淺論無(wú)固相鉆井完井液體系特點(diǎn)與應(yīng)用

吳國(guó)富 蔡成斌

摘要：本文對(duì)無(wú)固相鉆井液的組成、性能及使用情況進(jìn)行探討，根據(jù)地質(zhì)情況，經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，選擇使用了無(wú)固相聚合物鉆井液，對(duì)它的成功運(yùn)用及對(duì)固控技術(shù)進(jìn)行探討。通過(guò)使用分析表明：無(wú)固相聚合物鉆井液鉆進(jìn)速度最快、鉆頭進(jìn)尺最高，取得了較好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)無(wú)固相鉆井液使用的關(guān)鍵是防塌及固相控制。無(wú)固相鉆井液技術(shù)的成功運(yùn)用也為今后在該地區(qū)鉆井施工提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：無(wú)固相鉆井液；鉆井施工；防塌及固相控制；性能優(yōu)化

1無(wú)固相鉆井液體系的主要技術(shù)特征與優(yōu)勢(shì)

1.1 無(wú)固相鉆井液體系的主要技術(shù)特征

無(wú)固相鉆井液也稱無(wú)粘土鉆井液是為了適應(yīng)現(xiàn)代鉆井技術(shù)發(fā)展的要求，在低固相鉆井液的基礎(chǔ)上發(fā)站起來(lái)。該體系的原始組成部分包含粘土，加入高分子聚合物和相應(yīng)的化學(xué)處理劑，就制成了滿足一定鉆井性能要求的鉆井液。與清水相比，它含有較大數(shù)量的有機(jī)高聚合物，與不同的無(wú)機(jī)鹽復(fù)配，可有效地抑制地層和巖屑膨脹，具有較好的攜帶和懸浮巖粉的能力，且能在井壁上形成薄的吸附膜，具有一定的護(hù)壁防塌能力，有較好的潤(rùn)滑及減阻作用，與含有粘土的鉆井液相比，密度較低，粘度流動(dòng)性調(diào)節(jié)范圍大，能夠適應(yīng)不同地層的要求。

1.2 無(wú)固相鉆井液的優(yōu)勢(shì)

為了避免鉆井液中的固相損害，發(fā)展出了無(wú)固相鉆井液，由于不含固相，無(wú)固相鉆井液就具有以下特征：①提高鉆速，延長(zhǎng)鉆頭壽命，縮短生產(chǎn)周期；②減薄泥餅，減少壓差卡鉆和測(cè)井工具遇卡；③降低粘度，利于高壓噴射，減小激動(dòng)壓力；④減輕油氣層損害；⑤使鉆井液性能穩(wěn)定，簡(jiǎn)化維護(hù)處理，減少鉆井液費(fèi)用。

2無(wú)固相鉆井液的基本組分和作用

無(wú)固相鉆井液是由無(wú)機(jī)鹽和不同種類的高聚合物組合而成的，具有一定流變特性和濾失特性。其中無(wú)機(jī)鹽起的作用是：①與有機(jī)聚合物進(jìn)行適度的交聯(lián)，以提高鉆井液的結(jié)構(gòu)粘度，并可降低鉆井液的失水量；②調(diào)節(jié)鉆井液的pH值；③調(diào)節(jié)鉆井液的礦化度，以平衡地層的化學(xué)活度，抑制地層的膨脹分散或破碎坍塌。有機(jī)聚合物的作用是：①增粘作用：高聚合物溶液的特性粘度與高聚合物分子量之間一般成正比例關(guān)系，高聚物的分子量越大，則溶液的粘度越高；②降濾失作用：高聚物通過(guò)與無(wú)機(jī)鹽的適度交聯(lián)可降低溶液的濾失量；③防塌作用：高聚物與無(wú)機(jī)鹽一起通過(guò)多點(diǎn)吸附架橋，化學(xué)活度平衡等機(jī)理在井壁上成膜，對(duì)井壁起抑制防塌作用；④潤(rùn)滑作用：高聚物都有一定的潤(rùn)滑及減阻作用，為提高溶液的潤(rùn)滑性，可輔助加入表明活性劑。由此可見(jiàn)，無(wú)固相鉆井液一方面密度小、粘度低，有利于提高鉆速，另一方面又具有成膜護(hù)壁作用。

