防塌钻井液的选择和应用

防塌钻井液的选择和应用

作者：王伟

来源：《商情》2017年第19期

【摘要】在石油钻井施工过程中，优化钻井液体系，能够提高机械钻速，不断提高石油钻探的效率。而在钻井施工过程中，由于地层失稳易发生垮塌，造成井下复杂。钻井液是井壁稳定性的关键要素，优选防塌钻井液体系，能够避免井垮，提高钻井时效。通过对防塌钻井液的防塌机理进行研究，优化防塌钻井液的配方，使其达到更好的防塌效果。

【关键词】防塌钻井液；选择；应用

钻井液是井壁稳定性的关键因素，由于钻井液体系的不完善，而导致井壁的垮塌，影响钻井施工的顺利进行，降低钻探效率，甚至是填井侧钻等巨大的经济损失。所以研究选择性能优良的防塌钻井液体系，既能满足井壁稳定的需要，又能提高石油钻井的效率。各种防塌钻井液体系的试验和应用，优选出能保证井壁稳定性的体系，满足石油钻井的技术要求，保证井下安全。

一、钻井液概述

钻井液是石油钻井过程中的关键因素，通过钻井液的循环，冷却钻头，润滑钻头和钻具，引导钻具的正常钻进，携带岩屑，稳固井壁，平衡地层的压力等功用。

二、防塌钻井液的选择和应用

为了提高石油钻井的效率，防止井壁失稳垮塌，采取优化的钻井液体系，才能满足钻井安全施工的需要。通过钻井液体系的研究，提高防塌性能；为了达到最佳的防塌效果，优选防塌钻井液体系；依据预钻探井的井下情况，应用防塌钻井液体系，既能提高石油钻井的机械钻速，又能避免发生各种井下事故，为固井施工提供便利条件。

（一）防塌钻井液的选择

经过室内试验研究，和钻井施工现场的应用，获得最佳的钻井液配方，达到预期的防塌效果，满足井下要求。

1.钾基防塌钻井液体系

以氯化钾溶液做基液，配制的钻井液体系，氯化钾属于环保型的溶液，没有毒性，对环境不会造成污染。该体系具有较强的抑制性，适用于一般的泥页岩地层，能够抑制泥页岩的水化膨胀，预防井壁失稳发生井垮。通常与CMC、PAC、SFT、K-1、HQ-1等配合使用，与聚合

物（FA-369、XL-1、FT-1、双聚铵盐等）进行复配，形成钾基聚合物防塌钻井液体系，该体系既能保持较低的滤失量，又能抑制粘度水化分散，维持井壁稳定。但是不适用于需要钻井液密度较高的高温高压地层，因为该体系在高温高压条件下加重后流变性变得较差，不能满足井下要求。

2.硅酸盐钻井液体系

硅酸盐钻井液体系应用时间已比较长久，能够抑制粘土水化膨胀，稳定井壁，具有很好的防塌效果。但是热稳定性不好，流变性难以控制，在固相含量高的条件下显得越发突出。

3.油基钻井液体系

与水基钻井液相比，油基钻井液在井壁稳定性、润滑防卡、抑制页岩水化膨胀和地层造浆，快速钻进等方面都有明显的优势。特别是针对高活性的水敏性地层。已应用于钻探高温深井、海上钻井、大斜度定向井、水平井、各种复杂井段和储层保护的重要手段。目前国内主要应用于钻探页岩气层，既能维持井壁稳定又能保护储层。但是环保压力大，易造成污染，配制成本高，特别是钻遇漏层所造成经济损失巨大。

4.聚胺钻井液体系

聚胺钻井液近年来研发出一类新型强抑制性的水基钻井液体系。该体系具有抑制性强，在高温高密度下仍具有良好的流变性、抗温稳定性、低滤失性和良好的润滑性等特点。有利于钻井液性能的稳定和高温高密度条件下的压差卡钻，有利于井壁的稳定性，预防井下垮塌。

（二）防塌钻井液的应用

为了解决井壁坍塌的问题，保证石油钻探施工过程中的井壁稳定，优化设计和使用防塌钻井液体系，不断提高施工效率，避免发生井壁失稳而导致井垮，保证井下的钻探安全。现场应用，要根据井下要求和不同的地层物理性质来选择合适的防塌钻井液体系。

1.防塌钻井液的防塌机理

无机盐离子的作用：无机盐离子与粘土成分发生作用，改变粘土矿物的成分，防止发生粘土膨胀，提高了井壁的稳固性。

聚合物的包被作用：聚合物钻井液中的水溶性物质，吸附在岩石和井壁上，对井壁起到很好的保护作用，有效地防止了井壁坍塌。

封堵作用：在钻井液中添加封堵剂，能够有效的封堵大的孔洞或裂缝，防止发生井漏的事故，加固井壁，保持井壁的稳固，防止井壁坍塌现象的出现。

实际作业应用中，因其组成的成分不同，所以一种防塌钻井液体系往往具有几种作用机理的防塌机理，例如钾基防塌聚合物钻井液体系，既无机盐离子的防塌机理又有聚合物的包被防塌机理。

2.影响防塌效果的因素分析

优化设计防塌钻井液体系，为了达到最佳的防塌效果，有必要分析影响防塌效果的因素，采取有效的技术措施，解决井壁坍塌的问题，有效地保护井壁，为更好地完成固井施工，奠定了基础。

地层的因素和工程质量因素，对防塌效果均有影响。如果钻井施工过程中，钻井液的密度控制的不合理，引起井漏的故障，极易导致井壁的坍塌，而且影响到后续施工。地质因素的影响，对于低压的大孔洞和裂缝的存在，会导致钻井液的窜流，引起油层的污染，影响到防塌效果。

3.常用防塌钻井液体系的防塌性能分析

钾基聚合物钻井液体系的应用，通过把无机盐离子的作用与聚合物的包被作用结合在一起，既能抑制地层水化膨胀，又能降低滤失性，提高封堵性，稳定井壁，防止井垮。硅酸盐钻井液体系的应用，属于封固性能良好的钻井液体系，具有较好的抑制性，防止井壁坍塌，解决由于泥页岩的水化膨胀而引起井壁坍塌的问题。油基钻井液主要是控制失水，甚至可以达到零滤失，对于水敏性强的地层作用效果更好。聚胺钻井液体系的应用，提高了钻井液稳固井壁的能力，具有非常好的应用前景，达到最佳的使用效果。

三、结论

通过对防塌钻井液的选择和应用的研究，在石油钻井过程中，优选防止地层坍塌的钻井液体系，解决了钻井施工过程中井壁失稳的问题，提高石油钻探的效率。

参考文献：

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