鉆井液：匹配為美 適用即佳

1、鉆井液：匹配為美 適用即佳很久以前，人們鉆井通常是為了尋找水源，而不是石油。實(shí)際上，他們偶然間發(fā)現(xiàn)石油時(shí)很懊惱，因?yàn)樗阉廴玖?！最初，鉆井是為了獲得淡水和鹽水，前者用于飲用、洗滌和灌溉，后者用作制鹽的原料。直到19世紀(jì)早期，由于工業(yè)化增加了對(duì)石油產(chǎn)品的需求，鉆井采油才逐漸普及。有記載的最早的鉆井要追溯到公元前3世紀(jì)的中國(guó)。當(dāng)時(shí)的人們使用一種繩式頓鉆鉆井技術(shù)，方法是先使巨大的金屬鉆具下落，然后用一種管狀容器收集巖石的碎片。中國(guó)人在這項(xiàng)技術(shù)上比較領(lǐng)先，中國(guó)也被公認(rèn)為第一個(gè)在鉆探過(guò)程中有意使用流體的國(guó)家。此處所講的流體是指水，它能使鉆具更容易穿透巖石，同時(shí)有助于清除被稱(chēng)作鉆屑的巖石碎片。從鉆孔中清

2、除鉆屑非常重要，因?yàn)橹挥羞@樣，鉆頭才能沒(méi)有阻礙地繼續(xù)深鉆。1833年，一位名叫弗勞威勒（Flauville）的法國(guó)工程師有一次觀察繩式頓鉆鉆井作業(yè)，作業(yè)進(jìn)行中，鉆井設(shè)備鉆出了水。這時(shí)他意識(shí)到噴出的水對(duì)把鉆屑從井中提出會(huì)非常有效。使用流動(dòng)的液體從鉆孔中清除鉆屑的原理由此確立。他設(shè)想了一種裝置，按照這一設(shè)想，泵將水沿鉆桿的內(nèi)側(cè)送至鉆孔內(nèi)，而當(dāng)水經(jīng)鉆桿和鉆孔壁間的縫隙返回到地表后，就會(huì)將鉆屑一并帶出。此操作程序沿用至今。油井鉆得越深，就愈加體現(xiàn)出鉆井液的重要性，它的用途很廣并可解決鉆井中的很多問(wèn)題，而這些問(wèn)題因?yàn)榈貐^(qū)的不同差異極大，對(duì)鉆井液的要求自然也差異極大。鉆井液是鉆井系統(tǒng)工程中重要的組成部分，

3、人們稱(chēng)它為“鉆井的血液”。它不但起到冷卻鉆頭、攜帶巖屑、保護(hù)井身、傳遞水動(dòng)力等作用，更重要的是，合理的鉆井液組成可以滿足快速鉆井的需要，對(duì)油氣層有較好的保護(hù)作用。鄂爾多斯工區(qū)地層變化較大，相距幾十米就大不一樣，很難找到有規(guī)律的借鑒地層；堅(jiān)硬的地層對(duì)鉆具的破壞十分嚴(yán)重，極易造成鉆具早期失效；上部延長(zhǎng)組軟泥巖地層縮徑易引起鉆具遇阻、卡鉆；2000米左右的灰褐色泥巖層，對(duì)PDC鉆頭極易產(chǎn)生“泥包”；目的層的低孔、低壓、低滲，需要鉆井液給予有效保護(hù)，這樣才能提高單井天然氣產(chǎn)量。從事油氣鉆井施工的華北石油局五普大隊(duì)，經(jīng)過(guò)4年多的不斷探索，針對(duì)不同特性地層，開(kāi)發(fā)出不同性能的鉆井液“藥方”，滿足了快速鉆井的

