摘要：針對高密度鉆井液固相含量高、流變性難以控制這一難題，實驗研究了加重材料的粒度級配與自由水對鉆井液流變性的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化出密度高達2.60g/cm3的高密度鉆井液。室內(nèi)實驗表明，該高密度鉆井液具有良好的流動性和懸浮穩(wěn)定性。河壩1-1D井現(xiàn)場應(yīng)用表明，該高密度鉆井液性能優(yōu)良，完全能夠滿足大斜度段鉆井施工的需要。

關(guān)鍵詞：高密度鉆井液河壩1-1D井流變性自由水粒度級配

由于深井井底溫度高，高密度鉆井液流變性調(diào)控難度相當(dāng)大。一般而言，高密度鉆井液固相含量非高，當(dāng)鉆井液密度高達3.00g/cm3時，固相含量極高（若用重晶石作加重劑，其體積分數(shù)將大于60%）。如果固相粒子分散性增強，巨大的固相粒子比表面積通過潤濕和吸附作用使得整個體系的自由水含量大幅度減少，導(dǎo)致體系的鉆屑容量限降低，一旦遇到外來物的污染，固相粒子極易連接形成結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致體系粘切增高，體系的流變性和沉降穩(wěn)定性之間的矛盾十分突出[1，2]。為此開展了高密度鉆井液流變調(diào)控技術(shù)的研究，并在河壩1-1D井進行了現(xiàn)場應(yīng)用，鉆進過程中沒有出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，起下鉆沒有遇阻遇卡現(xiàn)象，滿足了安全快速鉆進的需要，表明該套鉆井液完全能夠滿足大斜度井段鉆井需要。

1 粒度級配對流變性的影響

將重晶石粉用篩子分成粒徑分別為100目～400目和小于400目兩種，通過改變兩種不同粒徑重晶石粉的配比，探索粒度級配對鉆井液流變性的影響規(guī)律。所用重晶石粉的密度為4.20g/cm3。實驗所用的鉆井液配方：基漿 +0.2%DriscalD+1%SD-101+2%SD-202+0.2%LV-CMC+1%KFT-II+重晶石，基漿為6%膨潤土漿，約加重至密度2.40g/cm3。鉆井液配制后在150℃下老化24小時。粒度級配實驗結(jié)果如表1所示。

由實驗結(jié)果可以看出，在顆粒粒度分布較為集中的1#和6#鉆井液的表觀黏度很高，隨著重晶石粉顆粒粒度分布范圍變寬，鉆井液的表觀黏度降低且存在最小值。

2 自由水對流變性的影響

自由水是指鉆井液體系中對流變性起積極作用的水。在穩(wěn)定的鉆井液體系中，在自然放置的條件下水很難析出。利用高速離心機把穩(wěn)定鉆井液體系中的自由水分離出來，而不影響處理劑、加重劑和其他固相表面的束縛水。通過改變高密度鉆井液配方中膨潤土、處理劑和重晶石粉的含量，分別考察組分對高密度鉆井液自由水含量以及流變性的影響規(guī)律，實驗結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，隨著自由水含量的降低，表觀粘度逐漸增加。這表明鉆井液中自由水含量與流變性關(guān)系密切。自由水量相對越多，鉆井液的流變性越容易控制。另外，影響因素分析表明，重晶石加量對自由水量影響最大，其次是Driscal D。重晶石加量越多，單位體積鉆井液中自由水含量越少，固相表面積越大，因此被束縛住的水分子就越多，同時也可以看出大分子的Driscal D也參與了對自由水的束縛。

3 高密度鉆井液配方優(yōu)化

對高密度鉆井液而言，固相含量往往高達40％以上，保持合理的黏度、切力是流變性控制的難點。高密度鉆井液流變性的調(diào)控技術(shù)措施為：①控制膨潤土含量在合適的范圍，在滿足鉆井液性能要求的前提下，盡可能降低膨潤土含量；②在滿足鉆井液密度的前提下，調(diào)整不同粒徑重晶石的比例；③應(yīng)用抗高溫流型調(diào)節(jié)劑控制其加量[3-5]。

