钻井液：匹配为美 适用即佳

1、钻井液：匹配为美 适用即佳很久以前，人们钻井通常是为了寻找水源，而不是石油。实际上，他们偶然间发现石油时很懊恼，因为它把水污染了！最初，钻井是为了获得淡水和盐水，前者用于饮用、洗涤和灌溉，后者用作制盐的原料。直到19世纪早期，由于工业化增加了对石油产品的需求，钻井采油才逐渐普及。有记载的最早的钻井要追溯到公元前3世纪的中国。当时的人们使用一种绳式顿钻钻井技术，方法是先使巨大的金属钻具下落，然后用一种管状容器收集岩石的碎片。中国人在这项技术上比较领先，中国也被公认为第一个在钻探过程中有意使用流体的国家。此处所讲的流体是指水，它能使钻具更容易穿透岩石，同时有助于清除被称作钻屑的岩石碎片。从钻孔中清

2、除钻屑非常重要，因为只有这样，钻头才能没有阻碍地继续深钻。1833年，一位名叫弗劳威勒（Flauville）的法国工程师有一次观察绳式顿钻钻井作业，作业进行中，钻井设备钻出了水。这时他意识到喷出的水对把钻屑从井中提出会非常有效。使用流动的液体从钻孔中清除钻屑的原理由此确立。他设想了一种装置，按照这一设想，泵将水沿钻杆的内侧送至钻孔内，而当水经钻杆和钻孔壁间的缝隙返回到地表后，就会将钻屑一并带出。此操作程序沿用至今。油井钻得越深，就愈加体现出钻井液的重要性，它的用途很广并可解决钻井中的很多问题，而这些问题因为地区的不同差异极大，对钻井液的要求自然也差异极大。钻井液是钻井系统工程中重要的组成部分，

3、人们称它为“钻井的血液”。它不但起到冷却钻头、携带岩屑、保护井身、传递水动力等作用，更重要的是，合理的钻井液组成可以满足快速钻井的需要，对油气层有较好的保护作用。鄂尔多斯工区地层变化较大，相距几十米就大不一样，很难找到有规律的借鉴地层；坚硬的地层对钻具的破坏十分严重，极易造成钻具早期失效；上部延长组软泥岩地层缩径易引起钻具遇阻、卡钻；2000米左右的灰褐色泥岩层，对PDC钻头极易产生“泥包”；目的层的低孔、低压、低渗，需要钻井液给予有效保护，这样才能提高单井天然气产量。从事油气钻井施工的华北石油局五普大队，经过4年多的不断探索，针对不同特性地层，开发出不同性能的钻井液“药方”，满足了快速钻井的

4、需要，将探井的钻井周期由4年前的60天，压缩到目前的20多天，开发井的钻井周期由以前的45天，压缩到目前的15天左右。将原来需要3年完成的工期压缩到1年，无形中大幅度降低了油气开发成本。泥浆屏蔽暂堵技术提高单井产量。鄂尔多斯北部成为中国石化天然气重要接替区之后，有望在较短时间内建成大中型天然气勘探开发基地。而鄂尔多斯工区号称世界性难题的低孔、低压、低渗储层，较低的单井产量成为制约商业化开发的瓶颈。有专家戏言，在该工区打一口无气井很难，打一口高产气井也很难。针对存在的单井产量较低的状况，五普大队钻井技术服务公司钻井液技术研究人员，把减少钻井液在钻井过程中对油气层造成的伤害，作为提高单井天然气产量

5、的重要途径。他们积极与科研院校合作，共同进行油气层保护技术的研究，优选有利于油气层保护的钻井液体系。经过严格选择钻井液材料，优化配方，成功研制出有利于储层保护的屏蔽暂堵技术。该技术的特点是，运用钻井液中已有的固相离子对油气层的堵塞规律，人为地在钻井液中加入一些与油气层孔喉相匹配的架桥粒子、填充粒子和可变形的封堵粒子，使之快速在井壁周围形成5厘米左右渗透率极低的屏蔽环，从而减少钻井、固井过程中钻井液中的固相和滤液对油气层造成的伤害，实现保护储层的目的。同时还可以有效稳定井壁，提高取心收获率和机械钻速。通过在该工区试用，施工的大15井、大16井天然气产量均取得重大突破。尤其是大16井在目的层测试获

