鉆井液性能及井壁穩(wěn)定問(wèn)題的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

1、第16卷第1期2009年1月收稿日期:2008-04-18;改回日期:2008-10-17。作者簡(jiǎn)介:王中華,男,1965年生,教授級(jí)高級(jí)工程師,1985年畢業(yè)于鄭州大學(xué)化學(xué)系,現(xiàn)任中原石油勘探局副總工程師兼中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院總工程師,主要從事精細(xì)化工和油田化學(xué)研究工作,已公開(kāi)發(fā)表論文220多篇,合作出版論著4部。電話(huà):(03934899235,E-mail :zpebwzh 。目前國(guó)內(nèi)鉆井液技術(shù)水平雖然可以滿(mǎn)足鉆井作業(yè)的要求,但仍然需要不斷的完善與提高,通過(guò)技術(shù)進(jìn)步使鉆井液技術(shù)水平再上新臺(tái)階。從技術(shù)角度來(lái)講,鉆井液永遠(yuǎn)會(huì)面臨新的問(wèn)題,要有新思路,在解決問(wèn)題中不能僅靠經(jīng)驗(yàn),更要注

2、重新技術(shù)的應(yīng)用。從鉆井液性能來(lái)講,應(yīng)該從鉆井一開(kāi)始就重視性能調(diào)節(jié),做好預(yù)處理,這樣可以保證全過(guò)程性能穩(wěn)定,產(chǎn)生好的綜合效果,而一旦等問(wèn)題出來(lái)再處理不僅會(huì)消耗更多的處理劑,而且會(huì)產(chǎn)生一系列的復(fù)雜情況,不利于節(jié)約成本和提高效率。針對(duì)鉆井液技術(shù)現(xiàn)狀及現(xiàn)場(chǎng)存在的一些問(wèn)題,從提高鉆井液技術(shù)水平的角度出發(fā)就有關(guān)問(wèn)題談幾點(diǎn)認(rèn)識(shí),以供參考。1主要認(rèn)識(shí)1.1膨潤(rùn)土含量膨潤(rùn)土是鉆井液中不可缺少的東西,鉆井液性能和膨潤(rùn)土密切相關(guān)。對(duì)于鉆井液體系,要重視膨潤(rùn)土含量的控制,膨潤(rùn)土含量的控制要從鉆井一開(kāi)始就考慮。膨潤(rùn)土含量高是鉆井液性能不穩(wěn)定的根源,合理控制膨潤(rùn)土含量可以提高鉆井液的高溫穩(wěn)定性和抗鹽污染能力。在滿(mǎn)足鉆井液

3、攜砂能力的情況下盡可能降低膨潤(rùn)土含量,這樣可以減少處理劑的消耗,減少其他一些不必要的麻煩。特別是鉆遇易造漿地層時(shí),更應(yīng)該注意膨潤(rùn)土含量的控制。從某種意義上講,膨潤(rùn)土含量的控制是鉆井液技術(shù)水平提高的具體體現(xiàn)。近年的實(shí)踐表明,由于現(xiàn)在的鉆井液體系膨潤(rùn)土含量控制較好,稀釋劑用量已明顯減少,甚至不再使用,說(shuō)明鉆井液稠化現(xiàn)象隨著膨潤(rùn)土含量的控制已經(jīng)得到解決。1.2鉆井液密度鉆井液密度的確定,首先是滿(mǎn)足安全鉆井的需要,其次才考慮其他方面。不同地區(qū)地質(zhì)條件不同,對(duì)密度要求也不同。通常,降低密度有利于提高鉆井速度,減摘要對(duì)鉆井液中膨潤(rùn)土含量、鉆井液密度、抑制性、濾失量、固相控制、處理劑質(zhì)量和井壁穩(wěn)定等問(wèn)題進(jìn)行

4、了探討,認(rèn)為根據(jù)具體情況合理控制并提前考慮調(diào)整鉆井液性能,有利于改善鉆井液的穩(wěn)定性和提高抗溫、抗污染能力。并提出在井壁穩(wěn)定和堵漏處理中要用動(dòng)態(tài)的觀念進(jìn)行分析,以提高措施的針對(duì)性和有效性。關(guān)鍵詞鉆井流體;膨潤(rùn)土含量;密度;抑制性;濾失量;固相控制;井壁穩(wěn)定;井漏中圖分類(lèi)號(hào):TE254文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A鉆井液性能及井壁穩(wěn)定問(wèn)題的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)王中華(中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院,河南濮陽(yáng)457001文章編號(hào):1005-8907(200901-089-03Views on the problems of drilling fluid properties and wellbore stabilityWan

5、g Zhonghua(Research Institute of Drilling Engineering and Technology ,Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau ,SINOPEC ,Puyang 457001,China The problems of concentration of bentonite,density,rejection capability,filtrate quantity,drilling fluid solids control,quality additives of drilling fluid and w

