管強(qiáng)盛

文章編號(hào)：2095-6835（2016）13-0120-02

摘 要：由于軟泥巖具有強(qiáng)度低、水化膨脹性強(qiáng)、環(huán)境敏感性強(qiáng)的特性，因此，在該地層鉆進(jìn)時(shí)，極易出現(xiàn)鉆孔縮徑、坍塌等孔內(nèi)事故，而且也很難維護(hù)鉆井液的性能。針對(duì)軟泥巖地層鉆進(jìn)難的問(wèn)題，通過(guò)查閱多種資料，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)軟泥巖地層鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了初步研究，從鉆井液和鉆進(jìn)工藝技術(shù)等方面提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：軟泥巖；塑性蠕變；鉆井液；鉆進(jìn)工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：P634.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.120

通常，我們將具有塑性蠕變特性的泥巖稱(chēng)為“軟泥巖”。影響軟泥巖蠕變速率的主要因素有地應(yīng)力大小、鉆井液類(lèi)型和密度、施工時(shí)間長(zhǎng)短等。軟泥巖具有強(qiáng)度低、水化膨脹性強(qiáng)、環(huán)境敏感性強(qiáng)等基本特性。軟泥巖的這些特性使得在其地層中鉆進(jìn)變得特別復(fù)雜和困難，極易出現(xiàn)鉆孔縮徑、坍塌、卡鉆等孔內(nèi)事故。

1 軟泥巖地層鉆進(jìn)時(shí)存在的主要問(wèn)題

由于軟泥巖具有蠕變特性，因此在鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)給鉆井液維護(hù)、孔壁穩(wěn)定帶來(lái)各種問(wèn)題。

1.1 鉆井液流變性控制難

軟泥巖地層的黏土含量高，水化分散能力強(qiáng)，其高水化分散的特性使鉆井液的流變性難于控制。在鉆進(jìn)過(guò)程中，隨著軟泥巖中黏土成分的水化分散，鉆井液的黏度和切力不斷增加。過(guò)高的黏度和切力會(huì)對(duì)鉆井液的流動(dòng)性和凈化工作帶來(lái)極大的影響。同時(shí)，高固相和高切力的鉆井液會(huì)造成泥餅質(zhì)量差，泥餅虛厚，鉆井液濾失量大，濾失量難于控制。

1.2 鉆井液固相含量高

軟泥巖的水化分散性使井眼內(nèi)的泥質(zhì)和固相含量大增。一方面，高固相含量會(huì)使泥餅質(zhì)量變差，使鉆井液濾失量增加。鉆井液濾失量的增加又加速了黏土的水化，從而形成一種水化、濾失的惡性循環(huán)。隨著濾失量的增加，泥餅不斷加厚，造成起下鉆阻力增大，甚至出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。另一方面，固相含量的增加，特別是亞微米顆粒固相的增加，將會(huì)給鉆進(jìn)速度帶來(lái)很大的影響。

1.3 鉆孔縮徑或坍塌

軟泥巖所具有的蠕變性使得其在上覆巖層的作用下緩慢流動(dòng)而使井眼失穩(wěn)。這時(shí)，井眼會(huì)出現(xiàn)縮徑或坍塌現(xiàn)象。同時(shí)，黏土顆粒的水化引起孔壁巖石剝落，也會(huì)導(dǎo)致鉆孔縮徑或坍塌現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1.4 形成鉆頭泥包

軟泥巖水化還容易使大量泥質(zhì)固相吸附于鉆頭表面，形成鉆頭泥包，造成鉆頭泥包卡鉆。

2 軟泥巖鉆進(jìn)技術(shù)研究

針對(duì)軟泥巖的特性及其在鉆進(jìn)中存在的問(wèn)題，本文主要從鉆井液和鉆進(jìn)工藝技術(shù)兩方面對(duì)軟泥巖地層鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究。

2.1 鉆井液工藝技術(shù)

