鉆井液對鉆進施工作業中的影響分析

程相東

摘 要：鉆井液在提高鉆進施工作業中有著獨特的地位和作用，鉆井液的類型和性能等是直接影響鉆井速度和成本的重要因素，了解掌握鉆井液對鉆井效率的影響具有很好的指導作用。

關鍵詞：鉆井液;鉆進;作業;影響;分析

一、鉆井液的迅速發展

鉆井液在鉆井作業和保護油氣層中起到的作用和各方面對鉆井液的嚴格要求，促使鉆井液技術取得了迅速的發展。經過多年的科研開發和生產實踐，鉆井液已從僅滿足鉆頭鉆進發展到適應各方面需求的鉆井液體系。例如為快速鉆井服務的低粘度、低摩擦、低固相的聚合物鉆井液，防卡鉆井液，針對巖石特點的防塌鉆井液，鉆鹽巖層的飽和鹽水鉆井液，保護油氣層的低密度水包油鉆井液，防堵塞油氣通道的油基鉆井液和開發低壓油氣田的泡沫鉆井液等。形成了較為完整的鉆井液體系。

1、鉆井液的類型及組成。

如今優質的鉆井液已不是由一兩種材料（例如膨潤土，俗稱搬土）配制的，保持鉆井液的性能要依靠加入各種處理劑。例如鉆井液潤滑劑、高溫穩定劑、防塌處理劑和防卡處理劑等。據統計，處理劑系列等，已發展到10余類200多種，形成油田化學的一個重要分支。

為清除鉆井液中的固相顆粒，鉆井液中的固相顆粒處理系統已經得到了加強和改進。鉆井液中的固相顆粒像鉆屑、重晶石等，使鉆井液的流動性能變壞，不但破壞了鉆井液性能的穩定，而且增大了循環系統的摩擦力，使設備過早磨損。清除鉆井液中固體含量的主要方法是加強振動篩的振動頻率，采用增加篩網的目數和雙層篩網，提高除砂器、除泥器的除砂效率。另外，有時還用增設分離器來清除鉆井液中的微細顆粒。

2、鉆井液按分散介質（連續相）可分為水基鉆井液、油基鉆井液、氣體型鉆井流體等。

鉆井液主要由液相、固相和化學處理劑組成。液相可以是水（淡水、鹽水）、油（原油、柴油）或乳狀液（混油乳化液和反相乳化液）。固相包括有用固相（膨潤土、加重材料）和無用固相（巖石）?；瘜W處理劑包括無機、有機及高分子化合物。

（1）水基鉆井液。水基鉆井液是一種以水為分散介質，以粘土（膨潤土）、加重劑及各種化學處理劑為分散相的溶膠懸浮體混合體系。其主要組成是水、粘土、加重劑和各種化學處理劑等。水基鉆井液基本經歷了五個階段，一是天然鉆井液;二是細分散鉆井液;三是粗分散鉆井液;四是不分散低固相鉆井液;五是無固相鉆井液和聚合物鉆井液階段等。

水基鉆井液還可分為：1）淡水鉆井液。氯化鈉含量低于10mg/cm³，鈣離子含量低于0.12mg/cm³2）鹽水鉆井液（包括海水及咸水鉆井液）。氯化鈉含量高于10mg/cm³3）鈣處理鉆井液。鈣離子含量低于0.12mg/cm³4）飽和鹽水鉆井液。含有一種或多種可溶性鹽的飽和溶液;5）混合乳化（水包油）鉆井液。含有3%-40%乳化油類的水基鉆井液;6）不分散低固相聚合物鉆井液。固相含量低于4%，含有適量聚合物;7）鉀基鉆井液。氯化鉀含量高于3%。1978年以來開始在我國鉆井現場使用;8）聚合物鉆井液。它是以聚合物為主體，配以降粘劑，降濾失劑、防塌劑和潤滑劑等多種化學處理劑所組成的鉆井液。包括陽離子聚合物鉆井液、兩性離子聚合物鉆井液、全陽離子聚合物鉆井液、深井聚合物鉆井液和正電膠鉆井液等。

