深井鉆井液技術(shù)難點(diǎn)分析及對(duì)策研究

姜相

（石油大學(xué)，四川 成都610500）

1 深井鉆井液技術(shù)難點(diǎn)分析

1.1 淺井段井眼大，攜巖困難

鉆井液攜巖效果與環(huán)空速度、黏度以及鉆屑的密度、大小和形狀等因素密切相關(guān)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，淺井段的井眼相對(duì)較大，其環(huán)空速度必須大于0.3m/s，但是由于鉆井設(shè)備以及鉆井技術(shù)等多種因素的影響，在鉆井過程中就會(huì)出現(xiàn)環(huán)空巖屑濃度過高的現(xiàn)象，進(jìn)而影響鉆井液的攜巖效果；除此之外，為了有效減少鉆屑密度、大小以及形狀對(duì)鉆井液技術(shù)的影響，工作人員常常會(huì)采用高黏切來(lái)進(jìn)一步提高鉆井液的攜巖能力，但是在實(shí)際的操作過程中，這種方法往往會(huì)使得鉆屑被大量吸附在井壁上，從而形成一些較小的井眼，引起環(huán)空鉆屑量進(jìn)一步增加，導(dǎo)致出現(xiàn)起下鉆阻卡的現(xiàn)象[1]。與此同時(shí)，施工過程中的短程劃眼措施也對(duì)鉆井液技術(shù)的順利實(shí)施造成了一定的障礙，其施工措施不到位，會(huì)對(duì)井眼的凈化過程產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響，進(jìn)一步阻礙深井施工的正常進(jìn)行。

1.2 深井段長(zhǎng)裸眼井壁易失穩(wěn)

井眼的穩(wěn)定是鉆井液技術(shù)順利實(shí)施的根本保障，也使目前深井作業(yè)所面臨的重大難題之一。井眼失穩(wěn)是造成井下施工事故的重要原因之一，對(duì)工程施工的順利進(jìn)行有很大的影響。就當(dāng)前的施工現(xiàn)狀來(lái)看，井眼失穩(wěn)現(xiàn)象常常會(huì)多次出現(xiàn)在同一口井中，這也是導(dǎo)致深井作業(yè)時(shí)發(fā)生埋鉆、卡鉆以及長(zhǎng)井段劃眼等事故的重要原因之一。井眼失穩(wěn)的主要原因在于井壁力學(xué)的不穩(wěn)定性。由于施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)原因的影響，當(dāng)井壁巖石側(cè)應(yīng)力大于鉆井液的液柱壓力時(shí)，其井壁出現(xiàn)掉塊坍塌的可能性就會(huì)進(jìn)一步增大，嚴(yán)重情況下甚至?xí)霈F(xiàn)卡鉆等井下復(fù)雜事故，為深井施工的順利進(jìn)行造成了巨大的阻礙。此外，井壁的化學(xué)成分不穩(wěn)定也是深井鉆井液技術(shù)的重要難點(diǎn)之一，鉆井地質(zhì)主要是由伊利石或者伊/蒙混石所構(gòu)成，其亞甲基藍(lán)吸附量相對(duì)較低，陽(yáng)離子交換容量顯著不足。二者的不均勻膨脹會(huì)產(chǎn)生一定的膨脹壓力，當(dāng)這種膨脹壓力超過巖石的最大承載力時(shí)，井壁就會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)及垮塌現(xiàn)象。

1.3 深井高溫高密度鉆井液性能調(diào)控困難

受深井自身環(huán)境的影響，井下的溫度一般處于120-150℃，其井下壓力也相對(duì)較高，鉆井液密度一般處于1.80-2.20g/cm3，高溫以及高密度的井下環(huán)境也進(jìn)一步增加鉆井液性能調(diào)控的難度；此外，黏度以及切力的控制相對(duì)較難，固相體積的流動(dòng)性較差，重漿長(zhǎng)期反復(fù)使用，鉆屑污染較為嚴(yán)重；鉆井液老化、增稠和固化，地層壓力在同一井段上升較快，導(dǎo)致鉆井液密度在較短時(shí)間內(nèi)被大幅度提高，引起其性能的劇烈波動(dòng)，以上這些因素都會(huì)嚴(yán)重影響鉆井液的類型選擇、濃度配制、流性控制以及性能維護(hù)，對(duì)深井鉆井液技術(shù)的實(shí)踐操作造成了很大的阻礙，進(jìn)一步加大鉆井液性能調(diào)控的難度[2]。

