朱小龍，劉志軍

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南商丘476000）

淺述南華北某頁(yè)巖氣鉆井液

朱小龍*，劉志軍

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南商丘476000）

南華北某頁(yè)巖氣井采用鉀胺基聚合物鉆井液體系，采用強(qiáng)包被抑制劑，抑制泥頁(yè)巖吸水膨脹分散、垮塌。根據(jù)地層壓力系數(shù)，合理調(diào)整鉆井液密度，防止井眼坍塌。同時(shí)做好井眼凈化、減阻潤(rùn)滑、井壁穩(wěn)定、防漏防涌、抗高溫穩(wěn)定等方面的工作。

南華北某頁(yè)巖氣井；坍塌；井壁穩(wěn)定；潤(rùn)滑

1 概述

鉆井液是指油氣鉆井過(guò)程中以其多種功能滿足鉆井工作需要的各種循環(huán)流體的總稱(chēng)。鉆井液的循環(huán)是通過(guò)鉆井泵來(lái)維持的。從鉆井泵排出的高壓鉆井液，經(jīng)過(guò)地面高壓管匯、立管、水龍帶、水龍頭、方鉆桿、鉆桿、鉆鋌到達(dá)鉆頭，從鉆頭水眼上的噴嘴噴出，以清洗井底、攜帶鉆屑。然后沿環(huán)形空間（鉆柱與井壁形成的空間）向上流動(dòng)，到達(dá)地面后，經(jīng)地面低壓管匯流入鉆井液池，再經(jīng)過(guò)各種固控設(shè)備進(jìn)行處理后返回上水池，最后進(jìn)入鉆井泵循環(huán)再用。鉆井液流經(jīng)的各種管件、設(shè)備構(gòu)成一整套鉆井液循環(huán)系統(tǒng)。

2 鉆井液的功用

2.1 循環(huán)和懸浮巖屑

鉆井液首要和最基本的功用，就是通過(guò)其本身的循環(huán)將井底被鉆頭破碎的巖屑攜帶至地面，以保持井眼的清潔，使起下鉆暢通無(wú)阻，并保證鉆頭在井底始終接觸和破碎新地層，不造成重復(fù)切削，保證安全、快速鉆進(jìn)。在接單根、起下鉆或因故停止循環(huán)時(shí)，鉆井液又將井內(nèi)的鉆屑懸浮在鉆井液中，使鉆屑不會(huì)很快下沉，防止沉砂卡鉆等情況發(fā)生。

2.2 穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力

井壁穩(wěn)定、井眼規(guī)則是實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井的基本條件。性能良好的鉆井液應(yīng)能借助液相的慮失作用，在井壁上形成一層薄而韌的泥餅，以穩(wěn)固已鉆開(kāi)的地層并阻止液相侵入地層，減弱泥頁(yè)巖水化膨脹和分散程度。與此同時(shí)，在鉆進(jìn)過(guò)程中需要通過(guò)不斷調(diào)節(jié)鉆井液密度，使液柱壓力能夠平衡地層壓力，從而防止井塌和井噴等井下復(fù)雜情況發(fā)生。

2.3 冷卻和潤(rùn)滑鉆頭、鉆具

在鉆進(jìn)中鉆頭一直在高溫下旋轉(zhuǎn)并破碎巖層，產(chǎn)生很多的熱量，同時(shí)鉆具也不斷地與井壁摩擦而產(chǎn)生熱量。鉆井液并不斷的循環(huán)作用，可以將這些熱量及時(shí)地吸收，然后帶到地面釋放到大氣中。從而起到冷卻鉆頭、并延長(zhǎng)其壽命的作用。鉆井液的存在使鉆頭和鉆具均在液體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因此在很大的程度上降低了摩擦阻力，起到了很好的潤(rùn)滑作用。

2.4 傳遞水動(dòng)力

鉆井液在鉆頭噴嘴處以極高的流速?zèng)_擊井底，從而提高了鉆井的速度和破巖的效率。高壓噴射鉆井正是利用這一原理，即采用高泵壓鉆進(jìn)，使鉆井液所形成的高速射流對(duì)井底產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，從而顯著地提高鉆速。在使用渦輪旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)鉆頭破碎巖石。

3 鉀基聚合物鉆井液

鉀基聚合物鉆井液是一類(lèi)以各種聚合物的鉀（或銨、鈣）鹽和KCl為主處理劑的防塌鉆井液。在各種常見(jiàn)的無(wú)機(jī)鹽中，以KCl抑制粘土水化分散效果最好，而聚合物處理劑的存在使該類(lèi)鉆井液具有聚合物鉆井液的各種優(yōu)良特性。因此，在鉆遇泥頁(yè)巖地層時(shí)，使用它可以取得比較理想的防塌效果。

3.1 鉆井液體系

鉀基聚合物體系是使用比較廣泛的水基鉆井液體系，曾用于頁(yè)巖氣鉆井。它有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）通過(guò)K+和NH+4的晶格固定和離子交換作用來(lái)抑制泥頁(yè)巖吸水水化膨脹，穩(wěn)定井壁；