6、ellbore stability,etc.were preliminary studied.It is believed that according to practice instance to rationally dominate and adjust the performance of drilling fluid considered ahead of time will help to improve the stability of drilling fluid,the anti-temperature and anti-pollution capacity.The pap

7、er put forward that trend concept must be used to treat wellbore stability and lost circulation in order to improve the direction and effectiveness of the measures.Key words:drilling fluid,concentration of bentonite,density,rejection capability,filtration loss,solids control,wellbore stability,lost

8、circulation.斷塊油氣田FAULT-BLOCK OIL &GAS FIELD892009年1月第16卷第1期斷塊油氣田少鉆井液的流動(dòng)阻力和內(nèi)摩擦力,但有時(shí)也不完全是這樣,要看地層的穩(wěn)定性和地層流體的活度哪方面占優(yōu)勢(shì)。有一種觀念認(rèn)為密度低可以保護(hù)產(chǎn)層,但這是片面的,有時(shí)反而需要提高密度形成暫堵層來(lái)保護(hù)儲(chǔ)層。1.3鉆井液抑制性抑制性對(duì)鉆井液的作用很關(guān)鍵,不能把抑制性?xún)H僅看作是防塌,要與井壁穩(wěn)定一起考慮。從井眼穩(wěn)定性和鉆井液穩(wěn)定性方面來(lái)講,鉆井液的抑制性至關(guān)重要。在實(shí)際工作中通常不把抑制性看得很重要,因?yàn)橐种菩栽阢@井液的具體性能中沒(méi)有體現(xiàn),所以是提到得多,考慮得少。目前沒(méi)有一種水基

9、鉆井液體系的抑制性達(dá)到最好,也就是說(shuō)抑制性對(duì)鉆井液的貢獻(xiàn)沒(méi)有充分發(fā)揮,更確切地講,鉆井液的抑制性不夠。這方面有不少學(xué)者已經(jīng)提到,但沒(méi)有得到足夠重視。之所以鉆井液的抑制性不足,不能達(dá)到最佳狀態(tài),是因?yàn)橥ǔＵJ(rèn)為鉆井液的抑制性和鉆井液的穩(wěn)定性存在矛盾,當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)候,總是首先考慮其穩(wěn)定性(特別是濾失量,而放棄提高鉆井液的抑制性,這就是長(zhǎng)期以來(lái)鉆井液抑制性沒(méi)有充分發(fā)揮的根本原因。采用無(wú)機(jī)鹽(K+、Na+、Ca2+比較有效,但加量大,必須要消耗很多處理劑來(lái)使鉆井液性能達(dá)到穩(wěn)定,特別是KCl,其用量必須達(dá)到7%以上才可以發(fā)揮其最佳作用,Ca2+也需要高濃度才可以發(fā)揮期望的作用,但由于普通處理劑抗鈣能力有

10、限,很少采用Ca2+作為抑制劑,目前已經(jīng)基本解決這一問(wèn)題,所以利用鈣離子形成高鈣鹽鉆井液的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)發(fā)揮。對(duì)提高鉆井液的抑制性,最有效的方法應(yīng)該是使用有機(jī)季銨鹽化合物或聚合物,其用量少,吸附能力強(qiáng),作用周期長(zhǎng),應(yīng)該重點(diǎn)考慮。據(jù)國(guó)外資料介紹,有機(jī)季銨鹽是最有效的提高抑制性的化合物1-2,但國(guó)內(nèi)在有機(jī)季銨鹽的利用方面還有差距。另外,Al3+的化合物或絡(luò)合物在一定條件下也可以提高鉆井液的抑制性。這些已經(jīng)在實(shí)踐中得到證實(shí)。1.4鉆井液濾失量無(wú)論從設(shè)計(jì)或是從過(guò)程控制中,總是過(guò)分強(qiáng)調(diào)降低鉆井液的濾失量,一般而言,鉆井液濾失量越低,膠體性和黏滯性越強(qiáng)。有時(shí)候?yàn)榱藢@井液的濾失量降到一定值,需要增加很多材料,進(jìn)

11、一步增加了鉆井液的液相黏度。例如:在同樣組分的情況下,把一個(gè)濾失量為5 mL的鉆井液,將其濾失量由5mL降到4mL需要的處理劑量,甚至要大于把一個(gè)濾失量為25mL的鉆井液,將其濾失量由25mL降到5mL的量。這說(shuō)明在濾失量低的情況下,哪怕將濾失量降低1mL,也需要大量的處理劑。除增加成本之外,由于處理劑用量的增加,鉆井液的液相黏度提高,能量消耗增加,可以說(shuō)濾失量的合理確定有利于減少能量消耗。只要鉆井液的抑制性能達(dá)到要求,綜合性能滿(mǎn)足井下安全的需要,濾失量放寬有利于提高機(jī)械鉆速,有利于節(jié)約成本。因此,可以根據(jù)不同地區(qū)的地層特點(diǎn),在保證井眼穩(wěn)定的前提下適當(dāng)調(diào)整濾失量指標(biāo)。無(wú)固相清潔鹽水鉆井液的優(yōu)勢(shì)