4、需要，將探井的鉆井周期由4年前的60天，壓縮到目前的20多天，開(kāi)發(fā)井的鉆井周期由以前的45天，壓縮到目前的15天左右。將原來(lái)需要3年完成的工期壓縮到1年，無(wú)形中大幅度降低了油氣開(kāi)發(fā)成本。泥漿屏蔽暫堵技術(shù)提高單井產(chǎn)量。鄂爾多斯北部成為中國(guó)石化天然氣重要接替區(qū)之后，有望在較短時(shí)間內(nèi)建成大中型天然氣勘探開(kāi)發(fā)基地。而鄂爾多斯工區(qū)號(hào)稱(chēng)世界性難題的低孔、低壓、低滲儲(chǔ)層，較低的單井產(chǎn)量成為制約商業(yè)化開(kāi)發(fā)的瓶頸。有專(zhuān)家戲言，在該工區(qū)打一口無(wú)氣井很難，打一口高產(chǎn)氣井也很難。針對(duì)存在的單井產(chǎn)量較低的狀況，五普大隊(duì)鉆井技術(shù)服務(wù)公司鉆井液技術(shù)研究人員，把減少鉆井液在鉆井過(guò)程中對(duì)油氣層造成的傷害，作為提高單井天然氣產(chǎn)量

5、的重要途徑。他們積極與科研院校合作，共同進(jìn)行油氣層保護(hù)技術(shù)的研究，優(yōu)選有利于油氣層保護(hù)的鉆井液體系。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格選擇鉆井液材料，優(yōu)化配方，成功研制出有利于儲(chǔ)層保護(hù)的屏蔽暫堵技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)是，運(yùn)用鉆井液中已有的固相離子對(duì)油氣層的堵塞規(guī)律，人為地在鉆井液中加入一些與油氣層孔喉相匹配的架橋粒子、填充粒子和可變形的封堵粒子，使之快速在井壁周?chē)纬?厘米左右滲透率極低的屏蔽環(huán)，從而減少鉆井、固井過(guò)程中鉆井液中的固相和濾液對(duì)油氣層造成的傷害，實(shí)現(xiàn)保護(hù)儲(chǔ)層的目的。同時(shí)還可以有效穩(wěn)定井壁，提高取心收獲率和機(jī)械鉆速。通過(guò)在該工區(qū)試用，施工的大15井、大16井天然氣產(chǎn)量均取得重大突破。尤其是大16井在目的層測(cè)試獲

6、天然氣4.5萬(wàn)立方米/天，無(wú)阻流量超過(guò)20萬(wàn)立方米/天的較高產(chǎn)量工業(yè)氣流，為該地區(qū)的天然氣勘探開(kāi)發(fā)打開(kāi)了新的局面。改善鉆井液流變性破解起下鉆遇阻難題。鄂北工區(qū)在井深800米至1500米之間為淺棕灰色中砂巖與灰綠色不等厚泥巖的延長(zhǎng)組段，由于該延長(zhǎng)組段易縮徑，當(dāng)井徑小于鉆頭直徑時(shí)，會(huì)出現(xiàn)扭矩增大、憋鉆等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至被卡死；上提鉆具或起鉆遇卡，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生卡鉆，一度成為影響正常鉆井施工的瓶頸。五普通過(guò)不斷探索總結(jié)，尋求出適應(yīng)該井段的鉆井液技術(shù)，取得顯著效果。延長(zhǎng)組為快速鉆進(jìn)井段，大量的無(wú)用固相容易使鉆井液密度急劇上升，增加砂巖段劣質(zhì)泥餅的厚度，這是導(dǎo)致起下鉆遇阻的直接原因。為此，在鉆

7、遇此井段的鉆井液設(shè)計(jì)方面，五普以鉀銨基聚合物鉆井液為主，尤其注意保證低密度、低固相和充足的K-PAM含量。現(xiàn)場(chǎng)一般不配制膨潤(rùn)土漿，因?yàn)檫@樣既可減少鉆井液中的固相含量，又不至于因?yàn)榇笱h(huán)而造成膨潤(rùn)土的流失而引起費(fèi)用增加。同時(shí)，密切檢測(cè)鉆井液性能，重點(diǎn)控制密度和減少無(wú)用固相含量。降低無(wú)用固相含量的主要方法有：一是固控除砂。這是現(xiàn)場(chǎng)最直接的方法，使固控設(shè)備最大限度地發(fā)揮作用。二是大池沉淀。這是二開(kāi)后常用的方法，大量放掉高密度鉆井液經(jīng)大池沉淀后，可重新回收使用。三是補(bǔ)充絮凝劑。鉆井液中充足的K-PAM既可提供鉀離子，抑制泥巖水化分散，又可使大量的鉆屑絮凝成小團(tuán)而被振動(dòng)篩清除出去。另外，該井段鉆井液的濾