6、天然气4.5万立方米/天，无阻流量超过20万立方米/天的较高产量工业气流，为该地区的天然气勘探开发打开了新的局面。改善钻井液流变性破解起下钻遇阻难题。鄂北工区在井深800米至1500米之间为浅棕灰色中砂岩与灰绿色不等厚泥岩的延长组段，由于该延长组段易缩径，当井径小于钻头直径时，会出现扭矩增大、憋钻等现象，严重时转盘无法转动，甚至被卡死；上提钻具或起钻遇卡，严重时发生卡钻，一度成为影响正常钻井施工的瓶颈。五普通过不断探索总结，寻求出适应该井段的钻井液技术，取得显著效果。延长组为快速钻进井段，大量的无用固相容易使钻井液密度急剧上升，增加砂岩段劣质泥饼的厚度，这是导致起下钻遇阻的直接原因。为此，在钻

7、遇此井段的钻井液设计方面，五普以钾铵基聚合物钻井液为主，尤其注意保证低密度、低固相和充足的K-PAM含量。现场一般不配制膨润土浆，因为这样既可减少钻井液中的固相含量，又不至于因为大循环而造成膨润土的流失而引起费用增加。同时，密切检测钻井液性能，重点控制密度和减少无用固相含量。降低无用固相含量的主要方法有：一是固控除砂。这是现场最直接的方法，使固控设备最大限度地发挥作用。二是大池沉淀。这是二开后常用的方法，大量放掉高密度钻井液经大池沉淀后，可重新回收使用。三是补充絮凝剂。钻井液中充足的K-PAM既可提供钾离子，抑制泥岩水化分散，又可使大量的钻屑絮凝成小团而被振动筛清除出去。另外，该井段钻井液的滤

8、失量主要靠K-HPAN来维护，不断补充K-HPAN，使延长组的滤失量始终控制在8毫升以内。这样的低密度、低固相、标准内的滤失量，保证了该井段井壁的稳定和基本不缩径，钻井液的流变性能良好，大多数井起下钻顺畅，钻井效率有所提高。创新钻井液体系有效防止“泥包”现象。在鄂尔多斯北部工区，位于2000米至2600米之间的上石盒子井段，有一段棕红色、浅灰色失水膨胀的泥页岩，在此井段一般都采用具有快速钻进性能的PDC钻头，由于该类型钻头的特殊构造以及靠扭矩力量刮削地层钻进，在钻遇该井段时，钻井液黏度极易升高、失水量大，吸水膨胀的泥岩很快粘附在钻头翼与翼之间，将钻头包死，职工称之为“泥包”。出现这种状况，快速

9、钻进的钻头像拔了牙的老虎，只转圈无进尺，一旦发生“泥包”，往往需要起钻处理包在钻头上的泥岩，之后才能继续钻进。有时在此井段连续出现“泥包”现象，多次起下钻，严重影响正常钻井。为攻破这一难关，五普钻井液技术人员在要求操作人员严格控制钻速的同时，重点做到：一是增大钻井液中大分子包被剂含量，适量加入润滑剂，降低岩屑在钻头上的粘附力；二是增大钻井液中各种抑制剂的含量，控制地层造浆及钻屑分散；三是增大钻井液中失水剂的加量，严格控制失水，确保泥饼薄、韧、滑；四是充分利用好固控设备，尽最大可能降低钻井液中无用固相含量，降低泥浆黏度，使泥浆泵有足够的水动力，避免泥岩吸附钻头。通过几口井的试验，有效解决了一度困

10、扰钻井进尺的难题。探索钻具早期失效的泥浆因素。钻具早期失效是指新钻具在使用初期就发生折断、腐蚀、严重磨损等，过早地引起钻具的损坏。造成钻具早期失效的原因，除与施工操作、地层特性等有关外，还与钻井液腐蚀有一定关系。鄂北工区钻井施工队伍遇到的钻具早期失效问题很突出，一套价值200多万元的钻具，打两口井就要接近报废，大大增加了钻井成本。同时，因钻具频繁折断也严重影响钻井生产进度，给井内安全带来很大隐患，最严重时一口井会出现十多次钻具折断事故，频繁起下钻也大大增加了职工劳动强度。为攻克这一技术难关，该大队从事钻井液技术工作的人员，不断探索创新，逐步找到了造成钻具早期失效的因素。钻井液中的氧、二氧化碳、硫化氢等腐蚀介质极易对钻具产生坑点腐蚀，这些坑点为应力集中点，在钻井过程中，钢材受交变应力和腐蚀的联合作用，逐渐产生裂纹，并迅速发展、刺穿，使钻具寿命大大缩短。针对钻具受腐蚀的原因，该队及时在钻井液中增加相应的除氧剂、除硫剂，吸收钻井液中的氧气及硫化氢气体，避免钻具被