鉆井液性能及其調(diào)整的分析研究

鉆井液性能及其調(diào)整的分析研究

摘要：本文介紹了常用鉆井液類型，并對(duì)鉆井液的密度、PH值、含砂量、流變性、濾失造壁性等各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了分析研究，針對(duì)各項(xiàng)性能變化提出了有效地調(diào)整方案，大大提升了鉆井液在鉆修井過(guò)程中的作用。Key：鉆井液;密度;PH值;含砂量;流變性;濾失造壁性鉆井液是鉆井的血液。在鉆修井過(guò)程中，鉆井液性能的好壞直接會(huì)影響到鉆進(jìn)速度，嚴(yán)重時(shí)甚至能關(guān)系到鉆修井成功與否。隨著鉆井液工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井液種類越來(lái)越多，鉆井液性能與作用也各不相同。因此，對(duì)鉆井液性能進(jìn)行深入的分析研究，不僅能夠有效地優(yōu)化鉆井液配比、控制成本，更能充分發(fā)揮鉆井液在鉆修井施工中的作用，提高鉆修井施工作業(yè)效率。一、鉆井液的類型目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鉆井液有各種不同的分類方法。一般所指的分類方法是按鉆井液中的流體介質(zhì)和體系組成特點(diǎn)來(lái)分類，可分為水基鉆井液、油機(jī)鉆井液和氣體型鉆井流體等。由于水基鉆井液在實(shí)際應(yīng)用中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，參考國(guó)內(nèi)外鉆井液分類標(biāo)準(zhǔn)，以下幾種鉆井液類型在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和應(yīng)用中得到認(rèn)可[1]。1.分散鉆井液（DispersedDrillingFluids）是指用淡水、膨潤(rùn)土和各種對(duì)粘土和鉆屑起分散作用的處理劑（簡(jiǎn)稱分散劑）配成的水基鉆井液。2.鹽水鉆井液（SaltwaterDrillingFluids）用鹽水（或者海水）配置而成。在含鹽量從1%（Cl-質(zhì)量濃度為6000mg/l）直至飽和（Cl-質(zhì)量濃度為189000mg/l）之前的整個(gè)范圍內(nèi)都屬于鹽水鉆井液類型。鹽水鉆井液對(duì)粘土水化有較強(qiáng)的抑制作用[2]。3.飽和鹽水鉆井液（SaturatedSaltwaterDrillingFluids）是指在鉆井液中NaCl含量達(dá)到飽和時(shí)的鹽水鉆井液體系。飽和鹽水鉆井液主要用于鉆其他水基鉆井液難以對(duì)付的大段鹽巖層和復(fù)雜的鹽膏層。4.聚合物鉆井液（PolymerDrillingFluids）聚合物鉆井液是以某些具有絮凝和包被作用的高分子聚合物作為主處理劑的水基鉆井液[3]。二、鉆井液的常規(guī)性能1.密度、PH值、含砂量;2.流變性（漏斗粘度、表觀粘度、塑性粘度、動(dòng)切力、靜切力等）;3.濾失造壁性（濾失量、濾餅厚度、濾餅性能等）。除以上常規(guī)性能外，還包括抑制性、潤(rùn)滑性、抗溫性、熒光度以及對(duì)生物的毒性等性能。三、鉆井液性能測(cè)試及調(diào)整1.鉆井液密度（1）定義：?jiǎn)挝惑w積鉆井液的質(zhì)量（用ρ表示，單位g/cm3，或t/m3），在鉆井及修井施工過(guò)程中，鉆井液密度=泥漿比重（MudWeight）。（2）作用：通過(guò)調(diào)節(jié)鉆井液密度可以改變鉆井液在井筒內(nèi)的靜液柱壓力，P=ρgh（3）鉆井液密度的測(cè)量：用一種專門設(shè)計(jì)的鉆井液比重秤（MudBalancer）測(cè)得。如圖1所示。（4）鉆井液密度的調(diào)整：①增加ρ的方法，俗稱加重。加入重晶石等不溶性加重材料，加入可溶性無(wú)機(jī)鹽等。