大位移井钻井液关键技术问题

大位移井钻井液关键技术问题

摘要：文章以大位移井钻井液关键技术问题为研究对象，分别对其关键技术问

题如钻具磨阻与扭矩控制技术问题、井壁稳定技术问题、井眼净化技术问题进行

了研究分析，并提出了一些相应改进措施以供参考。

关键词：大位移井；钻井液；关键技术

1 降阻与降扭矩技术

1.1 科学选定钻井液体系

在大位移井作业中较为常用的钻井液主要有三种，分别为合成基钻井液、油

基钻井液与水基钻井液，在具体的钻井作业中，需要紧紧围绕设计情况选定最为

适宜的钻井液类型。为有效降低摩阻与扭矩，大位移井通常要运用具有良好润滑

能力的钻井液，如油基钻井液与合成基钻井液。近几年通过调查发现，世界范围

内约有七成左右的大位移井都采用油基/合成基钻井液。然而，传统意义上的钻井液主要将原油作为基础油，无法满足环保需求，而且造价很高。目前，很多专业

公司都开发出低毒性油基钻井液，改用基础油为白油，同时形成稳定的钻井液体系，如Vert-oil体系等。

1.2 钻井液性能调整

对于大位移井的钻井液而言，其流动摩擦主要和黏度、流速、管壁平滑度等

因素有关。在加入适宜的润滑材料以后，可借助钻井液管道管壁进行吸附，因此

提升管壁平滑度，达到降低摩阻的作用，同时也可采取性能调整策略类减少摩阻。对钻井液的黏土实际含量进行有效控制，同时运用固控装置，减少劣质固相的含量，缩减泥饼厚度，减小钻具和泥饼之间的接触面积；合理应用调节剂，对钻井

液粘滞性与流变性进行调整，进而达到提升润滑能力的目的。

1.3 润滑防卡技术

大斜度大位移井由于井斜大、水平位移长，在钻井及其它作业中，钻具、测

井仪器等与井壁的接触面积大，使得摩阻和扭矩增大，因此钻井液必须具有良好

的润滑性能，防止托压现象和粘附卡钻事故的发生，确保钻井和完井作业的顺利

进行。

2 大位移井钻井液关键技术问题

2.1 钻具磨阻与扭矩控制技术问题

对于大位移井来说，由于其具有井斜大，裸眼段长等特点，因此在具体进行

钻井过程中，会出现钻井管柱在井眼中出现偏心问题，在较长的裸眼井段中，钻

具与井壁解接触面积会更大，从而导致正常作业的钻井管柱会承受更大的摩擦阻

力与扭矩，进而对大位移井延伸造成了严重的限制问题，同时对井壁稳定性也造

成了不利影响。基于此，通过进一步改良钻井液体系，提升钻井液的润滑性，可

以有效减少钻具磨阻与扭矩，提高大位移井的延伸性能。因此需要选择合适的钻

井液体系。当前大位移钻井在作业过程中常用到三种钻井液体系，第一种是油基

钻井液体系，其以油作为连续相的油包水乳化钻井液，具有抗污染能力强，更加

有利于井壁的稳定、对油气层损害程度更小等优点，但这一类钻井液体系使用成

本较高，并且不利于环境保护；第二种是合成基钻井液体系，其在保留油基钻井

液优点的基础之上开发而来，其中应用最为广泛的为第二代合成基钻井液，其由

线性α烯烃、线性烷基苯、内烯烃、线性石蜡构成，相对于油基钻井液体系更为

环保。最后一种是水基钻井液体系，目前常见的水基钻井液体系有PEC钻井液、PEM钻井液、小阳离子钻井液等，其中PEM钻井液在我国海域应用较为广泛，

技术体系相对更加成熟，并且更加有利于环境保护，极大大促进了我国海洋油气资源的优化发展。

2.2 井眼净化技术问题

大位移钻井在作业过程中除了具有井斜大，裸眼段长特点，还具有钻井液的排量小、环控返速低以及钻具在井筒作业过程中易出现偏心等特点，从而使得携岩困难问题难以避免。所谓携岩困难简单来说就是指大位移钻井在作业过程中产生的岩屑难以得到有效的净化与转移，从而会引起一系列问题，如增大钻具的磨阻与扭矩，降低机械转速等，因此做好井眼净化，对于大位移井钻井具有重要的意义。从大位移井钻井液的角度来看，需要做好以下方面：一是选择合理的钻井液黏度来确保井眼清洁效果，据国外研究表明，对于大位移井作业来说，控制好钻井液的流态与钻井液黏度可以起到很好的井眼净化作用，其中在钻井液流态控制上主要利用低反诉平板型层流原理可以有效清除岩屑。二是对钻井液排量范围也需要进一步优化，作为井眼净化的关键因素，通过结合大位移井实际作业过程合理计算出钻井液排量范围，可以有效提升井眼净化的效果。

3 井眼净化技术

3.1 钻井液流变性的优化调整

通过水平管路设备的模拟试验可知，不同类型钻井液主要具有相同的流变性能，则它们的井眼净化能力没有太大差别，基于此，在一致的动态条件下，井眼净化能力主要和流变性有关。如果钻井液的环空返速保持固定，对钻井液流型进行调整，并选取适宜的流变参数是确保净化效果的关键。从环空钻井液自身流态角度讲，紊流较层流更容易对岩屑进行携带，一般不会形成岩屑床，但是大位移井的井深通常较大，这一方法会受到场地条件限制。若环空钻井液的流态属于层流，则需对流变性实施调整，将平板层流改变为尖峰层流，以此有效改善携岩性能。

3.2 井壁稳定技术

3.2.1 提升泥页岩膜效率

一部分泥页岩渗透率相对较低，主要起到半透膜的作用。针对孔隙与裂隙较发育的地层，可使用硅酸盐等形成体系，对膜效率进行改善，同时再借助封固材料，强化孔缝能力，进而降低滤液的不断侵入，延缓压力的传递，确保井壁的可靠性。

3.2.2 抑制水化作用

由于部分泥页岩可发挥半透膜的作用，通过对水活度的降低，促使化学渗透压对滤液的侵入进行抵消，进而从根本上确保井壁的稳定性。

4 发展方向及趋势

水基钻井液的摩阻问题是制约其在大斜度大位移井钻井过程中应用程度的一个非常关键问题，因此，今后大斜度大位移井钻井的一个重要研究方向仍然在于进一步研制和优选出高效润滑剂，以及采用复合润滑技术等手段来改善水基钻井液的润滑防卡性能，以达到接近油基、合成基钻井液的润滑效果，以提高其作业能力。大斜度大位移井钻井技术是一项实施难度极高的钻井技术，其涉及到的井壁稳定、润滑防卡、井眼净化、油气层保护等关键技术难点均与钻井液技术密切相关，但仅仅依靠优选出性能优异的钻井液体系是无法解决的。因此，除了需要形成集井壁稳定、润滑防卡、井眼净化、油气层保护于一体的钻井液工艺技术，今后还要形成集钻井液、钻井工艺、定向、测井、固井、完井、信息处理、软件开发、作业过程管理等一系列尖端技术于一体的配套工艺技术，只有具有这种全