1.4 漏失層段多且分布廣

由于地層裂縫以及斷層發(fā)育等多種因素的影響，進(jìn)一步增加了深井作業(yè)時(shí)井漏的發(fā)生概率。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，深井的每個(gè)地下層段都存在漏失層，且漏失層的分布較為廣泛，這些原因都會(huì)在一定程度上導(dǎo)致井漏事故的發(fā)生，從而造成人員以及經(jīng)濟(jì)的損失。除此之外，地下環(huán)境的壓力往往高于地表部分，裂縫性的高壓氣藏往往會(huì)導(dǎo)致深井作業(yè)時(shí)出現(xiàn)井噴現(xiàn)象，再加上其漏失安全密度窗口相對(duì)較窄，就會(huì)進(jìn)一步加大安全鉆井液密度窗口選擇的難度。

2 深井鉆井液技術(shù)對(duì)策研究

2.1 根據(jù)地質(zhì)情況選擇深井鉆井液體系

在深井鉆井液的選擇過程中，我們要充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)環(huán)境以及鉆井技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)選擇適宜該地區(qū)自身特定的深井鉆井液體系，從而為提高施工的安全系數(shù)奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。比如，對(duì)于低密度、低固相以及低黏切的鉆井液，我們要進(jìn)一步提高淺層鉆井速度；對(duì)于井壁易失穩(wěn)的井段，我們?cè)谶x擇強(qiáng)包被、強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵鉆井液體系的同時(shí)，也要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，加入適量的多種包被劑以及瀝青類防塌劑等強(qiáng)氧化抑制劑，有效降低深井井漏的發(fā)生概率；此外，我們還要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，使用復(fù)合原油以及高效潤(rùn)滑劑來(lái)提高鉆井液的防卡能力；使用水包油聚磺體系提高混油量與抗高溫潤(rùn)滑劑的加量，采用細(xì)顆粒高酸溶解材料來(lái)進(jìn)行有效地防漏；使用無(wú)黏土相聚合物體系來(lái)提高中淺層鉆井速度，加入無(wú)機(jī)剛性封堵劑來(lái)有效增強(qiáng)其封堵性，加強(qiáng)對(duì)泥頁(yè)巖表面涂敷工作以及縫隙的封堵工作，從而有效防止井壁失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生[3]。

2.2 優(yōu)化控制深井鉆井液流變性

由于深井層高溫高壓的內(nèi)在特性，因此在施工過程中，我們要選擇適宜的抗高溫處理劑，不斷優(yōu)化加重劑顆粒級(jí)配，并采取相應(yīng)的措施將膨潤(rùn)土含量控制在科學(xué)合理的范圍之內(nèi)，從而有效控制深井鉆井液的流變性。其一，我們要根據(jù)深井的實(shí)際情況，選擇能夠適應(yīng)深井高溫高密度鉆井液的高效稀釋劑，從而有效拆解流體的凝膠結(jié)構(gòu)，有效控制其屈服值，并防止其切力升高的現(xiàn)象發(fā)生，使其PH 能夠保持在8.5～10 之間；其二，為了有效提高深井高溫高密度鉆井液性能的穩(wěn)定性，我們必須采取相應(yīng)的措施，將膨潤(rùn)土的含量控制在合理的范圍之內(nèi)，提高其上下限之間的差值，為有效控制鉆井液的流變性打下夯實(shí)的基礎(chǔ)，另外我們還要充分利用化學(xué)絮凝以及固控設(shè)備，將超細(xì)微固體顆粒清除干凈，將其固相體積分?jǐn)?shù)也控制在合理的范圍之內(nèi)；其三，在施工過程中，我們要綜合檢測(cè)深井鉆井液性能的高溫穩(wěn)定性，在此過程中，我們可以根據(jù)深井內(nèi)部實(shí)際情況，采用API 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)定井口的常規(guī)性能，根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)、理論體系以及施工作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)條件，來(lái)對(duì)鉆井液體系熱穩(wěn)定性做出合理的判斷；也可以采用HTHP 流變儀以及失水儀來(lái)測(cè)定其高溫高壓性能，從而為深井鉆井液的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用提供科學(xué)的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，為正確處理井下情況提供良好的保障[4]。在深井施工過程中，我們要切實(shí)做好以上工作，從而為不斷優(yōu)化控制深井鉆井液的流變性奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 預(yù)防并處理井眼失穩(wěn)現(xiàn)象