12、正是體現(xiàn)在這一方面。1.5井壁穩(wěn)定在井壁穩(wěn)定方面也要提高認(rèn)識(shí),井壁穩(wěn)定問(wèn)題是可變的、動(dòng)態(tài)的,因此在措施的考慮上要多元化,這里提出一個(gè)“預(yù)防+鞏固”的新概念。首先是鉆開(kāi)地層時(shí)的“預(yù)防”措施,其次是隨后的“鞏固”措施?！办柟獭苯鉀Q的是后期井壁穩(wěn)定問(wèn)題,是長(zhǎng)期的,“預(yù)防”是先期的井壁穩(wěn)定問(wèn)題,相對(duì)而言,后期的穩(wěn)定更重要。同時(shí),井漏在某種意義上也是由于井壁不穩(wěn)定帶來(lái)的問(wèn)題,可以考慮井壁加固,以強(qiáng)化井壁穩(wěn)定,減少井漏發(fā)生。井壁穩(wěn)定措施包括化學(xué)和物理2方面,比較直觀的是鉆井液的密度和抑制性,強(qiáng)化措施可以提高井壁穩(wěn)定效果,如井壁封固、近井地帶加固等,同時(shí)在井壁穩(wěn)定措施中也要考慮防漏和堵漏。對(duì)于硬脆性地層,乳

13、化瀝青可以獲得較好的穩(wěn)定效果。Al3+對(duì)于提高硬脆性和水敏性地層的井壁穩(wěn)定更為有效,Al3+的固壁作用機(jī)理是沉淀的氫氧化鋁最終轉(zhuǎn)變成晶體形態(tài),并逐漸變成頁(yè)巖晶體的一部分,對(duì)頁(yè)巖起穩(wěn)定作用。這種化學(xué)過(guò)程將會(huì)明顯地減輕頁(yè)巖微裂縫中的孔隙壓力傳遞3。1.6鉆井液固相控制對(duì)于鉆井液來(lái)講,固相控制非常關(guān)鍵,特別是低密度固相控制。同等條件下,低密度固相含量越低,鉆井液的內(nèi)摩擦力就越小,有利于減少能量消耗,同時(shí)提高鉆井液的高溫穩(wěn)定性、抗污染等,所以控制低密度固相含量可以保證鉆井液的性能穩(wěn)定。具有絮凝作用的處理劑、無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)胺等均可以控制低密度固相含量,但添加專(zhuān)門(mén)的固相化學(xué)清潔劑可以更有效地降低低密度固相含

14、量,保證鉆井液清潔4。低密度固相含量低,可以減少鉆井液的黏滯性,降低內(nèi)摩阻,在一定程度上有利于發(fā)揮水馬力。目前部分人員對(duì)低密度固相控制的認(rèn)識(shí)還不夠,將來(lái)應(yīng)在這方面重點(diǎn)考慮,通過(guò)低密度固相控制使鉆井液技術(shù)水平進(jìn)一步提高。建議全過(guò)程應(yīng)用固相化學(xué)清潔劑,以有效地控制低密度固相含量。90第16卷第1期2009年1月王中華:鉆井液性能及井壁穩(wěn)定問(wèn)題的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)1.7井漏井漏存在于鉆井全過(guò)程,目前已經(jīng)積累了許多成熟技術(shù),但對(duì)復(fù)雜漏失仍然存在堵漏成功率的問(wèn)題。主要體現(xiàn)在:理論上認(rèn)識(shí)不足,目前堵漏所依據(jù)的理論主要是靜平衡壓力法、單向壓力封堵和橋塞填充法等5。應(yīng)用中這些理論與實(shí)際情況存在差距,一是實(shí)際堵漏過(guò)程中靜

15、平衡和動(dòng)平衡并存;二是從靜平衡來(lái)說(shuō),所掌握的平衡壓力實(shí)際是鉆井液的平衡,而不是堵漏液的平衡。由于堵漏過(guò)程中壓力平衡是變化的,單一的堵漏材料或方法,平衡法還基本適用,但不適用于復(fù)合堵漏或復(fù)雜漏失堵漏;堵漏材料品種少,目前采用較多的有橋塞堵劑、狄塞爾、單向壓力堵漏材料、水玻璃、石灰乳等,最近新出現(xiàn)了凝膠材料,與國(guó)外相比,不僅品種相對(duì)少,對(duì)付特殊井漏的方法更少,還不能適應(yīng)特殊條件或復(fù)雜條件下的漏失封堵,缺乏針對(duì)性強(qiáng)的高效堵漏材料;堵漏技術(shù)和施工措施缺乏科學(xué)性,多數(shù)情況下是憑經(jīng)驗(yàn)施工,缺少科學(xué)施工的依據(jù)和措施,如在漏點(diǎn)判斷、堵漏劑量確定,主要依經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷,缺乏提高一次堵漏成功率的措施,堵漏的成功率低