2.1.1 鉆井液體系的選擇

在軟泥巖地層鉆進(jìn)時(shí)，首先要選擇鉆井液體系，要求鉆井液具有強(qiáng)抑制性和高固相容限。室內(nèi)研究認(rèn)為，適合于大段活性軟泥巖地層鉆進(jìn)的鉆井液應(yīng)具有以下特性：①較強(qiáng)的包被抑制性。抑制軟泥巖的水化分散是軟泥巖鉆井液技術(shù)的重點(diǎn)所在。②較高的固相容限。較高的固相容限不僅可以使鉆井液具有較好的抗固相污染能力，還可以減少鉆井液固相控制處理的工作量。③良好的攜砂能力。鉆井液良好的攜砂能力能夠有效將鉆屑帶到地面，以免因鉆屑在鉆井液中停留的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而消耗處理劑和增加鉆井液固相含量。④潤(rùn)滑性。在鉆井施工中，由于軟泥巖地層的黏彈性很強(qiáng)，鉆屑極易黏附在鉆頭、扶正器、鉆桿接箍處，形成“泥包”，引發(fā)卡鉆。因此，在鉆進(jìn)中，要加入足量的潤(rùn)滑劑和防泥包劑。⑤軟抑制。這是鉆井液設(shè)計(jì)的一種新思路。傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽抑制的方式雖然能有效地抑制地層的水化膨脹，但會(huì)造成近井壁帶硬化（硬抑制），給起下鉆帶來(lái)一系列問(wèn)題。室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用軟抑制，即將研究合成的具有適度分子量和高的正電荷的有機(jī)物作為抑制劑，通過(guò)正電荷壓縮雙電層抑制黏土水化膨脹，使近井壁地層不至于變硬。

2.1.2 鉆井液維護(hù)

合理的鉆井液維護(hù)能使鉆井液發(fā)揮其應(yīng)有的性能。這對(duì)于保證軟泥巖地層的正常鉆進(jìn)有著重要的作用。鉆井液維護(hù)要從鉆井液配制開(kāi)始，并貫穿鉆井液使用的整個(gè)過(guò)程中。

2.1.2.1 維持鉆井液的膠體穩(wěn)點(diǎn)

鉆井液膠體的穩(wěn)定性是其抑制黏土水化分散的基礎(chǔ)，因此，應(yīng)時(shí)刻保持足夠的護(hù)膠劑。良好的鉆井液膠體穩(wěn)定性還能實(shí)現(xiàn)鉆井液的分散—抑制平衡，即鉆井液中黏土顆粒的水化分散與鉆井液對(duì)黏土顆粒的包被抑制達(dá)到平衡，從而保持鉆井液坂土含量的穩(wěn)定。

2.1.2.2 控制鉆井液的坂土含量

軟泥巖地層水化分散能力極強(qiáng)，容易導(dǎo)致鉆井液坂土含量過(guò)高。過(guò)高的坂土含量會(huì)造成鉆井液流變性難于控制、鉆井液濾失量大和部分處理劑難以發(fā)揮作用等問(wèn)題。通常，坂土含量應(yīng)控制在3%以下?？刂沏@井液的坂土含量主要從以下3方面入手：①采取合理、有效的固控措施；②加入適當(dāng)?shù)陌灰种苿?，使鉆井液中的細(xì)小顆粒沉淀到底部；③加水稀釋。

2.1.2.3 保證適當(dāng)?shù)你@井液密度

由于軟泥巖地層具有易蠕變的特性，因此，為了防止因孔壁失穩(wěn)而出現(xiàn)蠕動(dòng)變形，應(yīng)盡量通過(guò)調(diào)整鉆井液密度來(lái)平衡地層壓力或減少因地層壓力而引起的鉆孔縮徑。

2.1.2.4 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)

加強(qiáng)對(duì)鉆井液性能的監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握鉆井液在鉆進(jìn)軟泥巖地層時(shí)的性能變化，及時(shí)調(diào)整鉆井液性能，使其滿(mǎn)足鉆進(jìn)要求。

2.1.3 適用于軟泥巖地層鉆進(jìn)的鉆井液技術(shù)

2.1.3.1 運(yùn)用多聚物復(fù)合鹽欠飽和鉆井液體系

該鉆井液體系的應(yīng)用重點(diǎn)在于增強(qiáng)鉆井液的膠體穩(wěn)定性，提高鉆井液的抗黏土侵蝕能力，增強(qiáng)體系的抑制性。典型的鉆井液體系是在欠飽和鹽水體系的基礎(chǔ)上，加入FA367、PAM、XY-27等聚合物，并保持鉆井液的pH值在7～8之間。該體系克服了因軟泥巖高度水化分散帶來(lái)的污染問(wèn)題。