（2）較強(qiáng)的抑制性；

（3）良好的潤(rùn)滑性能；

（4）較好的儲(chǔ)層保護(hù)能力；

（5）強(qiáng)抗污染能力（水泥、CO2、鹽水、粘土等）；

（6）符合環(huán)保要求（不含重金屬離子、氯根）；

（7）經(jīng)濟(jì)、成熟。

各井段鉆井液體系見(jiàn)表1。

表1 各井段鉆井液體系

3.2 鉆井液體系性能

3.2.1 ?311.1mm（12-1/4″）井段般土漿鉆井液性能（表2）

表2 ?311.1mm（12-1/4″）井段坂土漿鉆井液性能

3.2.2 ?215.9mm（8-1/2″）井段、?152.4mm（6″）井段鉀胺基聚合物鉆井液性能（表3）

在二開(kāi)后使用HV-CMC調(diào)整泥漿粘度，保證泥漿有良好的流變性和攜砂性。

（1）維持6r/min讀值為不低于8；

（2）控制泥漿體系pH值不低于8；

（3）配置重清掃液，接立柱前泵入清掃液2～3m3清潔井底；

（4）振動(dòng)篩篩布使用150目，如果在不跑漿的情況下，盡可能換細(xì)。

（5）固控設(shè)備全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，泥漿中處理劑充足，根據(jù)井下情況隨時(shí)調(diào)整泥漿性能。

3.3 鉆井液性能維護(hù)

表3 ?215.9mm、?152.4mm井段鉀胺基聚合物鉆井液性能表

3.3.1 泥漿比重

鉆井時(shí)泥漿比重控制在設(shè)計(jì)的中下限，保持微過(guò)平衡鉆井以利于地層的油氣顯示，根據(jù)氣顯示及井壁穩(wěn)定情況調(diào)整泥漿比重。泥漿保持中下限的低固相含量和流變性，做好隨時(shí)加重的準(zhǔn)備，并在加重后及時(shí)調(diào)整處理以保持良好流變性，為再加重預(yù)留空間。

3.3.2 流變性

泥漿在保證重晶石懸浮和井眼凈化的前提下盡量控制在中下限，為隨時(shí)可能的加重預(yù)留窗口；同時(shí)低流變性也可以使套管鞋和井底獲得較低的環(huán)空當(dāng)量循環(huán)密度。

3.3.3 井徑控制

進(jìn)入目的層前，通過(guò)加入無(wú)熒光防塌劑對(duì)滲透層加以良好的封堵，形成堅(jiān)韌致密的泥餅，并結(jié)合調(diào)整泥漿比重以保持井壁的穩(wěn)定；同時(shí)控制泥漿泵排量不宜過(guò)大，以減小對(duì)不穩(wěn)定井壁的沖刷。

3.3.4 泥巖的抑制性問(wèn)題

井眼以泥巖為主，泥巖水敏性強(qiáng)，易水化膨脹。鉆進(jìn)中注意防止鉆頭泥包的發(fā)生，如果需要適當(dāng)加入一定量的潤(rùn)滑劑。

（1）選用的鉀基聚合物鉆井液體系，含鉀離子、銨離子，有強(qiáng)的防塌能力，井徑規(guī)則，平均井眼擴(kuò)大率不大于8%；

（2）維持215.9mm的開(kāi)鉆泥漿比重在1.15g/cm3左右，隨著在鉆進(jìn)過(guò)程中逐漸增高泥漿比重，至終孔井段時(shí)短起前將泥漿比重提至不低于鉆井的環(huán)空當(dāng)量循環(huán)密度；

（3）隨著井深的增加和泥漿比重的提高，排量由于受到泵壓局限的限制會(huì)逐漸降低，工程需通過(guò)控制鉆速，保證井眼較好的凈化，消除泥巖鉆屑滯留井內(nèi)聚集成團(tuán)的機(jī)率。

3.3.5 鉆屑

泥漿低比重固相含量小于160kg/m3是非常必要的。將振動(dòng)篩布換到盡可能細(xì)的目數(shù)。保證固控設(shè)備的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3.6 鉆井液性能維護(hù)設(shè)備和儀器

按科學(xué)打探井要求配備固控設(shè)備，強(qiáng)化固控管理，使用振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)四級(jí)固控除砂，以使鉆井液含砂量、固相含量控制在合理范圍內(nèi)，為安全快速鉆進(jìn)創(chuàng)造良好條件。固相含量應(yīng)控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，含砂量小于0.5%。震動(dòng)篩的篩布目數(shù)要根據(jù)地層變化及時(shí)進(jìn)行更換。具體要求，震動(dòng)篩運(yùn)轉(zhuǎn)率100%，除砂器、除泥器不小于80%，離心機(jī)不小于50%，除氣器視情況使用。固控設(shè)備使用率保持泥漿低密度固相小于6%為原則（表4）。

4 結(jié)論

（1）該鉆井完井液有很強(qiáng)的抑制和封堵能力，使用密度和粘切比較合適，對(duì)穩(wěn)定泥漿性能，抑制軟泥巖分散造漿、膨賬、縮徑和裂縫發(fā)育硬脆泥巖的垮塌起了重要作用。

（2）井段使用較低密度鉆井液，比較順利安全鉆完，未出現(xiàn)大的復(fù)雜情況，這在南華北井區(qū)是一個(gè)大的突破。

（3）井下復(fù)雜和事故次數(shù)大大減少，損失時(shí)間較少。

[1]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].中國(guó)石油大學(xué)出版社，2001.

TE254

B

1004-5716（2015）03-0076-03

2014-12-02

2014-12-08

朱小龍（1989-），男（漢族），河南商丘人，助理工程師，現(xiàn)從事鉆井液技術(shù)工作。