盛楊 孫鑫地

摘要：本文分析了井壁穩(wěn)定的機(jī)理，在總結(jié)防塌鉆井液技術(shù)的進(jìn)展基礎(chǔ)上提出井壁穩(wěn)定的鉆井液措施。當(dāng)前，保持井壁的穩(wěn)定性，順利快速地鉆井是減少鉆井成本的主要方式，而鉆井液的配方以及處理劑的科學(xué)選擇是解決井壁失穩(wěn)問(wèn)題的重要措施。

關(guān)鍵詞：井壁失穩(wěn);鉆井液;穩(wěn)定

井壁的失穩(wěn)是油氣鉆井工作中時(shí)常面對(duì)的復(fù)雜工程問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，井壁穩(wěn)定性問(wèn)題一直是我國(guó)工程技術(shù)工作者所關(guān)注的焦點(diǎn)。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的努力，雖然我國(guó)在解決這一問(wèn)題上取得了巨大進(jìn)步，但到目前為止，還沒(méi)有形成一套徹底有效的方法來(lái)解決這一問(wèn)題。井壁失穩(wěn)往往是由地質(zhì)因素、頁(yè)巖與鉆井液的相互作用以及鉆井作業(yè)等多種原因所導(dǎo)致的，調(diào)整鉆井液的性能是破解井壁失穩(wěn)難題的重要方法。

一、井壁穩(wěn)定的機(jī)理分析

從國(guó)內(nèi)外來(lái)看，井壁穩(wěn)定性的研究一般包括以下幾種情況：一是從力學(xué)角度考慮井壁的穩(wěn)定性，主要從井壁分布、巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則和本構(gòu)關(guān)系等方面進(jìn)行分析。二是從頁(yè)巖水化的化學(xué)角度考慮井壁穩(wěn)定性，研究頁(yè)巖水化的機(jī)理和控制頁(yè)巖水化的方法。三是從力學(xué)和化學(xué)相結(jié)合的角度考慮井壁的穩(wěn)定性，從力學(xué)與化學(xué)相互作用的角度，更深入地了解了井壁失穩(wěn)的原因，并找到相應(yīng)的解決辦法。

抗塌水基鉆井液護(hù)壁防塌主要通過(guò)有效密度支撐、封堵防塌、抑制水化等協(xié)同作用。首先，提高了硬脆性巖石裂縫的封閉能力。通過(guò)惰性粒子在巖石裂縫和孔隙中的沉積和沉淀，形成一道有效的屏障，防止濾液進(jìn)入裂縫之中，惰性離子提供的壓力支撐點(diǎn)能夠進(jìn)一步提高井筒的穩(wěn)定性。封堵的實(shí)質(zhì)是通過(guò)控制封堵材料的加入來(lái)減緩濾液向地層中的滲透。根據(jù)剛性粒子堆積理論，不同粒徑的剛性粒子堆積之后會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的微間隙，暫堵帶的滲透率不會(huì)為零。這就要求我們?cè)趬毫蜏囟葪l件下使用具有變形和軟化功能的封堵材料，這是決定封堵能否成功的關(guān)鍵。其次，改善鉆井液的造壁性能。在正壓差的作用下，井壁能夠變?yōu)橹旅艿哪囡?，降低了滲透率，有效防止鉆井液濾對(duì)地層的侵入。最后，抑制頁(yè)巖的水化。主要利用無(wú)機(jī)鹽壓縮表層雙電層的鉆孔土顆粒，同時(shí)中和強(qiáng)土表面的負(fù)電荷，降低顆粒間的電斥力，減緩黏土粒子的水化膨脹速度;或通過(guò)高分子處理劑吸附黏土顆粒的表面特性，起到覆蓋作用，從而阻斷顆粒與水分子的接觸，從而有效降低水分子的滲透速率，抑制黏土顆粒的水化分散。

頁(yè)巖的水化作用和微裂縫的存在是導(dǎo)致井壁失穩(wěn)的重要因素。針對(duì)不同類(lèi)型頁(yè)巖引起的復(fù)雜地下問(wèn)題，我們可以采取對(duì)應(yīng)的防塌措施。從穩(wěn)定井壁的角度出發(fā)，泥頁(yè)巖大致可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是泥頁(yè)巖-軟泥巖，易膨脹，導(dǎo)致井眼縮徑和拔活塞;另一類(lèi)是泥頁(yè)巖-硬脆性泥頁(yè)巖，由于微裂縫引起的剝落塊導(dǎo)致井眼不穩(wěn)定。硬脆頁(yè)巖主要由伊利石、綠泥石等非膨脹性茹土礦物組成。膨脹性黏土里的礦物蒙脫石含量不高，層理和微裂縫較發(fā)育，滲透性不強(qiáng)。硬脆頁(yè)巖的物質(zhì)構(gòu)成決定了其表面會(huì)發(fā)生水化不均勻的現(xiàn)象，造成局部水化，加劇了裂縫的肢解。濾液滲透越深入，裂縫就更加容易開(kāi)裂，最終會(huì)導(dǎo)致剝落和掉塊狀況。因而，我們要減少井壁坍塌現(xiàn)象，主要應(yīng)加強(qiáng)鉆井液封堵裂縫和抑制頁(yè)巖水的能力，還要降低失水性能。