3 研究區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)域斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，可分為近東西向、北東向、北西向等斷裂，礦區(qū)內(nèi)能見(jiàn)到北東向及北西向兩組斷裂。根據(jù)鉆井資料測(cè)深，重力異常資料證實(shí)，在寒武系下統(tǒng)地層急劇增厚，是由于存在有“泥辟構(gòu)造”。需要解決地質(zhì)難題：①頁(yè)巖地層段容易發(fā)生垮塌，應(yīng)防泥包鉆頭、卡鉆及埋鉆事故發(fā)生。②應(yīng)防止井涌、井漏，如遇涌漏較大，必須采取水泥堵漏、涌措施。③本地區(qū)地層傾角較大，直井段應(yīng)采取防斜措施。對(duì)鉆井液工藝技術(shù)的要求：

①應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑性，以減小斜井段、水平段鉆具與井壁的摩擦阻力和粘附力，防止粘卡。②應(yīng)具有良好的流變性，以解決攜巖問(wèn)題，保證井眼清潔。③應(yīng)具有良好的防塌性，以解決硬脆性地層的井壁穩(wěn)定問(wèn)題，保證鉆井的順利進(jìn)行。④應(yīng)具有良好抗溫、抗鹽、抗鈣性能，以解決鉆井液高溫老化和抗鹽抗鈣能力差，造成性能難以控制。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工及應(yīng)用

4.1 鉆井液體系的選擇

該地區(qū)施工一般都使用低固相鉆井液體系，密度一般在1.1～1.5g/cm3，影響了鉆井速度，鉆井周期特別長(zhǎng)，容易引發(fā)井下事故。為加快鉆井速度，提高經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，確定施工中使用無(wú)固相鉆井液體系。

4.2 導(dǎo)管井段與一開(kāi)井段鉆井液的使用

鉆井液配方：清水+0.8 ～1.0% STP +0.1 ～0.2%CMC-HV。處理方法與維護(hù)：①開(kāi)鉆前配制密度為1.06g/cm3 的預(yù)水化膨潤(rùn)土漿 50cm3備用，每隔三天徹底攪拌均勻，再配制濃度為1%的 STP溶液 40cm3，正常鉆進(jìn)中，隨時(shí)配制25m3膠液，充分水化后補(bǔ)充。②采用無(wú)固相聚合物鉆井液鉆進(jìn)，維持井內(nèi)鉆井液含 0.8～1%的 STP 鉆進(jìn)。③每次接單桿做到早開(kāi)泵晚停泵，接單桿速度要快，排量要達(dá)到 30L/S 左右。④強(qiáng)化固控措施，鉆進(jìn)中 100%使用震動(dòng)篩，除砂器、除泥器使用率達(dá) 85%，及時(shí)淘洗灌池，盡量降低井漿的含砂量和鉆屑含量；維護(hù)井內(nèi)鉆井液性能時(shí)，將聚合物處理劑均配成稀溶液，再均勻加入井內(nèi)。⑤固井前用稠漿循環(huán)攜砂、墊底。稠漿推薦配方為：5～7%膨潤(rùn)土漿+0.1～0.2%CMC-HV。⑥井場(chǎng)儲(chǔ)備足量的堵漏劑，以便及時(shí)堵漏。