通過正交實驗對超高密度高溫鉆井液配方進一步優(yōu)化，最終得到鉆井液配方如下：4%膨潤土+0.25%Driscal D+1.5%SD-101+2%SD-202+0.3%LV-CMC+1.5%KFT-II+重晶石，重晶石中粒徑為100～400目的顆粒比例為30%，粒徑小于400目顆粒的比例為70%。優(yōu)選出的鉆井液配方具有非常好的流變性，如表3所示。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

河壩1-1D井是川東北通南巴構(gòu)造帶的一口大斜度開發(fā)試驗井，以嘉陵江組二段、下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組為主要目的層。該井自四開嘉陵江組以下存在異常高壓，現(xiàn)場采用高密度聚磺鉆井液，鉆井液密度最高達2.20g/cm3，斜井段長，施工時間長，鉆井液維護處理難度大。

4.1 四開（3932～5263m）

本井段自4029m開始定向，鉆至井深4400m，鉆井液密度逐漸提高至2.2g/cm3。采取的主要流變性控制措施：①用大分子聚合物提高鉆井液體系的抑制性，減少強分散性處理劑和稀釋劑的加量；②使用120目細目振動篩，適當(dāng)使用除砂器、除泥器，清除低密度巖屑顆粒；③隨著密度的增加，逐漸降低膨潤土含量；④增加鉆井液自由水含量，適當(dāng)增加鉆井液濾失量；⑤用SD-102、LV-CMC為降失水劑，配合SMT，調(diào)整流變性能。通過以上措施，四開鉆井液漏斗黏度均控制在60s以下，塑性黏度控制在40mPa·s左右，動切力控制在15～19Pa。既降低了泵壓負荷，又防止了巖屑床的形成。

4.2 五開（5263～5810m）

五開小井眼高密度鉆井液技術(shù)關(guān)鍵是流變性控制。將鉆井液漏斗黏度控制在57～65s、動切力14～17Pa、初切/終切8～9/10～12Pa、HTHP失水12mL。即較低的黏度減少循環(huán)壓耗，較高的切力增加對巖屑的懸浮能力，接近的初切終切減少開泵壓力激動。通過以上措施的實施，五開裸眼段泵壓18～22MPa，排量8.6～10.2L/s，保證了安全快速鉆進。

通過配方的合理調(diào)配和鉆井液的科學(xué)維護處理，與鄰井相比，河壩1-1D井的鉆井速度得到很大提高，如表4所示。

5 結(jié)論

5.1 重晶石粉粒度級配實驗研究表明：鉆井液的表觀粘度和塑性粘度隨＜400目顆粒的配比增加先降低后升高，鉆井液動切力隨＜400目顆粒配比的增加逐漸降低。

5.2 高密度鉆井液自由水試驗探索結(jié)果表明：自由水含量與鉆井液粘度緊密相關(guān)，重晶石加量對自由水含量影響最大。

5.3 研制出了密度為2.60g/cm3的高密度鉆井液，具有良好的流動性和懸浮穩(wěn)定性，現(xiàn)場應(yīng)用表明，該高密度鉆井液完全能夠滿足大斜度段鉆井施工的需要。

參考文獻:

[1]徐同臺，陳樂亮，羅平亞.深井泥漿[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

[2]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].東營：石油大學(xué)出版社，2000.

[3]趙勝英，鄢捷年，丁彤偉等.抗高溫高密度水基鉆井液高溫高壓流變性研究[J].天然氣工業(yè)，2007，27（5）：78～81．

[4]蒲曉林，黃林基，羅興樹.深井高密度水基鉆井液流變性、造壁性控制原理.天然氣工業(yè)，2001，21（6）：48-53.

[5]王富華，王力，張煒徽.深井水基鉆井液流變性調(diào)控機理研究.斷塊油氣田，2007，14（5）：61-64.

項目支持：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）項目“超深井鉆井技術(shù)研究”（編號：2006AA06A19-5）部分研究成果。