二、防塌鉆井液技術(shù)的進(jìn)展

（一）溫度活化鉆井液體系

這種鉆井液是以KCI聚合物為基礎(chǔ)上添加非離子型醇的燒氧基化化加成物制造的。其作用機(jī)理是：鉆井液中的醇加氧加合物在溫度高于濁點(diǎn)時(shí)能獨(dú)立形成親油乳化顆粒，堵塞頁(yè)巖裂縫，在井口溫度不高時(shí)能還原為水溶液，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。

（二）聚合醇鉆井液體系

這種鉆井液以多元醇為主體制備的環(huán)保型水基鉆井液，具有對(duì)環(huán)境無(wú)污染、對(duì)錄井干擾小、抗塌能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)等。其防塌機(jī)理主要是聚合醇達(dá)到濁點(diǎn)后形成微乳液，能有效地封閉頁(yè)巖微裂縫。多元醇能與黏土形成穩(wěn)定的配合物，其作用遠(yuǎn)強(qiáng)于水與粘土之間的作用。

（三）硅酸鹽鉆井液體系

這種鉆井液沒(méi)有毒性，不會(huì)造成環(huán)境污染現(xiàn)象，無(wú)熒光效應(yīng)，有利于錄井，能夠降低成本。其防塌機(jī)理主要包括以下兩點(diǎn)：第一，硅酸鹽能在地層孔隙中形成不溶性沉積物，堵塞頁(yè)巖微裂縫，防止濾液侵入地層。第二，硅酸鹽能有效抑制粘土礦物的水化膨脹和分散。硅酸鹽能與粘土礦物反應(yīng)形成新礦物，井壁非常致密穩(wěn)定，與氯化鉀、氯化鈉之間具備良好的協(xié)同作用。然而，硅酸鹽也有其自身的弱點(diǎn)，如硅酸鹽沉淀會(huì)造成儲(chǔ)層通道的堵塞狀況，對(duì)PH值較為敏感，與其他鉆井液添加劑的配伍性不好。

三、井壁穩(wěn)定的鉆井液措施

（一）選用適合的鉆井液密度

鉆井液密度對(duì)鉆井液柱壓力具有決定性作用。鉆井液密度低，鉆井液柱壓力就不足以支撐地層的壓力。如果鉆井液密度太高，液柱壓力高于地層孔隙壓力，就會(huì)造成鉆井液侵入頁(yè)巖孔隙的現(xiàn)象，增加了井眼周?chē)?yè)巖的含水量，降低了鉆井液的強(qiáng)度，破壞了鉆井液的穩(wěn)定性。合理的鉆井液密度可以有效平衡地層壓力，對(duì)井筒起到有力的支撐作用。鉆井液密度亦會(huì)對(duì)鉆速產(chǎn)生影響。鉆井液密度過(guò)高，就會(huì)造成液柱壓力過(guò)高，導(dǎo)致鉆具在鉆井液作業(yè)中遇到比較大的阻力，產(chǎn)生地層壓力泄漏的現(xiàn)象，因而鉆井工程中鉆井液的密度應(yīng)當(dāng)達(dá)到“壓而不死，活而不噴”的要求。

（二）優(yōu)選防塌型鉆井液類(lèi)型與配方

首先，在鉆井液體系中加入不同的緩蝕劑，增強(qiáng)對(duì)鉆井液的緩蝕作用。其次，在鉆井液體系中加入不同的封堵劑，封堵地層微裂縫，防止鉆井液濾液滲透到地層中。最后，在鉆井液中加入良好的降濾失劑，可以有效提升鉆井液的失水率和造壁能力，形成致密的泥餅，延緩濾液的滲透速度。在實(shí)踐中，我們應(yīng)根據(jù)不同地層的失穩(wěn)機(jī)理，選擇具有較強(qiáng)抑制和封堵功能的鉆井液體系，以鉆井液密度作為支撐，采取多元協(xié)同抑制和封堵、潤(rùn)滑和防卡措施。

結(jié)語(yǔ)：

井壁的塌陷、掉塊、縮徑、卡鉆等多種失穩(wěn)現(xiàn)象一直以來(lái)都是我國(guó)鉆探工作中需要面對(duì)和解決的難點(diǎn)問(wèn)題。由于我國(guó)油田勘探正在向愈來(lái)愈復(fù)雜區(qū)塊發(fā)展，這一問(wèn)題的解決顯得越來(lái)越重要，如果處理不妥當(dāng)將會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。保持井壁的穩(wěn)定性，順利快速地鉆井是減少鉆井成本的主要方式，而鉆井液的配方以及處理劑的科學(xué)選擇是解決上述問(wèn)題的重要措施。

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