钻井液配制及其性能测评

钻井液配制及其性能测评

摘要：本文探讨了钻井液的组成和类型，钻井液属于复杂的多相多级胶体-悬浮体分散体系，对甲酸盐钻井液配制及其性能测评，甲酸盐钻井液体系，具有广泛配伍性、储层保护性好、固相容纳能力强、可降解等特点，能较好解决井壁稳定与储层保护的矛盾，适合在目的层使用。

关键词：钻井液配方储层保护井壁稳定

油井钻井的基本功能是打开找油、找气和采油、采气的通道，是实现油气勘探开发的重要工程手段。为油井钻井、完井服务是钻井液的目的，钻井、完井的需要是钻井液发展的动力。因此，钻井液的功能就体现在油井钻井、完井的两个方面，即在整个钻进过程中，要保持安全优质快速低成本钻井；在进入油层时，要具有保护储层的作用。所以，钻井液的功用也就是钻井、完井对钻井液的基本要求。

一、钻井液的组成和类型

钻井液属于复杂的多相多级胶体-悬浮体分散体系。它既可以是固体分散在液体中，或者是液体分散在另一种液体中，也可以是气体分散在液体中，或者是液体分散在气体中所形成的分散体系。钻井液的基本成分由分散相+分散介质+化学处理剂组成。各相具体成分可以是：处理剂（各种维护分散体系稳定和调整分散体系性能的化学添加剂）。在以水为连续相的水基钻井液中，通常用重量体积百分含量表示钻井液配方中各组分，不考虑处理剂本身的体积。例如，某种水基钻井液组分为：1000ml水+ 50g膨润土+ 20g处理剂。用组分表示的钻井液配方为：5%膨润土浆+2%处理剂。

随着钻井工艺技术的不断发展，钻井液的种类越来越多。目前，国内外对钻井液已有各种不同的分类方法，其中较简明的分类方法有以下几种：按照密度大小可将钻井液分为高密度钻井液和低密度钻井液，高低密度的界限一般为1.35g/cm3。

按照与粘土水化作用强弱程度可将钻井液分为抑制性钻井液和非抑制性钻井液；按照连续相性质可将钻井液分为水基钻井液、油基钻井液和气基钻井液。

根据美国石油学会（API）和国际钻井承包商协会（IADC）认可的钻井流体共有九个类别：①不分散钻井液；②分散钻井液；③钙处理钻井液；④聚合物钻井液；⑤低固相钻井液；⑥盐水钻井液；⑦油基钻井液；⑧合成基钻井液；⑨空气、雾、泡沫和充气钻井流体（俗称低压钻井液）。

二、钻井液配制及其性能测评

1、甲酸盐钻井液配制

经过大量资料调研和室内研究，确定出以生物聚合物、改性淀粉为主的甲酸盐钻井液体系，基本配方为：清水+10%～40%甲酸盐+0.2%～0.5%生物聚合物+2%改性淀粉+1%防水锁剂+1%～1.5%超细碳酸钙。

2、抑制性

钻井液的抑制性是其防塌能力的体现，具有较强抑制性的体系可以有效防止泥岩地层井壁因吸水膨胀而坍塌。岩心滚动回收率是衡量抑制性的重要指标。实验中取岩屑过孔径为3.2～4.0mm的筛，做回收率试验，实验条件为：在钻井液中加入50g的岩心，在120℃下滚动16h，出罐后用孔径为0.45mm的筛回收，烘干，称重，记下回收岩屑的重量。通过聚合物钻井液、有机硅钻井液和甲酸盐钻井液的对比，三者岩心回收率分别为81.0%、88.0%和92.0%，说明甲酸盐钻井液的回收率最高，能很好地抑制泥页岩的水化膨胀与分散。

3、抗温性

众所周知油井基本上都是高温高压的，钻井液体系中的聚合物在达到一定温度时会发生分解，因此要求具有一定的抗温性，实验中对甲酸盐完井液的抗温性能进行了评价。取配制好的待测完井液400ml倒入滚筒中，拧紧盖子，再放入滚子炉里，在120℃下加热滚动16小时，待冷却后，将钻井液倒入高搅杯中并置于高搅器上，高搅5分钟至均匀，然后分别测定钻井液的流变性、密度和滤失量。再在130℃、140℃、150℃下分别进行相同的实验，并与热滚前进行对比。实验发现，甲酸盐高温老化不明显，稳定性高。

4、抗固相污染能力

在钻井施工过程中，固相控制不能满足施工要求常会造成钻井液中有害固相含量增加，这就要求体系具有较高的抗固相污染能力，以保持体系性能稳定，完井液抗固相污染能力的评价也是实验内容之一。取待测完井液，用岩粉（过孔径为0.154mm的筛）做污染实验，在其中分别加入10%、20%、30%、40%的岩心粉，高搅20分钟至均匀，在120℃下老化16h再测定其流变性、密度和滤失量，并与污染前进行对比。随着岩屑含量的增加，悬浮颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用增强，塑性黏度略有上升，当固相含量达到4%时，塑性黏度不再增加，说明甲酸盐钻井液的固相容纳能力较强。

5、腐蚀性

现有的盐水体系如钠、钾、钙和锌的氯化物和溴化物都会引起严重的金属腐蚀，随着井深增加，温度上升，对金属电化学腐蚀速度也相应加快，严重时会发生穿孔甚至断裂，导致整个油井的报废。而且强腐蚀性液体本身就是一种对环境有害的物质，钻井完井液的腐蚀性的大小是衡量其质量好与坏的重要标志。研究发现，甲酸盐钻井液对金属设备的腐蚀性比普通钻井液差。

三、现场应用

1、稳定性

甲酸盐钻井液黏度能够长时间稳定在一定范围内，起下钻过程中其黏度增加值仅为3～5s，切力几乎无变化，高温高压失水保持在12mL左右，并且能够有效控制地层黏土分散造浆。没有因固相的侵入而出现增黏、拔活塞和下钻不到底等现象。

2、储层保护效果好

钻进中钻井液的API失水控制为3～4mL，高温高压失水控制在12mL左右，固相含量保持为2%～4%，降低了固相和液相对气层的污染，表明甲酸盐钻井液在施工中取得了良好的储层保护效果。

3、井眼稳定

由于钻井液中固相较低，钻井液流动时和静止后黏度均较低，开泵容易，起下钻和开泵时没有出现较大的压力波动，有利于井眼稳定。钻井液体系较高的动塑比使得钻进中返砂均匀，每次下钻到底只返出少量钻屑，说明井眼稳定。

4、润滑性良好

甲酸盐钻井液的摩阻小于0.07，起下钻顺利，接单根正常，定向井段扭矩小于5kN·m。钻进过程中没有出现阻卡和拖压现象。

四、结论

（1）甲酸盐钻井液体系，具有广泛配伍性、储层保护性好、固相容纳能力强、可降解等特点，能较好解决井壁稳定与储层保护的矛盾，适合在目的层使用。

（2）在现场应用过程中，结果表明，甲酸盐钻井液在性能维护、油气层发现、抑制防塌、润滑防卡等方面具有较强的优势，为以后的推广应用奠定了基础。

（3）研究的甲酸盐钻井液体系由于组成成分对温度敏感，以后需对高温条件下的使用继续深入研究。

（4）利用高效的固控设备并保证足够的使用率，有利于提高甲酸钾钻井液的使用效果。

参考文献

[1] 孙金声，唐继平，张斌，汪世国，尹达，梁红军，刘雨晴. 超低渗透钻井液完井液技术研究[J]. 钻井液与完井液. 2005（01）