復(fù)雜地層鉆井液選用淺談

楊維琳　彭振斌

【摘 要】復(fù)雜地層鉆探一直以來(lái)都是鉆探施工的難點(diǎn)問(wèn)題，如何選用合適的鉆井液來(lái)保證鉆探的順利進(jìn)行是復(fù)雜地層鉆進(jìn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文以舒蘭5#井，敦化3#井及松原ZK0833的鉆井液選用情況及使用效果為例介紹了復(fù)雜地層鉆井液的選用原則，為復(fù)雜地層的鉆井液選用提出了建議。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地層；鉆井液；選用

【Abstract】The complex stratum drilling is a difficult problem in the drilling construction for a long time， chosing suitable drilling fluid to ensure the smooth progress of drilling is one of the key problems in complex formation drilling. This paper uses the Shulan 5# bore，the Dunhua 3#bore and the Songyuan ZK0833# introducing the selection of the drilling fluid and the effect for a borehole and the rules of the selection of the drilling fluid in complex stratum to give some suggestions about the selection of the drilling fluid in complex stratum.

【Key words】Complex stratum； The drilling fluid； Selection

0 前言

我國(guó)地域遼闊，復(fù)雜地層的種類較多、分散范圍較廣。主要包括了：巖膏地層，裂隙巖溶地層，砂卵石層，淤泥質(zhì)土層，松軟和水敏性地層，流砂、砂礫、松散破碎地層，高壓油、氣、水地層等。

復(fù)雜地層是指鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生不同程度的鉆孔坍塌、掉塊、漏失、涌水或井噴、孔壁膨脹以及縮小等孔內(nèi)復(fù)雜情況的地層[1]。復(fù)雜地層的鉆進(jìn)是鉆探施工中不可避免的問(wèn)題，亦是難題。而復(fù)雜地層鉆進(jìn)時(shí)鉆井液的選擇恰當(dāng)與否是保證鉆進(jìn)順利的一個(gè)重要因素。鉆井液被譽(yù)為鉆探的“血液”，由此可知鉆井液在鉆探施工中的重要地位。

1 復(fù)雜地層鉆井液的選擇

1.1 復(fù)雜地層鉆井液的選擇原則

由于復(fù)雜地層種類繁多，故鉆井液選擇時(shí)也不能一概而論。

對(duì)于巖膏地層，鉆井時(shí)鉆井液主要具有以下兩個(gè)作用：一是，抑制巖鹽的溶解、過(guò)飽和重結(jié)晶；二是，延緩巖鹽層的蠕變[2]。因此，選擇具有較強(qiáng)抗鹽鈣性、抑制性及防止坍塌性的鉆井液是較為合適的。

鉆探過(guò)程中如遇裂隙巖溶地層，可能遇到井壁漏水，涌水，掉塊，坍塌等復(fù)雜情況，造成鉆進(jìn)困難。但若在鉆進(jìn)過(guò)程中選擇具有造壁、堵漏效果好的鉆井液，則可使鉆進(jìn)更易進(jìn)行。

就松軟和水敏性地層而言，其典型地層包括松散粘土層、各種泥巖、軟頁(yè)巖，有裂隙的硬頁(yè)巖，粘土膠結(jié)及水溶礦物膠結(jié)的地層，在鉆進(jìn)過(guò)程中易出現(xiàn)膨脹縮徑，泥漿增稠，鉆頭泥包，孔壁表面剝落，崩解垮塌超徑等鉆井事故[3]。故在鉆進(jìn)此類地層時(shí)鉆井液需具有較好的降濾失性能和一定的剪切稀釋性能及抑制水敏和防塌作用。

對(duì)于流砂、砂礫、松散破碎地層，其孔隙多、裂隙發(fā)育、地層破碎，故在選擇鉆井液時(shí)第一要素便是需要鉆井液有良好的造壁性，才使得在鉆井過(guò)程中不至于漏漿甚至無(wú)漿上返。在鉆遇流砂層時(shí)，由于鉆井液的沖刷易導(dǎo)致流砂坍塌從而造成鉆進(jìn)困難，故更應(yīng)選擇具有一定密度，粘度較大和防塌性能的鉆井液。

