水平井钻井液技术进展

水平井钻井液技术进展

摘要：水平井有浅井、中深井和深井水平井，钻井液针对井眼稳定、减阻防卡、井眼清洁和油气层保护等关键技术进行了深入研究和实践应用，形成了具有油田特色的水平井钻井液技术体系。

关键词：钻井液水平井井眼稳定油气层保护

水平井钻井，不论是浅井、深井，进入造斜段和水平段后摩阻都比直井要大，完井大多需要下入完井管柱，减阻防卡技术不容忽视。通过对水平井携岩能力和井眼清洁的控制以及对低压储层易漏，水平井防漏堵漏技术和油气层保护等，这些是钻井液必须解决的关键技术。

水平井钻井液体系基本上能适应从浅井到深井水平井的需要。浅井地层埋藏浅、欠压实，胶结强度低；深井中下部地层的泥岩水敏性强，硬脆性泥岩易剥蚀掉块、垮塌，通过研究形成了水平井井眼稳定技术。水平井钻井，不论是浅井、深井，进入造斜段和水平段后摩阻都比直井要大，完井大多需要下入完井管柱，因此应用了减阻防卡技术。通过对水平井携岩实践经验进行总结，形成了井眼清洁的控制原则。这些针对水平井钻井实际需求，对钻井液必须解决的关键技术进行研究和应用，取得了良好的效果，保证了水平井钻井、完井作业的安全和施工顺利。

一、井眼稳定研究

1.失稳机理

1.1地质原因

这类泥页岩地层主要位于中深部，在侏罗系、三叠系、二叠系和石炭系都有分布，以弱膨胀性粘土矿物为主，主要成分是伊利石、伊/蒙混层和少量高岭石、绿泥石。由于上覆地层的压实作用，这类泥页岩的颗粒排列定向程度明显增加，微裂隙、层理发育，为钻井液滤液进入提供了条件。

1.2钻井液滤液对泥页岩的作用

水敏性强的泥页岩，水化作用造成岩石内膨胀压增加，破坏了岩石的有效应力，使得岩石颗粒间胶结强度降低，随着水化作用时间的延长，使泥页岩逐渐分散成薄片，引起掉块。

1.3物理作用

1.3.1钻柱对井壁的机械碰撞

1.3.2钻井液液流对井壁的冲刷作用。

2.技术思路

2.1力学稳定：使用合适的钻井液密度达到力学平衡，利用径向支撑应力稳定井壁。

2.2有效封堵：通过有效封堵和形成致密泥饼的方法来维持这个径向支撑，同时，降低钻井液滤液的侵入。

2.3使用沥青类防塌剂。

2.4利用聚合物大分子的包被吸附作用。

3.技术措施

3.1使用合适的钻井液密度，将钻井液液柱压力对地层的正压差控制在合理的范围内。正压差过大，又不能迅速形成封堵时，将加

剧地层坍塌。

3.2加入沥青类防塌剂。沥青在井下温度的作用下软化变形，在井壁上形成多点吸附，起到物理封堵井壁岩石的作用，同时沥青质使泥饼憎水，加大了水分子进入地层的阻力。

3.3在加入防塌剂的基础上，加入超细目碳酸钙等暂堵材料作为架桥粒子与填充粒子，快速有效地形成致密、低渗透的泥饼，保持良好的泥饼质量及较低的滤失量，可进一步提高钻井液的封堵防塌能力。

3.4保持钻井液抑制性

3.4.1适当增加聚合物包被剂的用量，抑制地层的水化；钻屑通过固控设备及时清除，保持钻井液性能稳定。

3.4.2提高钻井液矿化度，钻井液滤液通过离子交换作用抑制地层粘土矿物的水化膨胀。

3.4.3使用聚合物降滤失剂提高钻井液滤液粘度。

3.5钻井液保持良好的剪切稀释特性和触变性，减小流动阻力，减轻对井壁的冲刷，控制起下钻、开泵造成的压力激动。

二、减阻防卡

1.问题的提出

大斜度和水平段钻进，钻具与井壁接触机会增加，旋转或起下钻具时扭矩和摩阻必然增大，特别是起下钻具、下入电测仪器、完井管串时更容易发生遇阻遇卡，所以钻水平井必须考虑减阻防卡。

2.影响因素

2.1地质情况

水平井井眼的不稳定，导致井眼扩大、井径不规则以及携岩困难，这些都会引起井筒与管柱之间的转动扭矩和滑动摩阻增大，比直井更容易发生卡钻。井眼稳定是水平井钻井的重要条件。

2.2钻井工程设计与井眼轨迹控制

钻井工程在设计时就要从井身结构、钻具设计、轨迹设计、完井管柱设计等方面考虑水平井的减阻防卡问题，并且在实钻井眼轨迹控制中精心施工，严格控制好井斜、方位的变化，创造良好的井眼条件。平滑过渡的井眼是减阻防卡的基础。

2.3井眼清洁

如果井眼不清洁，特别是形成岩屑床后，起下钻柱会在某些井段反复遇阻遇卡。

2.4钻井液质量

钻井液优良的润滑性与钻井液内在质量密切相关。根据实践经验得出，低固相、合理的固相颗粒级配是形成薄而致密低渗透泥饼的关键，在优质泥饼基础上降低钻井液摩阻将取得“事半功倍”的效果。

3.技术措施

3.1固相控制

首先是要控制总固相含量。对于一定密度值的钻井液，除了必需的膨润土、处理剂等固相材料外，钻井液的密度应由加重剂来调节，而不能由钻屑来提供。由于钻屑密度低，由它提供所需密度总固相

将大大超标。总固相浓度越高，泥饼越厚，控制润滑性所需处理剂量越大；总固相浓度高，流动阻力增加，泥饼质量差，更容易引发遇阻、粘附卡钻等事故。所以，一定要高度重视固相控制，把有害固相含量降到最低。其次要控制钻井液中固相合理的粒度分布，调节好各粒度分布之间量的关系。只有这样，才能确保形成薄而致密的泥饼。

3.2泥饼质量

配浆用优质膨润土的充分水化与护胶，并且在钻井液中保持合适的含量是形成可压缩的致密泥饼的基础。在固相控制基础上形成薄而致密的泥饼，这也是控制钻井液润滑性的基础。泥饼质量可以用厚度、强度、渗透性来衡量，目前已有专用的仪器和方法来进行评价，要重视利用这些手段来监测泥饼质量及其变化。

3.3润滑剂的选择

所有的油类具有润滑性，油基钻井液的润滑性最好。油在水基钻井液中乳化也具有润滑性，但并不是随加量的增大润滑性持续降低，而是有一个极限，而且油含量过高或乳化不好形成的泥饼虚厚。水平井钻井应选择一些高效的极压润滑剂。另外，完井时在大斜度和水平段加入塑料小球也可以明显降低井眼扭矩和摩阻，有利于完井管柱的下入。

三、结论

1.水平井钻井液完井液技术，根据水平井钻井的实际需求，不断研究和解决新出现的问题，对水平井钻井液体系、井眼稳定、减阻