4.3二開(kāi)井段鉆井液的使用

無(wú)固相鉆井液配方：井段 372～2265m，清水+0.8～1.0%STP+0.1～0.2%CMC-HV聚合物防塌鉆井液配方：井段 2265～2500m，3～5% 膨 潤(rùn) 土 漿 +2 ～3% KHm +0.2 ～0.3% NaOH +4 ～6%FRH +0.5～1%HTX +0.2～0.3%CMC-HV聚磺鉆井液配方：井段 2500～2987m，3～5%膨潤(rùn)土漿+2～3%SMP2+1～1.5%STZ+0.2～0.3%CMC-LV+4～6%FRH+1～1.5%HTX+1%活化石墨精粉處理方法與維護(hù)：①在上部鉆井液的基礎(chǔ)上減少大分子聚合物的用量及加入預(yù)水化般土漿，適當(dāng)提高粘切，加入KHm 和 FRH 降低失水和改善泥餅質(zhì)量。②進(jìn)入造斜點(diǎn)前加入防塌潤(rùn)滑劑和 1%固體潤(rùn)滑劑活化石墨精粉以降低摩擦阻力，從而保證斜井段的正常施工。

③嚴(yán)格控制較低膨潤(rùn)土含量和強(qiáng)化固控是控制好井漿性能的關(guān)鍵。鉆井中 100%使用振動(dòng)篩，除砂器、除泥器使用率達(dá) 85%，及時(shí)淘洗灌池，盡量降低井漿的含砂量和鉆屑含量。④井場(chǎng)儲(chǔ)備足量的堵漏劑，以便及時(shí)堵漏。

4.4無(wú)固相鉆井液的固相控制要求

控制好無(wú)固相鉆井液固相含量，是維護(hù)無(wú)固相鉆井液性能的關(guān)鍵，而最常用最有效的方法就是機(jī)械法，在鉆進(jìn)中鉆井液首先通過(guò)震動(dòng)篩，將大于網(wǎng)孔的固體和通過(guò)顆粒間的粘附作用將部分小于網(wǎng)孔的固體篩離出來(lái)，從而完成對(duì)較粗固相顆粒的分離作用。然后再通過(guò)除砂器、除泥器可分別清除30um 和 15um 以上的泥質(zhì)顆粒。在整個(gè)系統(tǒng)中，固控設(shè)備的排列順序?yàn)檎駝?dòng)篩、除砂器、除泥器和離心機(jī)，以保證固相顆粒按從大到小的順序依次被清除。固控設(shè)備型號(hào)的選擇，應(yīng)依據(jù)鉆井液密度、固相類型與含量、流變性能，以及固控設(shè)備的許可處理量而定。各種固控設(shè)備（離心機(jī)除外）的許可處理量，一般不得小于泥漿泵最大排量的 1.25 倍。在通過(guò)所有固控設(shè)備之后，需對(duì)凈化后的鉆井液進(jìn)行處理以調(diào)整其性能，包括適量補(bǔ)充所需的化學(xué)處理劑和水，這是因?yàn)橐陨衔镔Y中的一部分會(huì)隨著被清除的固相失去。另外，在鉆井液進(jìn)入除砂器之前，應(yīng)適當(dāng)加水稀釋以提高分離效率。無(wú)固相鉆井液能否達(dá)到固控要求，在很大程度上取決于對(duì)各種旋流器的合理使用。

結(jié)論：

①無(wú)固相鉆井液是在低固相鉆井液的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它與清水相比具有較好的攜帶和懸浮巖屑的能力，且能在井壁上形成致密的吸附膜，且有一定的護(hù)壁能力。②有較好的潤(rùn)滑和減阻作用，有利于旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和起下鉆。③它與含有粘土的鉆井液相比，則有較低的密度（最低密度可以達(dá) 1.01g/cm3），同時(shí)粘度也可以調(diào)整，流動(dòng)性很好，因而能提高孔底鉆頭的破巖效率。

參考文獻(xiàn)

[1]馬喜平，許帥，王曉磊，等. 低壓氣藏用低密度無(wú)固相泡沫修井液的研制及試驗(yàn)[J]. 石油鉆探技術(shù)，2016，43（5）：100–105.

（作者單位：勝利石油工程有限公司海洋鉆井公司）