在鉆進(jìn)淤泥質(zhì)土層時(shí)，必須保證地層孔內(nèi)泥漿的壓力與孔深處的地應(yīng)力相平衡，且循環(huán)中的泥漿能快速形成致密的泥皮[4]，故鉆井液的選擇關(guān)鍵即是鉆井液須有合理的密度，利用泥漿的壓力來(lái)平衡地層壓力，同時(shí)要求鉆井液具有一定的粘度和抑制防塌性能和較好的降濾失性能。

雖復(fù)雜地層類型各異，性狀不同，以上列舉的復(fù)雜地層在選擇鉆井液時(shí)均有其側(cè)重方向，但在選擇鉆井液時(shí)亦有其通用原則，即是：因“地層”制宜、攻之以矛，守之以盾。針對(duì)地層特點(diǎn)下手，著眼于其易造成鉆進(jìn)困難的點(diǎn)，逐一攻破，即可達(dá)到順利鉆進(jìn)。

1.2 幾種復(fù)雜地層鉆井液選擇的實(shí)例分析

1.2.1 舒蘭5#井

該井位于舒蘭市平安鎮(zhèn)鏡內(nèi)，屬伊舒斷陷沉積盆地。地層巖性主要以砂巖、砂礫巖、泥巖、頁(yè)巖、煤層等組成。砂巖以中粗砂巖為主，無(wú)膠結(jié)、松散，砂礫巖層段占整個(gè)井層段50%以上，礫石直徑大小不一，極易坍塌、泥巖、頁(yè)巖以泥質(zhì)成分為主，水敏性特強(qiáng)、擴(kuò)孔，縮徑現(xiàn)象非常普遍。

鉆進(jìn)該孔即要防止砂礫巖坍塌現(xiàn)象，又要防止泥頁(yè)巖縮徑，擴(kuò)孔現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，如鉆井液對(duì)砂巖起效，對(duì)泥巖所起的作用可能就小。鉆遇兩種巖性矛盾，而必須依靠一種鉆井液護(hù)壁，是該鉆孔鉆進(jìn)的難題。

針對(duì)舒蘭5#井中復(fù)雜地層的鉆進(jìn)問(wèn)題，須選用一種性能穩(wěn)定，既能在泥巖抑制地層的水化膨脹，又能在砂巖中起到良好的膠結(jié)護(hù)壁作用。故采用以天然植物膠-2，KP共聚物，聚乙烯醇為主，配合CMC、PHP、KCl等材料，配制出無(wú)固相鉆井液。實(shí)踐表明，運(yùn)用該鉆井液使得鉆進(jìn)順利進(jìn)行，成功完成鉆探任務(wù)。

1.2.2 敦化3#井

該井位于敦化盆地，地層巖性變化大，上部是較硬質(zhì)玄武巖，下部以砂巖為主，局部夾有泥巖、頁(yè)巖、即有硬層、軟層，且涌水、漏失現(xiàn)象嚴(yán)重，是一個(gè)極其復(fù)雜地層。

針對(duì)改孔軟硬相間的巖層，及涌、漏水現(xiàn)象。需采取具有膠結(jié)性防塌和強(qiáng)抑制性護(hù)壁的鉆井液同時(shí)配合比重壓涌方式，加強(qiáng)防涌和防漏的預(yù)防。因此，采用低固相鉆井液配置。即清水+膨潤(rùn)土+天然植物膠-1+KP共聚物+聚乙烯醇+硅酸鈉+CMC+KCl+多功能隨鉆堵漏劑。歷時(shí)43天，成功進(jìn)尺1000.66米，圓滿完成了鉆探任務(wù)。

1.2.3 松原ZK0833

該井位于松原市朝陽(yáng)鄉(xiāng)境內(nèi)，屬松遼沉積盆地。巖性大體如下：0-32m，沖積層，32—116m，砂巖層，膠結(jié)不好、松散，116-875.50m，泥巖、頁(yè)巖層，巨厚泥巖層段，水敏性強(qiáng)，極易坍塌、擴(kuò)徑、縮徑現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。