2.1.3.2 采用鉀石灰聚磺鉆井液體系

鉀石灰聚磺鉆井液中的Ca2+通過(guò)Na+/Ca2+交換，將鈉土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}土。鈣土水化能力弱，分散度低，因此轉(zhuǎn)化后體系分散度明顯下降。同時(shí)，鉀石灰聚磺鉆井液本身也是一種無(wú)機(jī)絮凝劑，會(huì)壓縮黏土顆粒表面的擴(kuò)散雙電層，使水化膜變薄，ζ電位下降，從而引起黏土晶片面與面、端與面聚結(jié)，造成黏土顆粒分散度下降。另外，在鉀石灰聚磺鉆井液加入了抑制黏土分散的鉀，它能進(jìn)人黏土晶層間，靠靜電作用吸引晶層，抑制黏土和頁(yè)巖的水化膨脹作用，提升井眼的穩(wěn)定性。鉀石灰聚磺鉆井液具有非常好的穩(wěn)定性，長(zhǎng)時(shí)間靜置后性能無(wú)大的變化，可以改善泥餅質(zhì)量。在配制時(shí)，鉀鹽鉆井液對(duì)基漿的膨潤(rùn)土較敏感，膨潤(rùn)土含量較高時(shí)性能很難控制，因此在現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化前，應(yīng)由化驗(yàn)室在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上給出定量方案，依據(jù)與地層礦物及地層水的配伍性?xún)?yōu)選出一些處理劑。

2.2 鉆進(jìn)工藝技術(shù)

2.2.1 鉆頭和鉆進(jìn)參數(shù)的正確選擇

軟泥巖地層強(qiáng)度低，壓入硬度小，可在小的軸向壓力下切入巖石。當(dāng)切入深度較大時(shí)，巖屑的顆粒也較大，但容易分散成小粒，鉆速很快，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的巖份量大，要求鉆頭易于排粉。該類(lèi)地層黏結(jié)性較大，容易出現(xiàn)糊鉆或遇水膨脹等問(wèn)題，因此需要大的環(huán)空間隙。在該地層中鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)選用硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)，并且要適當(dāng)加大鉆頭的出刃和水口。當(dāng)需要取心時(shí)，最好選擇帶肋骨的鉆頭鉆進(jìn)。綜合考慮軟泥巖的可鉆性和水化分散性，應(yīng)取低鉆壓、高轉(zhuǎn)速、大泵量的參數(shù)配合。

2.2.2 合適的鉆具組合

軟泥巖地層具有蠕變特性，且鉆具在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中與孔壁產(chǎn)生的黏滯力較強(qiáng)，因此，在軟泥巖地層鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)盡量簡(jiǎn)化鉆具組合，避免鉆具連接時(shí)出現(xiàn)過(guò)多的臺(tái)階，降低起下鉆摩阻和卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。另外，有條件的施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)盡量帶上震擊器和安全接手，以減少卡鉆事故發(fā)生時(shí)帶來(lái)的影響。

2.2.3 短起下鉆作業(yè)和起下鉆劃眼

軟泥巖層的短起下鉆作業(yè)特別重要，不僅有利于及時(shí)修正鉆孔，破壞因蠕動(dòng)向孔內(nèi)移動(dòng)的軟泥巖以及不斷增厚的泥皮，還能防止鉆具在孔內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留而與孔壁間產(chǎn)生過(guò)大的年滯力，保證鉆進(jìn)和起下鉆的順利進(jìn)行。

起下鉆過(guò)程中的劃眼能有效降低因孔壁變形帶來(lái)的起下鉆摩阻和卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

通過(guò)論述，我們可以得出以下幾個(gè)結(jié)論：①軟泥巖地層具有一定的特殊性，在該類(lèi)地層鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)從鉆進(jìn)液和鉆進(jìn)工藝技術(shù)等方面入手采取有針對(duì)性的措施，多管齊下，協(xié)同進(jìn)行，以期取得更好的鉆進(jìn)效果。②在選擇鉆進(jìn)液時(shí)，應(yīng)充分考慮軟泥巖地層本身的特性和鉆進(jìn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，選擇具有強(qiáng)抑制性、高固相容限和潤(rùn)滑性能好的鉆井液體系。③在使用鉆井液的過(guò)程中，要勤監(jiān)測(cè)、勤調(diào)整，隨時(shí)掌握鉆井液的性能變化情況，始終保持鉆井液的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。④在鉆進(jìn)工藝技術(shù)方面，要選擇適合軟泥巖地層鉆進(jìn)的鉆頭，并適當(dāng)增大鉆頭出刃和水口；在鉆具組合方面，要盡量簡(jiǎn)化鉆具結(jié)構(gòu)；在鉆進(jìn)參數(shù)的選擇上，要遵循“低鉆壓、高轉(zhuǎn)速、大泵量”的原則；注意短起下鉆和起下鉆劃眼。

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〔編輯：劉曉芳〕