8、失量主要靠K-HPAN來(lái)維護(hù)，不斷補(bǔ)充K-HPAN，使延長(zhǎng)組的濾失量始終控制在8毫升以?xún)?nèi)。這樣的低密度、低固相、標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的濾失量，保證了該井段井壁的穩(wěn)定和基本不縮徑，鉆井液的流變性能良好，大多數(shù)井起下鉆順暢，鉆井效率有所提高。創(chuàng)新鉆井液體系有效防止“泥包”現(xiàn)象。在鄂爾多斯北部工區(qū)，位于2000米至2600米之間的上石盒子井段，有一段棕紅色、淺灰色失水膨脹的泥頁(yè)巖，在此井段一般都采用具有快速鉆進(jìn)性能的PDC鉆頭，由于該類(lèi)型鉆頭的特殊構(gòu)造以及靠扭矩力量刮削地層鉆進(jìn)，在鉆遇該井段時(shí)，鉆井液黏度極易升高、失水量大，吸水膨脹的泥巖很快粘附在鉆頭翼與翼之間，將鉆頭包死，職工稱(chēng)之為“泥包”。出現(xiàn)這種狀況，快速

9、鉆進(jìn)的鉆頭像拔了牙的老虎，只轉(zhuǎn)圈無(wú)進(jìn)尺，一旦發(fā)生“泥包”，往往需要起鉆處理包在鉆頭上的泥巖，之后才能繼續(xù)鉆進(jìn)。有時(shí)在此井段連續(xù)出現(xiàn)“泥包”現(xiàn)象，多次起下鉆，嚴(yán)重影響正常鉆井。為攻破這一難關(guān)，五普鉆井液技術(shù)人員在要求操作人員嚴(yán)格控制鉆速的同時(shí)，重點(diǎn)做到：一是增大鉆井液中大分子包被劑含量，適量加入潤(rùn)滑劑，降低巖屑在鉆頭上的粘附力；二是增大鉆井液中各種抑制劑的含量，控制地層造漿及鉆屑分散；三是增大鉆井液中失水劑的加量，嚴(yán)格控制失水，確保泥餅薄、韌、滑；四是充分利用好固控設(shè)備，盡最大可能降低鉆井液中無(wú)用固相含量，降低泥漿黏度，使泥漿泵有足夠的水動(dòng)力，避免泥巖吸附鉆頭。通過(guò)幾口井的試驗(yàn)，有效解決了一度困

10、擾鉆井進(jìn)尺的難題。探索鉆具早期失效的泥漿因素。鉆具早期失效是指新鉆具在使用初期就發(fā)生折斷、腐蝕、嚴(yán)重磨損等，過(guò)早地引起鉆具的損壞。造成鉆具早期失效的原因，除與施工操作、地層特性等有關(guān)外，還與鉆井液腐蝕有一定關(guān)系。鄂北工區(qū)鉆井施工隊(duì)伍遇到的鉆具早期失效問(wèn)題很突出，一套價(jià)值200多萬(wàn)元的鉆具，打兩口井就要接近報(bào)廢，大大增加了鉆井成本。同時(shí)，因鉆具頻繁折斷也嚴(yán)重影響鉆井生產(chǎn)進(jìn)度，給井內(nèi)安全帶來(lái)很大隱患，最嚴(yán)重時(shí)一口井會(huì)出現(xiàn)十多次鉆具折斷事故，頻繁起下鉆也大大增加了職工勞動(dòng)強(qiáng)度。為攻克這一技術(shù)難關(guān)，該大隊(duì)從事鉆井液技術(shù)工作的人員，不斷探索創(chuàng)新，逐步找到了造成鉆具早期失效的因素。鉆井液中的氧、二氧化碳、硫化氫等腐蝕介質(zhì)極易對(duì)鉆具產(chǎn)生坑點(diǎn)腐蝕，這些坑點(diǎn)為應(yīng)力集中點(diǎn)，在鉆井過(guò)程中，鋼材受交變應(yīng)力和腐蝕的聯(lián)合作用，逐漸產(chǎn)生裂紋，并迅速發(fā)展、刺穿，使鉆具壽命大大縮短。針對(duì)鉆具受腐蝕的原因，該隊(duì)及時(shí)在鉆井液中增加相應(yīng)的除氧劑、除硫劑，吸收鉆井液中的氧氣及硫化氫氣體，避免鉆具被