16、。為了提高一次堵漏成功率,在具體堵漏過(guò)程中,應(yīng)科學(xué)選擇方法,準(zhǔn)確地判斷漏失類(lèi)型和漏層。當(dāng)某一方法效果不明顯時(shí),應(yīng)及時(shí)考慮其他方法,提高成功率,同時(shí)重視采用新材料。通常應(yīng)該注意以下4點(diǎn):1準(zhǔn)確收集相關(guān)資料,如井身結(jié)構(gòu)、鉆至井深、巖性、鉆井液性能、排量、泵壓及變化情況、漏失量、漏速(當(dāng)不能返出時(shí)的靜液面高度;2綜合分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和全部鉆井資料,以便準(zhǔn)確判斷漏失井段、漏失類(lèi)型,并推算漏層的壓力和鉆具下入的深度;3根據(jù)漏失井段、深度和漏失類(lèi)型,選擇合適的堵漏材料和堵漏方法;4堵漏施工中做好計(jì)量。評(píng)價(jià)方法方面,應(yīng)該考慮如何評(píng)價(jià)材料的質(zhì)量和適應(yīng)性,以及堵漏的效果,還需要尋找或建立更能反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的新方法。在

17、可能的情況下,可以考慮反向承壓堵漏的問(wèn)題和波紋管或膨脹管堵漏等技術(shù)。1.8鉆井液處理劑首先是處理劑的質(zhì)量問(wèn)題。從應(yīng)用角度看,處理劑的質(zhì)量將會(huì)影響鉆井液性能的穩(wěn)定和鉆井液技術(shù)水平的提高,這就要求從負(fù)責(zé)的角度嚴(yán)把處理劑的質(zhì)量關(guān),消除由于人際關(guān)系造成的質(zhì)量下降。從生產(chǎn)、供應(yīng)和用戶(hù)多方面共同把關(guān),盡可能使用高質(zhì)量和高純度的產(chǎn)品。統(tǒng)一產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是控制產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑。其次是由于環(huán)境保護(hù)對(duì)處理劑質(zhì)量的要求,對(duì)鉆井液廢棄物及廢物排放逐步進(jìn)行限制,一些地區(qū)甚至提出了更高要求,這就需要在處理劑選用上盡可能采用綠色產(chǎn)品。但在實(shí)際過(guò)程中應(yīng)該消除這樣一種偏見(jiàn),即有些含鉻的處理劑,如FCLS、SMT和SMC等,并

18、非就是禁品。鉻鹽作為一種傳統(tǒng)無(wú)機(jī)處理劑,在一些超高溫水基鉆井液中發(fā)揮了重要作用,關(guān)鍵是量的把握。在生物毒性滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)要求的前提下,這些產(chǎn)品可以放心使用(目前國(guó)外發(fā)達(dá)地區(qū)仍然采用,特別是在高溫井段,如果沒(méi)有鉻,有些處理劑的作用就不能充分發(fā)揮,要保證鉆井液的高溫穩(wěn)定性能就要投入更多費(fèi)用,甚至?xí)?lái)一系列復(fù)雜問(wèn)題。因此,不應(yīng)以是否含鉻而取舍,應(yīng)根據(jù)具體情況確定。2結(jié)束語(yǔ)鉆井液的密度、抑制性和濾失量,鉆井液中膨潤(rùn)土含量和低密度固相的控制,是保證鉆井液良好性能的關(guān)鍵。井壁穩(wěn)定和防漏堵漏關(guān)系到井眼質(zhì)量和鉆井施工能否順利進(jìn)行,因此必須高度重視,并根據(jù)具體情況采用新技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足鉆井液性能控制和井壁穩(wěn)定的需要。同時(shí)還要重視處理劑的質(zhì)量問(wèn)題,目前由于管理和價(jià)格的原因,處理劑的質(zhì)量問(wèn)題比較突出,已經(jīng)制約了鉆井液技術(shù)的進(jìn)步,鉆井液工作者要用發(fā)展的眼光看待處理劑的質(zhì)量問(wèn)題,采用高質(zhì)量產(chǎn)品,以盡可能地減少處理劑用量,防止由于處理劑用量過(guò)大而帶來(lái)的鉆井液黏切高、鉆頭泥包及處理費(fèi)用高等現(xiàn)象,特別要強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)