比如，在保護(hù)油氣層的清潔鹽水鉆井液中，加入NaCl，可將鉆井液密度提升至1.20g/cm3左右。通常在修井施工中，通過(guò)加入重晶石、石灰石來(lái)提高鉆井液密度。②減小ρ的方法。清除鉆井液中的無(wú)用固相（機(jī)械法、化學(xué)絮凝），此外，還可以加水、混油、充氣。2.鉆井液的PH值（1）定義：通常用鉆井液濾液的PH值表示鉆井液的酸堿性。（2）作用：酸堿性的強(qiáng)弱會(huì)直接與鉆井液中粘土顆粒的分散程度有關(guān)，在很大程度上會(huì)影響鉆井液的粘度、切力等。（3）PH值的調(diào)整：在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)鉆井液的PH值要求控制在8-11之間，即維持一個(gè)較弱的堿性環(huán)境。一般加入燒堿，有時(shí)也加入純堿或石灰石。3.鉆井液含砂量鉆井液中不能通過(guò)200目篩網(wǎng)，即粒徑大于74微米的砂粒占鉆井液總體積的百分?jǐn)?shù)。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，該數(shù)值越小越好，一般要求控制在0.5%以內(nèi)。降低鉆井液含砂砂量有效的方法：充分利用振動(dòng)篩、除砂器、除泥器等設(shè)備，對(duì)鉆井液的固相含量進(jìn)行有效控制。4.鉆井液的流變性（1）定義：指鉆井液流動(dòng)和變形的特性。該特性通常由不同的流變模式及其參數(shù)來(lái)表征，最常用的流變模式為賓漢模式和冪律模式。賓漢模式的參數(shù)：塑性粘度（PV）和動(dòng)切力（YP）;冪律模式的參數(shù)：流性指數(shù)和稠度系數(shù)。此外，漏斗粘度、表觀粘度和靜切力等也是鉆井液的重要流變參數(shù)。（2）作用：①攜帶巖屑，保持井眼及井底清潔;②懸浮巖屑;③提高機(jī)械鉆速;④保持井眼規(guī)則和保證井下安全。鉆井液流變性是鉆井液最重要的參數(shù)之一。在修井過(guò)程中，通常用馬氏漏斗粘度計(jì)（如圖2）來(lái)測(cè)定鉆井液的粘度。（3）流變參數(shù)的調(diào)整：①降低PV：通過(guò)合理使用固控設(shè)備、加水稀釋或化學(xué)絮凝等方法，盡量減小固相含量;②提高PV：加入低造漿率的粘土、混入原油，增加聚合物的濃度使鉆井液的濾液粘度增加;③降低YP：加入適合于本體系的降粘劑，以拆散鉆井液中已形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);④提高YP：可加入遇水化膨潤(rùn)土或者增大聚合物的加量，對(duì)鈣處理或者其他鹽水鉆井液，可適當(dāng)增加Ca2+、Na+的濃度。5.鉆井液的濾失造壁性鉆井過(guò)程中，在鉆井液液柱與地層壓力的壓差作用下，鉆井液中自由水向井壁巖石裂隙或空隙中滲透，這一過(guò)程叫鉆井液的濾失作用。在濾失過(guò)程中鉆井液中的一些固體顆粒便附著在井壁上，形成泥餅，固相顆粒附著在井壁上形成泥餅的過(guò)程叫鉆井液的造壁性。在鉆修井過(guò)程中，鉆井液的濾失量密切關(guān)系到油氣層保護(hù)、井壁穩(wěn)定和高滲透率面上泥餅的形成。因此，控制鉆井液的濾失量非常重要。通常用降濾失劑來(lái)調(diào)節(jié)鉆井液的濾失造壁性，常用的降濾失劑有磺化褐煤（SMC）、磺化瀝青、磺化栲膠等。四、結(jié)論與建議在鉆修井過(guò)程中，不僅要根據(jù)地質(zhì)情況、井況選擇合適的鉆井液體系，而且要對(duì)鉆井液的密度、PH值、含砂量、固相含量、流變性、濾失造壁性等各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行深入的分析、測(cè)定、研究，通過(guò)實(shí)時(shí)掌控鉆井液性能的變化，對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，才能有助于提升鉆修井作業(yè)速度、縮