井質量產生不同程度的影響[1]，選擇合適的鉆井液是保證鉆井工程作業成敗的重要因素之一，為此各大油田都加大了對鉆井液體系的深入研究，確保其在鉆井勘探過程中發揮重要的作用。

2 鉆井液體系對鉆完井作業的重要意義

（1）有利于減少鉆井工程消耗和設備磨損。鉆井施工過程中，鉆頭及鉆柱與地層及井壁接觸，產生高強度碰撞及摩擦，對鉆井設備損耗較大。向井眼中添加相應配比的鉆井液，可以對鉆機鉆頭起到降溫作用，加入鉆井液之后，能夠在鉆頭與巖漿之間形成一層保護膜，起到隔絕的作用，從而達到減輕摩擦的效果，從而起到了減少鉆井工程的消耗和設備的磨損。

（2）有利于提高固井質量，促進井壁穩定，避免工程事故發生。鉆井液在鉆井施工過程中重要作用之一是攜帶巖屑，通過將鉆機鉆進過程中破碎的巖屑混合在鉆井液之中，循環鉆井液，并通過高壓水泵將鉆井液送至地表，達到將巖屑返出地面的效果，避免鉆頭受到地層破碎巖屑的影響，提升破巖效率及鉆頭工作的穩定性，使井壁更加規則及穩定性好，有利于固井[2]。此外，巖屑隨鉆井液返出地表能夠保持井眼清潔，有利于固井過程中鉆井液排替，能夠提升固井質量。

（3）有利于降低鉆井成本，提高經濟效益。合理選擇及優化鉆井液體系，能夠保證井底地層壓力與液柱產生的壓力一致，保證了壓力的平衡，避免了井底巖層的坍塌，也由于其良好的潤滑性，大大降低了卡鉆事故的發生，降低了鉆機鉆頭的損壞率，進一步加快了整體工程進度，降低了工程成本，整體提升了經濟效益。

3 鉆井液體系的性能及對固井質量影響

3.1 鉆井液的性能

（1）鉆井液密度。鉆井液密度是重要的參數之一。鉆井液密度對于保證鉆井安全、提升鉆井施工速度、保護油氣層具有重要意義。鉆井液密度是通過向鉆井液體系中加入重晶石等加重材料來調節的。鉆井液密度對井筒內液柱壓力影響明顯，合理配置鉆井液壓力能夠保障井底孔隙壓力平衡。鉆井液密度過大時，液柱壓力較大，會造成井漏，同時會對儲層造成傷害。而鉆井液密度過低，井筒內液柱壓力太低，容易發生井涌甚至井噴，還會造成縮徑或井塌，同時也不利于鉆井液攜帶巖屑，必須合理配置設計鉆井液，使密度保持在合理范圍。

（2）鉆井液的流變性。鉆井液流變性通常指的是鉆井液的流動能力和形變性質。通常使用液體賓漢模式和冪律模式來表征。賓漢模式使用動切力和塑性粘度來表征鉆井液性能[3]。塑性粘度反映了鉆井液中固相顆粒與液相、固相顆粒之間的相互作用力強弱，鉆井液中固相顆粒含量、粘土的分散程度及鉆井液添加劑等都會影響塑性粘度大小。動切力反映了鉆井液中粘土礦物、高分子聚合物之間的相互作用力強弱。鉆井液中粘土礦物（如蒙脫石）的含量越大，動切力越大。鉆井液中電解質（如氯化鈉、硫酸鈣等）的含量越高，動切力越大。鉆井液中處理劑（如降粘劑）能夠吸附在粘土顆粒表面，使顆粒帶電，從而降低鉆井液動切力；鉆井液的冪律模式通過稠度系數和流性指數來表征，對于部分鉆井液或者高分子化合物，其狀態為假塑性流體，使用冪律模式來表征效果較好。流行指數越小，反映鉆井液的非牛頓性越強。稠度系數越大，反映鉆井液粘度越高，可泵性越差。因此，為滿足鉆井施工要求，鉆井液稠度系數和流性指數應控制在合理范圍。

（3）鉆井液濾失造壁性。鉆井液濾失性反映了其形成泥餅的質量及濾失量大小。鉆井液形成的泥餅質量好的標準是足夠薄、結構致密、質地堅韌。鉆井液濾失量有三種類型，即動濾失量、靜濾失量和瞬時濾失量，這其中靜濾失量應用較多，鉆井液壓差、固相含量、濾液粘度、溫度、濾失時間、地層滲透性、泥餅的壓實程度等都會影響鉆井液靜濾失量。

（4）鉆井液的潤滑性。鉆井液潤滑性對鉆井施工速度影響較大，評價鉆井液潤滑性通常使用摩阻系數。鉆井液中固相顆粒含量及類型、密度、粘度、濾失量等等會影響鉆井液潤滑性。

3.2 鉆井液性能對固井質量的影響

鉆井液的性能不僅對鉆井施工起到關鍵作用，對完井作業中也有影響。不同的鉆井液體系、密度、流變性、泥餅質量等都會影響固井質量。不同類型的鉆井液體系，如水基鉆井液體系、油基鉆井液體系、氣體類等，能夠影響套管表面的潤滑性，導致水泥漿在膠結時，在井壁表面或者套管表面的膠結質量受到影響，從而使得第一、第二膠結界面的膠結質量變差。鉆井液密度大小決定了環空液柱的壓力大小，液柱壓力不同，在進行注水泥時需要進行壓力平衡設計，也影響環空漿柱結構。鉆井液流變性（如切力、粘度、觸變性）也影響固井質量。鉆井施工過程中，為滿足攜帶巖屑的要求，鉆井液必須具有一定切力和粘度，如果鉆井液切力和粘度過高，會增加水泥漿頂替難度，影響水泥漿頂替效率。在配置鉆井液體系時，在滿足攜帶巖屑要求及鉆井液體系穩定的情況下，要盡量降低鉆井液切力和粘度，以保證水泥漿頂替效率。鉆井液形成的泥餅對固井質量影響也較大，泥餅越薄、越堅韌、易分散等，對于固井過程中套管下入、水泥漿頂替有利，還能提高水泥漿對井壁及套管外壁的膠結能力，從而提高第一、第二界面的膠結質量。

4 結束語

隨著油田進入開發中后期，主力油氣藏開發程度較高，油井產量下降，勘探熱點向非常規油氣藏轉變，為了提升非常規油氣資源開發效益，大斜度井、水平井等應用越來越普遍，給鉆完井施工作業帶來了難題。鉆井液在不僅對鉆井施工起到至關重要作業，對于固井作業也影響較大。在選擇和配置鉆井液體系時，不僅要滿足鉆井施工要求，也要考慮對固井質量的影響，通過優化配置鉆井液體系性能，控制鉆井液密度、流變性、泥餅質量等，提升水泥漿頂替效率及膠結質量，從而提高固井質量，對于油田勘探開發具有重要意義。