在預(yù)防和處理井眼失穩(wěn)情況的過程中，我們首先要確定合理的鉆井液密度。在鉆井的施工過程中，工作人員要充分考慮力學(xué)的內(nèi)在規(guī)律，通過科學(xué)合理的鉆井液密度來(lái)達(dá)到平衡地層坍塌壓力的目的，采用增加徑向支撐力等方法來(lái)使得井壁具備一定的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，我們還要做好地層壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作，從而根據(jù)地層壓力的變化來(lái)不斷調(diào)整鉆井液的密度。其次，工作人員要不斷強(qiáng)化鉆井液的封堵防塌能力。我們可以通過添加裂縫暫堵劑以及乳化石蠟的方法來(lái)進(jìn)行物理封堵，也可以選用多元醇的方法對(duì)其進(jìn)行化學(xué)封堵，從而有效降低鉆井液的濾液滲入程度，達(dá)到提高其地層的承壓能力。最后，在操作過程中，工作人員要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的操作規(guī)程，并結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，切實(shí)做好井眼失穩(wěn)現(xiàn)象的防范處理工作。在具體的施工操作中，相關(guān)人員要控制起下鉆的速度，減小壓力對(duì)于井壁的影響，從而有效避免井眼失穩(wěn)的現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)井眼失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生以后，工作人員在保持冷靜的同時(shí)，要通過適宜的方法開泵建立循環(huán)模式，通過提高鉆井液的黏度和切力等方法，將井內(nèi)的塌陷物及時(shí)清理出來(lái)，從而有效防止井壁出現(xiàn)再一次的坍塌。

2.4 預(yù)防和處理井漏和卡鉆

對(duì)于淺井層出現(xiàn)的井漏現(xiàn)象，我們可以針對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)的位置采用高膨潤(rùn)土含量以及高黏切度的鉆井液，以保證其可以快速鉆入，從而有效防止井漏事故的發(fā)生。由于斷層裂縫發(fā)育以及密度過高所造成的井漏，我們應(yīng)該采取適宜的措施嚴(yán)格控制鉆井液的密度，使其能夠保持一個(gè)較好的流動(dòng)狀態(tài)，從而有效平衡其壓力系統(tǒng)。除此之外，我們還可以采用高酸溶、高抗壓等方式來(lái)快速恢復(fù)裂縫性井漏，對(duì)于淺表層近段的漏失現(xiàn)象，提高黏切并降低泵的使用速度，或者用不同粒徑的高效堵漏劑加上棉籽殼，都是行之有效的堵漏方式。

結(jié)束語(yǔ)

由于地質(zhì)構(gòu)造以及施工環(huán)境的影響，目前我國(guó)的鉆井液技術(shù)正在面臨一些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為淺井段井眼大攜巖困難，深井段長(zhǎng)裸眼井壁易失穩(wěn)，深井高溫高密度鉆井液性能調(diào)控困難以及漏失層段多且分布廣。因此在具體的施工過程中，工作人員要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)環(huán)境，不斷強(qiáng)化對(duì)井下復(fù)雜情況的預(yù)防工作，并對(duì)已出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)高效的補(bǔ)救，從而有效防止損失及事故的進(jìn)一步擴(kuò)大化。