3、鉆井液固控設備。越來越多的鉆井隊在換用大型鉆機并使用固控系統。但固控系統不適用于高粘度鉆井液。高粘度鉆井液不像低粘度鉆井液那樣容易過篩，高粘度鉆井液能使鉆井液堵塞鉆井液篩而造成漫篩。另外，對水力旋流器（除砂器、除泥器等）的尺寸要求也增大了。

倒劃眼時要泵入更多的鉆井液，理由是較大的鉆機要使用較大的鉆井液泵。倒劃眼要產生更多的固相，如果沒有大泵要使用低粘度鉆井液。往鉆井液體系中加水，稀釋作用可增加分離設備的效率?？商砑尤魏我环N稀釋劑來稀釋鉆井液，用任何攪拌器來混合鉆井液添加劑，這樣就可能保證鉆井液穩定通過固控設備。

在使用某些聚合物添加劑時，如果使用固控設備，混合不當或在高濃度下能發生問題。PHPA聚合物可包被作用而堵塞網篩的孔眼，這到不是說不能使用這種添加劑，而是說要注意加入聚合物的方法，在固控設備前方不要加入任何種類的鉆井液添加劑。

二、有機鹽鉆井液技術

有機鹽即有機酸鹽，也就是有機酸根陰離子與金屬陽離子、其它類型的陽離子所形成的鹽。

這里說的有機鹽是帶雜原子取代基的有機酸根陰離子與一價金屬離子（鉀離子、鈉離子、銨離子、叔銨離子、季銨離子等）所形成的鹽。該類有機鹽可用一通式XmRn（COO）lMq表示，其中X為雜原子及雜原子基團，R為C0-C10的飽和烴基，COO為羧基，M為一價陽離子。其結構式可表示如下：

有機鹽鉆井液由有機鹽水溶性加重劑Weigh2、Weigh3，降濾失劑Redu 1、Redu2、提切劑Visco1、Visco2、無螢光白瀝青NFA-25、包被劑IND10配制而成。其中，IND10是專門用于含低濃度有機鹽（<15%）鉆井液的處理劑。

提切劑Visco1是硅酸鹽礦物的改性產品，可用通式M1aM2bM3c（OH）dOe表示，M1、M2、為2、3價金屬元素、M3為4價非金屬元素。提切劑Visco2是含磺酸基的聚合物經微交聯合成的高分子化合物。降濾失劑Redu 1是含磺酸基的乙烯基單體、乙烯基單體與纖維素等接枝共聚而成的中小分子量聚合物。 降濾失劑Redu 2是含磺酸基的乙烯基單體、乙烯基單體共聚而成的中小分子量聚合物。

包被劑IND10是乙烯基單體、含磺酸基的乙烯基單體共聚而成的較高分子量的聚合物。

三、鉆井液中產生泡沫的原因及處理

鉆井過程中，要用鉆井液泵將鉆井液沿鉆桿的空心打到鉆井桿底部的鉆頭上，再由鉆桿與井壁的空隙返回地面，返回的同時將鉆下的巖屑攜帶上來，在鉆井液池中巖屑發生沉淀后，干凈的鉆井液再循環使用。鉆井液的作用分為兩個方面：

一是靠前，攜帶巖屑，冷卻鉆頭，潤滑鉆桿，保護井壁;二是平衡地層壓力，這是鉆井液的主要作用。當油層被打開時，油層內的油氣壓力與井筒內鉆井液柱的壓力出現相互制約的關系。

鉆井過程中的泡沫產生途徑主要有以下幾種途徑：

1、在地層中天然氣溢出時，使鉆井液產生泡沫，鉆井液中的表面活性劑有穩泡作用，使得鉆井液產生的泡沫來不及破滅，而又循環到井中;

2、表面活性劑過多;

3、由處理劑受高溫分解或發酵生成的氣體產生的泡沫;

4、實際過程中由于攪拌而卷入的空氣。泡沫過多會影響鉆井液懸浮體系的穩定性，甚至使鉆井液相對密度減小，有時壓不住井噴。

參考文獻

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[3]林立強;鉆井液性能對鉆井的影響及對策[J];中國石油和化工標準與質量;2013年第10期

（作者單位：中石化中原石油工程有限公司技術公司）