該孔地層巖性變化較小，鉆進(jìn)時(shí)主要需對(duì)砂巖、泥巖、頁(yè)巖的坍塌、縮徑的問(wèn)題加以預(yù)防。阻止或減輕地層水化膨脹造成井壁坍塌、縮徑事故的發(fā)生。針對(duì)該孔的特殊情況，采用低固相鉆井液配置。即清水+膨潤(rùn)土+天然植物膠SD-1+PHP。此配方中，所選的天然植物膠又有一定的護(hù)壁作用，PHP有一定的堵漏作用。真正對(duì)鉆孔做到了對(duì)癥下藥，藥到病除。該孔歷時(shí)28天，成功進(jìn)尺875.50米。

2 對(duì)復(fù)雜地層鉆井液選擇的認(rèn)識(shí)

鉆井液在普通地層的鉆進(jìn)過(guò)程中主要起以下作用：冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具、清洗孔底、攜帶巖粉等[5]。但在復(fù)雜地層的鉆進(jìn)過(guò)程中還要求鉆井液具有一些特殊的性能。如鉆進(jìn)破碎地層時(shí)要求鉆井液須有護(hù)壁作用。然而在實(shí)際鉆探過(guò)程中，鉆遇地層通常并非一種而是多種，所以一種類型的鉆井液并不能滿足整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程的需要，有時(shí)需更換鉆井液體系。但更換鉆井液體系時(shí)不能突變，需有一個(gè)過(guò)渡的過(guò)程，如不能將酸性泥漿直接變換成堿性泥漿，若如此則會(huì)造成本已穩(wěn)定的孔壁變得不穩(wěn)定或是其他鉆進(jìn)安全隱患。

同時(shí)在鉆進(jìn)過(guò)程中也要保證鉆井液的性能穩(wěn)定。要保證鉆井液的性能穩(wěn)定，固相控制是關(guān)鍵，尤其是對(duì)低密度固相控制。在同等條件下，低密度固相含量越低，鉆井液的內(nèi)摩擦力就越小，更有利減少能量消耗，同時(shí)也可以提高鉆井液的高溫穩(wěn)定性、抗污染能力等，所以控制低密度固相含量可以保證鉆井液性能穩(wěn)定。

3 結(jié)論及建議

（1）鉆探施工之前對(duì)可能遇到的地層進(jìn)行預(yù)測(cè)，并選擇、設(shè)計(jì)合理的鉆井液，做好地層預(yù)測(cè)應(yīng)對(duì)方案，是鉆探施工前一項(xiàng)重要的準(zhǔn)備工作。

（2）在復(fù)雜長(zhǎng)裸地層（時(shí)間或空間），采用套管護(hù)壁或其他護(hù)壁方式較泥漿護(hù)壁更為妥當(dāng)[6]。

（3）鉆井泥漿要保持性能的穩(wěn)定性。禁止泥漿體系的突變或性能質(zhì)量的變化，易導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)，即使更換泥漿體系也需要過(guò)渡性的更替。

（4）泥漿的固控技術(shù)尤為重要，可按鉆孔實(shí)際情況選用泥漿固控設(shè)備。

（5）泥漿材料選擇不拘泥于現(xiàn)有品種，擴(kuò)大泥漿的品種類型，對(duì)復(fù)雜地層的鉆進(jìn)有裨益。

（6）鉆探過(guò)程是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，除對(duì)鉆進(jìn)液的選擇合理之外，還應(yīng)注重于鉆探設(shè)備的合理選擇及鉆探工藝的密切配合，環(huán)環(huán)相扣，才能使鉆探有條不紊的進(jìn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]舒智.復(fù)雜地層深孔鉆進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)的探討與實(shí)踐[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，S1：161-166.

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[3]張曉靜.水敏/松散地層鉆井液的護(hù)壁機(jī)理分析與應(yīng)用研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2007.

[4]許曉琳，張曉靜，烏效鳴，倪賓.平衡淤泥質(zhì)地層的泥漿比重設(shè)計(jì)及配方調(diào)整[Z].2012：3.

[5]王建軍.植物膠泡沫鉆井液在裂隙巖溶地層中的應(yīng)用研究[D].中南大學(xué)，2012.

[6]胡郁樂(lè)，張曉西，張惠，吳翔. SinoProbe-05深部探測(cè)項(xiàng)目鉆探技術(shù)問(wèn)題總結(jié)與對(duì)策研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014，09：32-37.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]